[发明专利]一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法

权利要求书

1.一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述的模拟移动床体系是由多个吸附剂填充塔连接构成，并设有五个气体输入输出口，包括低品质甲烷原料气输入口、氮气排出口、二氧化碳置换气输入口、高纯度甲烷产品气输出口以及解吸的二氧化碳回收口；这五个气体输入输出口将相连接的多塔分割成四个区，分别为甲烷吸附区、甲烷提浓区、二氧化碳置换区和二氧化碳真空解吸区；所述的五个气体输入输出口同步切换时间间隔为30-300秒；

模拟移动床塔内吸附剂不流动，通过气体输入输出口在设定的时间间隔内沿气体流动方向同步切换移动一个填充塔，并连续多次循环切换移动，使塔内气体与吸附剂形成逆流流动；低品质甲烷原料气从所述甲烷吸附区的低品质甲烷原料气输入口进入，通过上述气体输入输出口频繁切换移动使每个填充塔依次进行低浓度甲烷吸附、甲烷置换氮气提浓塔内甲烷、二氧化碳置换塔内甲烷以及二氧化碳真空解吸操作，模拟移动床系统连续地从低浓度甲烷原料气中吸附浓缩甲烷获得高纯度甲烷产品气；

模拟移动床系统操作温度为10℃～60℃，所述甲烷吸附区、甲烷提浓区和二氧化碳置换区操作压力1.0atm～6.0atm，二氧化碳真空解吸区真空压力为2kPa～17kPa。

2.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述甲烷吸附区、甲烷提浓区和二氧化碳置换区含有多个填充塔，并依次相互连接操作，通过阀门切换使吸附剂与气相形成逆流操作；所述二氧化碳真空解吸区为单塔独立运行，需要保持相同的切换时间，位于二氧化碳置换区后。

3.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述甲烷吸附区是由低品质甲烷原料气输入口与氮气排出口之间构成的分离区；

所述的甲烷提浓区是由低品质甲烷原料气输入口与高纯度甲烷产品气输出口之间构成的分离区；

所述的二氧化碳置换区是由高纯度甲烷产品气输出口和二氧化碳置换气输入口之间构成的分离区；

在所述的二氧化碳真空解吸区内，二氧化碳置换甲烷后的填充塔进行真空吸附剂再生，解吸的二氧化碳回收循环使用，解吸真空压力为3kPa～15kPa，也包括添加真空吹扫步骤，提高二氧化碳解吸效率。

4.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述填充塔数量为10～20个或更多；所述二氧化碳真空解吸区含有一个填充塔，所述甲烷吸附区、甲烷提浓区和二氧化碳置换区每区含有两至五个或更多填充塔。

5.如权利要求1或4所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，每个填充塔的吸附剂填充高度小于1米。

6.如权利要求5所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述的吸附剂选自碳基吸附材料、沸石以及高硅分子筛中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，模拟移动床系统操作温度为10℃～50℃，甲烷吸附区、甲烷提浓区和二氧化碳置换区操作压力1.1atm～5.0atm，二氧化碳真空解吸区真空压力为3kPa～15kPa。

8.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述的低品质甲烷原料气主要为甲烷和氮气混合物，其甲烷含量5v/v％～30v/v％，水蒸气和二氧化碳含量控制小于1v/v％。

9.如权利要求1所述的一种模拟移动床吸附分离甲烷氮气制备高纯度甲烷的方法，其特征在于，所述得到的高纯度甲烷产品气中甲烷含量为90％以上。