[实用新型]低浓度煤层气二次吸附浓缩装置

说明书

技术领域

本实用新型属于煤层气能源应用技术类，具体涉及一种低浓度煤层气二次吸附浓缩装置。特别是一种可以将甲烷浓度为5%-15%的低浓度煤层气，经过两次变压吸附提高到甲烷浓度为30%以上的装置。 

背景技术

2012年12月24日《能源发展“十二五”规划》被国务院常委会讨论通过，《能源发展“十二五”规划》指出“十二五”时期要加强页岩气和煤层气勘探开发。煤层气的开发和利用越来越被国家重视，但是大量甲烷浓度在5%-15%之间的煤层气被直接排空，造成资源的极大浪费，如果将这部分煤层气经过吸附浓缩使甲烷浓度达到30%以上，产品不仅可以用作民用燃料，还可用作煤层气发电机组发电。 

通常甲烷提纯主要有低温分离、膜分离和变压吸附分离三种工艺，低温分离工艺和膜分离工艺存在系统复杂、能耗较高且操作有一定危险性的问题，因此工业化应用较少。变压吸附分离工艺采用吸附剂对混气中不同气体吸附能力的差异实现气体的分离，是目前最有可能实现工业化的工艺。 

由于煤层气的主要成分甲烷和氮气的沸点接近，分子直径、动力学尺寸、极化率、偶极矩、电离能等性质相似，因此甲烷和氮气在传统吸附剂上的分离系数较低。开发新型高效吸附剂虽能有效的分离甲烷和氮气，但是从实验室到工业化应用生产的路还很远；同时传统吸附剂分离系数较低，很难实现甲烷浓度的大比率提升，因此技术难点为：使用传统吸附剂将甲烷浓度在5%-15%之间的煤层气浓缩到30%以上。本实用新型提出了低浓度煤层气二次吸附浓缩装置，使用传统的吸附剂通过两次吸附浓缩将甲烷浓度提升至30%以上。 

发明内容

为解决使用传统吸附剂将甲烷浓度在5%-15%之间的煤层气浓缩到30%以上的问题，本实用新型提出了一种低浓度煤层气二次吸附浓缩装置。 

所采用的技术方案是由氮气吸附系统和甲烷吸附系统组成。压缩机通过管线、程控阀与并联的氮气吸附塔一和氮气吸附塔二相连，真空泵对氮气吸附塔一和氮气吸附塔二抽真空，缓冲罐与氮气吸附塔一、氮气吸附塔二以及压缩机连接，第一次浓缩后的甲烷通过管线进入并联的甲烷吸附塔一和甲烷吸附塔二，真空泵对甲烷吸附塔一和甲烷吸附塔二抽真空，废气通过程控阀排空。经两次吸附浓缩后甲烷浓度升高，可以作为电厂发电燃料和民用燃料。 

进一步的，该装置为煤层气先经过氮气吸附塔一或氮气吸附塔二，然后经过甲烷吸附塔一或甲烷吸附塔二的二次变压吸附浓缩装置。 

进一步的，氮气吸附塔一和氮气吸附塔二与真空泵相连，甲烷吸附塔一和甲烷吸附塔二与真空泵相连。氮气吸附塔二与甲烷吸附塔一之间设有缓冲罐。 

该装置具有投资成本低、系统简单、分离效果好、能有效促进低浓度煤层气的回收利用的优点。 

附图说明

图1为低浓度煤层气二次吸附浓缩装置的结构示意图。 

图1中各组件名称为：1.压缩机，4.氮气吸附塔一，9.氮气吸附塔二，12.真空泵，14.缓冲罐，15.压缩机，18.甲烷吸附塔一，23.甲烷吸附塔二，27.真空泵，其余组件均为：程控阀。 

具体实施方式

以下结合说明书附图1对本实用新型具体实施方式作进一步说明。 

该装置运行的总体流程为：煤层气经氮气吸附塔一4或氮气吸附塔二9完成第一次吸附浓缩，未吸附的煤层气中甲烷含量升高，通过缓冲罐14缓冲进入第二次吸附浓缩系统，氮气吸附剂吸附产物主要为氮气，经真空泵12排空。煤层气经甲烷吸附塔一18或甲烷吸附塔二23完成第二次吸附浓缩，甲烷吸附剂吸附产物主要为甲烷，未吸附的气体中甲烷含量很少主要为氮气，通过程控阀26排空，甲烷吸附剂吸附的气体经真空泵27抽出，输送给用户，完成整个吸附浓缩过程。接下来将分开介绍氮气吸附系统和甲烷吸附系统的具体运行流程。 

氮气吸附系统对煤层气完成第一次吸附浓缩的具体方式为：含甲烷5%-15%之间的煤层气经过前处理系统后，进入低浓度煤层气二次吸附浓缩装置。压缩机1对煤层气升压处理后经程控阀2进入氮气吸附塔一4，氮气吸附剂优先吸附氮气，同时也吸附一部分甲烷，完成第一次吸附浓缩后，开启程控阀5或6， 煤层气经管道和程控阀13进入缓冲罐14，然后关闭程控阀2、5、6和13，开启程控阀3和真空泵12将氮气吸附塔一4中吸附剂吸附的气体解吸附，完成吸附剂的再生，至此氮气吸附塔一4完成了一整套的吸附和解吸附程序。 

氮气吸附塔一4在进行吸附时，氮气吸附塔二9放压，使吸附剂再生；然后对氮气吸附塔二9进行充压至吸附压力进行吸附操作，同时氮气吸附塔一4放压，使吸附剂再生，这样就完成了一个循环，而且能做到连续生产。此时煤层气中甲烷浓度升高至20%以上。