本发明专利技术公开了一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，该工艺包括以下步骤：步骤一：甲烷浓度低于30％的原料煤层气进入变压吸附单元，经浓缩抽真空得到40～60％的中间气；步骤二：中间气通过净化单元进行脱碳和干燥的净化处理；步骤三：净化后的中间气进入制冷单元与制冷剂及分馏塔产生的废气进行换热降温；步骤四：最后换热降温后的中间气进入深冷分离单元，在一个分馏塔塔釜得到纯度大于99％的液甲烷，分馏塔塔上部产生的废气经制冷单元换热回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。本发明专利技术将甲烷浓度低于30％的煤层气回收分离并制取纯度大于99％的液甲烷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分离甲烷的工艺，特别是涉及一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺。
技术介绍
我国煤田煤层气储量丰富，煤矿煤层气投放是煤炭生产中的一项重要安全措施， 根据国家《煤矿安全规程》规定，甲烷浓度在30%以下的煤层气就不能利用，目前几乎所有的煤矿都将甲烷浓度低于30%的煤层气直接放空排入大气层，造成环境的污染和资源的浪费。目前报道的煤层气分离甲烷的方法主要有膜分离法、溶剂法、合成水合法、变压吸附法和深冷分离法，前三种方法在高浓度甲烷分离中现均还处于研究探索阶段。变压吸附法与深冷分离法虽说已有工业性应用，但工业应用经济性与产品应用一直制约着对甲烷浓度低于30%以下的煤层气应用。中国专利CN85103557公开了在吸附压力5 10公斤力 /厘米2通过置换抽真空能将煤矿瓦斯气富集得到甲烷浓度为35 96%的富甲烷产品的变压吸附法，但获得高浓度甲烷时需采用高回流比，导致生产效率低，分离成本提高，而甲烷的浓度为50%左右时只能就近作为民用燃气或发电使用，商业应用范围狭窄。但是，论文《低温法浓缩煤层气中的甲烷》(陶鹏万，王晓东，黄建彬，天然气化工C1化学与化工， 2005,30(4)43-46)公开了一种低温分离方法，低温分离方法浓缩煤层气需将所有的原料气液化，当甲烷浓度低时，浓缩成本巨大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其将甲烷浓度低于30%的煤层气回收分离并制取纯度大于99%的液甲焼。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤步骤一甲烷浓度低于30%的原料煤层气进入变压吸附单元，经浓缩抽真空得到 40 60%的中间气；步骤二 中间气通过净化单元进行脱碳和干燥的净化处理；步骤三净化后的中间气进入制冷单元与制冷剂及分馏塔产生的废气进行换热降步骤四最后换热降温后的中间气进入深冷分离单元，在一个分馏塔塔釜得到纯度大于99%的液甲烷，分馏塔塔上部产生的废气经制冷单元换热回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。优选地，所述变压吸附单元采用两个或两个以上装填吸附剂的吸附塔。优选地，所述吸附剂为对甲烷有选择性吸附的吸附剂。优选地，所述吸附塔塔顶排出的废气中甲烷浓度超过3%时，需通过引入分馏塔产生的废气或空气将甲烷浓度控制在3%以下后排空。本专利技术的积极进步效果在于本专利技术从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺通过变压吸附单元实现变压吸附法，并通过深冷分离单元实现深冷分离法，且得到纯度大于99%的液甲烷。附图说明图1为本专利技术从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺的原理框图。具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺包括以下步骤步骤一甲烷浓度低于30%的原料煤层气在常温、吸附压力下进入变压吸附单元，经浓缩抽真空得到40 60%的中间气；其中，该变压吸附单元采用两个或两个以上装填吸附剂的吸附塔，吸附剂为对甲烷有较好选择性吸附的吸附剂，比如活性炭、沸石分子筛或碳分子筛等吸附剂。原料煤层气中的甲烷在吸附塔中被吸附富集后由真空泵从塔底抽出得到40 60 %的中间气。吸附塔排出的废气中甲烷浓度超过3 %时，需通过弓I入分馏塔产生的废气或空气将甲烷浓度控制在3%以下后排空。步骤二中间气通过净化单元进行脱碳和干燥等净化处理；其中， 该净化单元为满足后续深冷分离的工艺要求对中间气进行净化处理，采用 N-MDEA(N-Methyldiethanolamine, N-甲基二乙醇胺)法或变压变温吸附法等方法脱除中间气中的CO2等杂质，采用变温吸附法脱除中间气中的H20。净化单元出口气体的杂质允许含量为C02 < 50ppmV, H2O < lppmV。