[发明专利]一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法及装置

权利要求书

1.一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，包括以下两级过程：

第一级：脱除煤层气中的氧气；

第二级：脱除煤层气中的氮气；

所述上述浓缩分离方法富集后的产品气中氧气浓度在0.3％以下；经过甲烷置换后的解析气中甲烷浓度在90％以上。

2.根据权利要求1所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第一级脱除煤层气中的氧气包括以下步骤：

步骤一：吸附，采用吸附的方法在吸附塔内脱除煤层气中的氧气，将煤矿瓦斯气引入变压吸附系统中几个装填有吸附剂的吸附塔中，易被吸附组分氧气留在塔内，不易被吸附组分甲烷和氮气直接在塔顶得到；

步骤二：均压，在步骤一结束后，已吸附的塔与某一已结束抽真空步骤的吸附塔在各自出口端相连通，使已吸附的塔内气体输往已结束抽真空步骤的吸附塔，直到两个塔内压力相等；

步骤三：逆向减压，在步骤二之后，已完成吸附的塔进一步顺着出口端反方向减压，使得留在已吸附塔内的较低浓度甲烷在吸附塔底部排出，此时已吸附塔塔压降低至稍高于大气压力；

步骤四：抽空，在步骤三之后，已完成吸附的塔内压力降至为大气压力，但还留有一部分甲烷组分，这部分气体需通过抽真空将其抽出以使吸附塔内的吸附剂得到再生，为下一循环的吸附过程做准备。

3.根据权利要求1所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第二级脱除煤层气中的氮气包括以下步骤：

步骤一：吸附，采用吸附的方法在吸附塔内脱除煤层气中的氮气，将第一级脱除氧气后的甲烷和氮气混合气加压后引入第二级变压吸附系统中几个装填有吸附剂的吸附塔中，易被吸附组分甲烷留在塔内，不易被吸附组分氮气和少量氧气直接在塔顶得到，流入缓冲罐；

步骤二：顺放，在上述步骤一之后，已吸附的塔进一步顺着出口端方向减压，直至甲烷组分刚刚在出口端穿透，此时塔内压力已降低至略高于大气压力；

步骤三：均压，在步骤二结束后，已吸附的塔与某一已结束抽真空步骤的吸附塔在各自出口端相连通，使已吸附的塔内气体输往已结束抽真空步骤的吸附塔，直到两个塔内压力相等，此时甲烷组分仍留在吸附塔内；

步骤四：置换，在上述步骤三均压终止的压力下，利用一部分产品气从上述已吸附塔的进口端向出口端方向通过，置换掉一部分尚残留在塔内的难吸附组分，并把该置换气回流到上述第二级前端；

步骤五：抽空，在上述步骤四之后，已完成吸附的塔内压力降至为大气压力，这部分气体需通过抽真空将其抽出以使吸附塔内的吸附剂得到再生，为下一循环的吸附过程做准备，抽出的浓缩气体作为最终产品气进入缓冲罐。

4.根据权利要求2所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第一级脱除煤层气中氧气步骤一中的吸附压力为：0.5MPa～0.9MPa，所述第一级脱除煤层气中氧气步骤三中的逆向减压压力为：0.01MPa～0.15MPa。

5.根据权利要求2所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第一级脱除煤层气中氧气步骤四中的再生方式可以采用吹扫再生或抽真空加吹扫再生以及他们的组合方式，其吹扫气体可以来源于第二级分离塔顶产生的难吸附组分或其他不含氧工艺气体。

6.根据权利要求2所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第一级脱除煤层气中氧气的吸附剂可以为活性炭、碳分子筛、分子筛、活性炭纤维、MOFs中的一种或几种。

7.根据权利要求3所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第二级脱除煤层气中氮气步骤一中的吸附压力为：0.2MPa～0.8MPa，所述第二级脱除煤层气中氮气步骤三中的顺向减压压力为：0.01MPa～0.15MPa。

8.根据权利要求3所述的一种基于产品气甲烷置换的煤层气脱氧除氮浓缩方法，其特征在于，所述第二级脱除煤层气中氮气步骤四甲烷置换，在均压结束后，部分塔顶产品气甲烷从吸附塔进气端在常压或增压方式下流过吸附塔。