【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及甲烷回收，尤其涉及用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法。
技术介绍
1、煤层气是与煤炭伴生的非常规油气资源，以游离态、吸附态和吸收态等形式赋存于地下煤层中，主要成分是甲烷及少量其它烃类。甲烷作为煤层气的主要成分，其温室效应在全球气候变暖中的份额高达15%，仅次于co2，其温室效应是co2的21倍，对生态环境的破坏力极强。因而，开发利用煤层气成为温室气体减排和生态环境保护的重要措施。由于煤层气在开采过程中会引入一定量的空气或氧气，在进行低浓度甲烷富集时，可能会存在爆炸隐患。因此，如何在保证安全的前提下，有效地从含氧煤层气中回收甲烷，是当前煤层气处理技术面临的重要问题。
2、目前在利用真空变压吸附法回收甲烷前，通常会向含氧煤层气中掺入惰性气体氮气来降低氧气含量，以避免发生爆炸。很明显，这就需要额外引入氮源，处理成本比较高。
3、在回收甲烷时，掺氮的低氧含量煤层气中的甲烷被吸附塔内的吸附剂吸附，不易吸附的氧气和部分氮气由吸附塔的塔顶排出，后续吸附塔内的甲烷经真空解吸操作以从塔底排出，从而获得甲烷产品气。由于甲烷和氮气物理化学性质相近，现有的大多吸附剂对甲烷和氮气的选择性较低，若仅进行一级变压吸附，则甲烷回收率和甲烷产品气纯度不高，虽然可以采用多级变压吸附的方法来提高回收率和纯度，但设备成本非常大，且能耗高。另外，在采用真空变压吸附的方法回收甲烷时，为使获得的甲烷产品气的纯度尽可能地高，通常吸附压力设置的比较高，但甲烷被吸附时会释放吸附热，导致吸附剂层温升过大，增加爆炸的风险。
【技术保护点】
1.用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，采用真空变压吸附工艺执行所述甲烷回收除氧操作时，掺氮的低氧含量煤层气于所述第一级吸附塔的塔底通入，掺氮的低氧含量煤层气中的甲烷、部分氮气和部分氧气被吸附，剩余部分氮气和氧气于塔顶排出，在至少一个所述第一级吸附塔完成吸附操作时，至少一个所述第一级吸附塔完成真空吹扫操作；在执行均压降压操作时，完成吸附操作的所述第一级吸附塔与完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔连通，完成吸附操作的所述第一级吸附塔内部分甲烷、氮气和氧气形成的混合气流入完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔内；在执行真空解吸时，均压降压后的所述第一级吸附塔被抽真空，被吸附的甲烷、氮气和氧气被解吸出来并由塔底排出以得到含氮的甲烷富集气，在真空条件下，抽真空后的所述第一级吸附塔的塔顶被通入经吸附操作而获得的氮气和氧气，以吹扫塔内残留的甲烷，甲烷、氮气和氧气作为回收气一由塔底排出，在对应的所述第一级吸附塔完成真空吹扫操作时，至少一个所述第一级吸附塔完成吸附操作；在执行均压升
3.根据权利要求2所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，每一个所述第一级吸附塔内均具有吸附剂填充层，吸附剂填充层基于平衡分离原理将甲烷与氮气、氧气分离，甲烷相对氮气和氧气为强吸附组分，吸附剂填充层的分离因子大于2。
4.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，每一个所述第二级吸附塔内均具有吸附剂填充层，吸附剂填充层基于平衡分离原理将甲烷与氮气分离，甲烷相对氮气为强吸附组分，吸附剂填充层的分离因子大于2。
5.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法还包括蓄热控温操作，所述蓄热控温操作包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，所述储存件被实施为由导热材料制成，所述相变材料被实施为有机相变材料或无机相变材料。
7.根据权利要求5或6所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，所述相变材料的相变温度与所述第一级吸附塔、所述第二级吸附塔吸附甲烷的操作温度一致。
8.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，所述第一级吸附塔执行吸附操作时的压力为0.15MPa~0.3MPa，所述第一级吸附塔执行真空解吸操作时的压力为0.01MPa~0.02MPa，所述第二级吸附塔执行吸附操作和置换氮气操作时的压力为0.2MPa~1.0MPa，所述第二级吸附塔执行真空解吸操作时的压力为0.01MPa~0.02MPa，所述第一级吸附塔和所述第二级吸附塔的操作温度均为室温。
9.根据权利要求8所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，甲烷浓度为5%~15%的掺氮的低氧含量煤层气经所述甲烷回收除氧操作处理后而获得甲烷浓度为20%~30%的含氮的甲烷富集气，甲烷富集率为2~3倍，其中含氮的甲烷富集气中氧气的浓度小于1%，甲烷浓度为20%~30%的含氮的甲烷富集气经所述甲烷浓缩提纯操作处理后而获得甲烷浓度高于95%的甲烷产品气，且获得的氮气副产品气中氧气的浓度小于1%。
...【技术特征摘要】
1.用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，采用真空变压吸附工艺执行所述甲烷回收除氧操作时，掺氮的低氧含量煤层气于所述第一级吸附塔的塔底通入，掺氮的低氧含量煤层气中的甲烷、部分氮气和部分氧气被吸附，剩余部分氮气和氧气于塔顶排出，在至少一个所述第一级吸附塔完成吸附操作时，至少一个所述第一级吸附塔完成真空吹扫操作；在执行均压降压操作时，完成吸附操作的所述第一级吸附塔与完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔连通，完成吸附操作的所述第一级吸附塔内部分甲烷、氮气和氧气形成的混合气流入完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔内；在执行真空解吸时，均压降压后的所述第一级吸附塔被抽真空，被吸附的甲烷、氮气和氧气被解吸出来并由塔底排出以得到含氮的甲烷富集气，在真空条件下，抽真空后的所述第一级吸附塔的塔顶被通入经吸附操作而获得的氮气和氧气，以吹扫塔内残留的甲烷，甲烷、氮气和氧气作为回收气一由塔底排出，在对应的所述第一级吸附塔完成真空吹扫操作时，至少一个所述第一级吸附塔完成吸附操作；在执行均压升压操作时，完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔与完成吸附操作的所述第一级吸附塔连通，完成吸附操作的所述第一级吸附塔内的混合气流入完成真空吹扫操作的所述第一级吸附塔内；在执行加压时，完成均压升压的所述第一级吸附塔被通入掺氮的低氧含量煤层气以充压，直至对应的所述第一级吸附塔的压力升至吸附压力。
3.根据权利要求2所述用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法，其特征在于，每一个所述第一级吸附塔内均具有吸附剂填充层，吸附剂填充层基于平衡分离原理将甲烷与氮气、氧气分离，甲烷相对氮气和氧气为强吸附组分，吸附剂填充层的分离因子大于2。
4.根据权利要求1所述用于含氧煤层气的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张正雄，李平，
申请(专利权)人：上海联风气体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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