步骤三净化后的中间气进入制冷单元与制冷剂及分馏塔产生的废气进行换热降温；其中，制冷单元的常用工艺包括阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环或膨胀机制冷循环等工艺。可根据规模采用合理、经济的工艺，分馏塔顶产生的废气与制冷气共同对中间气进行冷却降温。步骤四最后换热降温后的中间气进入深冷分离单元，其中，中间气送入分馏塔进行液化分离，分馏塔塔釜得到纯度大于99%的液甲烷，分馏塔塔上部产生的废气经制冷单元换热回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。本专利技术举个具体的例子进行详细说明步骤一将压力为0. 05MPa、甲烷浓度为 20%的低浓度原料煤层气(二氧化碳的浓度为4%，其余为空气)进入变压吸附单元的吸附塔中，经吸附后由真空泵从吸附塔底部抽出，为中间气(甲烷的浓度为46%，二氧化碳的浓度为7%，其余空气)，未被吸附的吸附塔排空气(甲烷的浓度为3. 5% )引入分馏塔产生的废气或空气将甲烷浓度控制在3%以下后排空。步骤二 中间气经压缩至0.7MPa后由净化单元吸收塔下部进入，与自上而下的N-MDEA溶液(贫液)充分接触，气相由吸收塔顶部排出后进入吸附干燥塔脱水，吸收了二氧化碳的液相送至闪蒸塔再生，要求净化后出口气体的杂质允许含量为C02 < 50ppmV, H2O < lppmV。步骤三压力0. 6MPa的净化中间气(甲烷的浓度为50%，其余为空气)进入制冷单元换热器中与制冷剂及分馏塔顶产生的废气交换热量，温度降至-168°C。步骤四温度下降后的中间气经减压至0. 45MPa后进入分馏塔中部进行分离，由分馏塔塔釜得到纯度大于99%的液甲烷，分馏塔上部产生的多余废气(微量甲烷，其余为空气)经制冷单元换热器回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。综上所述，本专利技术从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺通过变压吸附单元实现变压吸附法，并通过深冷分离单元实现深冷分离法，将甲烷浓度低于30 % 的排空煤层气回收分离得到纯度大于99%的液甲烷。虽然以上描述了本专利技术的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本专利技术的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本专利技术的保护范围由所附权利要求书限定。权利要求1.一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤步骤一甲烷浓度低于30%的原料煤层气进入变压吸附单元，经浓缩抽真空得到40 60%的中间气；步骤二 中间气通过净化单元进行脱碳和干燥的净化处理；步骤三净化后的中间气进入制冷单元与制冷剂及分馏塔产生的废气进行换热降温；步骤四最后换热降温后的中间气进入深冷分离单元，在一个分馏塔塔釜得到纯度大于99%的液甲烷，分馏塔塔上部产生的废气经制冷单元换热回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。2.如权利要求1所述的从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，所述变压吸附单元采用两个或两个以上装填吸附剂的吸附塔。3.如权利要求2所述的从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，所述吸附剂为对甲烷有选择性吸附的吸附剂。4.如权利要求2所述的从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，所述吸附塔塔顶排出的废气中甲烷浓度本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：步骤一：甲烷浓度低于３０％的原料煤层气进入变压吸附单元，经浓缩抽真空得到４０～６０％的中间气；步骤二：中间气通过净化单元进行脱碳和干燥的净化处理；步骤三：净化后的中间气进入制冷单元与制冷剂及分馏塔产生的废气进行换热降温；步骤四：最后换热降温后的中间气进入深冷分离单元，在一个分馏塔塔釜得到纯度大于９９％的液甲烷，分馏塔塔上部产生的废气经制冷单元换热回收冷量后引入变压吸附单元稀释和吸附塔排空气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张军，谢贵琴，古世，贺明星，江昱，
申请(专利权)人：上海瑞气气体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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