專利名稱：一種煤層氣濃縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣的濃縮方法，具體為通過采用變壓吸附和膜分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層氣濃縮CH4和回收N2綜合利用的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤層氣(又稱煤礦瓦斯)資源總量為35萬(wàn)億立方米，與天然氣的儲(chǔ)量大體相當(dāng)，位居世界第三位。煤層氣既是一種能源，又是一種主要的溫室氣體。煤層氣資源綜合利用對(duì)于改善和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障煤礦安全生產(chǎn)、降低煤礦生產(chǎn)成本、減少大氣污染具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。
煤層氣作為一種優(yōu)質(zhì)潔凈的能源，主要組成為甲烷。甲烷的熱值為33.5-33.7J(8000-9000kcal/m3)。按熱值計(jì)算，大致1000m3甲烷相當(dāng)于1t標(biāo)準(zhǔn)煤。在當(dāng)前我國(guó)一次性能源不足，開發(fā)煤層氣資源意義重大。目前我國(guó)煤層氣利用基本上是對(duì)甲烷濃度在35％以上的煤層氣用于民用。對(duì)于低濃度甲烷的煤層氣主要是排放大氣中。
煤層氣作為一種溫室氣體，對(duì)環(huán)境的損害也是嚴(yán)重。目前對(duì)于甲烷濃度高于35％的煤層氣可以直接作為燃料利用。但對(duì)于甲烷濃度低于30％的部分排放到大氣中。不僅浪費(fèi)大量的能源，還污染了大氣環(huán)境。甲烷氣體溫度效應(yīng)比二氧化碳大20倍。甲烷排入大氣層，不僅因其溫室效應(yīng)引起氣候異常，還消耗大氣平流層中的臭氧，對(duì)臭氧層破壞能力是二氧化碳的7倍。我國(guó)每年因采煤向大氣排放的甲烷量占世界采煤排放甲烷總量1/3，居世界首位。《京都協(xié)議書》中規(guī)定了各國(guó)的溫室氣體減排量。我國(guó)作為簽字國(guó)，將認(rèn)真履行自己的義務(wù)。顯然，對(duì)煤層氣排放治理將面臨緊迫而巨大的壓力。
煤層氣綜合利用價(jià)值很高，除民用外，可用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、供熱、壓縮液化后作動(dòng)力燃料，還可做甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。
一般來(lái)說(shuō)，從生產(chǎn)礦井的采空區(qū)抽出的煤層氣濃度較低，并含有較多的雜質(zhì)，而在未開采地區(qū)采用地面鉆井生產(chǎn)的煤層氣濃度高、質(zhì)量好。中等質(zhì)量的煤層氣適合當(dāng)?shù)孛裼没蚬┚谕咚闺姀S。高質(zhì)量的煤層適合進(jìn)入天然氣管道系統(tǒng)，輸送到遠(yuǎn)方用戶，供應(yīng)其他大城市居民、大電廠、化肥廠和化工廠使用。
煤層氣利用系統(tǒng)一般由瓦斯泵、瓦斯罐、調(diào)壓站和輸氣管道組成。我國(guó)目前有兩類煤層氣供應(yīng)系統(tǒng)；一類為低壓一級(jí)供應(yīng)系統(tǒng)，煤層氣壓力維持在2000Pa以上；另一類為中、低壓供應(yīng)系統(tǒng)，中壓為35000Pa，低壓力2000Pa。在一般情況下，瓦斯罐內(nèi)的氣壓為5000-6000Pa。
1、煤層氣民用的基本條件是—足夠的氣源、穩(wěn)定的氣壓，當(dāng)用于炊事時(shí)，氣壓應(yīng)大于2000Pa；甲烷濃度35-40％。
—?dú)怏w混合物中無(wú)有害雜質(zhì)；—完善的氣體儲(chǔ)存和輸送設(shè)施。
2、發(fā)電煤層氣代替煤發(fā)電供熱不僅能減輕環(huán)境污染，而且能提高熱效率。
3、汽車燃料(瓦斯)汽車是造成大氣污染的重要污染源，它們排放CO、碳?xì)浠衔锖偷趸铩?br> 柴油車輛還排放顆粒物。隨著車輛不斷增加，作為主要燃料的石油將會(huì)變得短缺。天然氣對(duì)環(huán)境十分有利，因?yàn)樗軠p少車輛排出的所有污染物的排放。因此，使用甲烷作為燃料的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益十分明顯。
作為汽車燃料的壓縮天然氣的工藝參數(shù)為甲烷濃度為90-100％；乙烷以上的烴類含量不超過6-5％。因?yàn)榧淄槭敲簩託獾闹饕煞?，?jīng)過富集，甲烷濃度可增加到95％，而乙烷以上的烴類含量很小。因此煤層氣十分適合于生產(chǎn)壓縮天然氣作為汽車燃料。
鐵煤集團(tuán)排放的低濃度煤層氣的甲烷濃度在10-30％之間。目前抽放的低濃度煤層氣每年排放量5000萬(wàn)立方米(按純甲烷計(jì)算)，每年可供25萬(wàn)居民使用。鐵煤集團(tuán)煤層氣儲(chǔ)量為293億立方米，按30％抽出率計(jì)算，可供利用的煤層氣約90億立方米(按純甲烷計(jì)算)。鐵法礦區(qū)可利用煤層氣相當(dāng)于1350萬(wàn)噸煤炭。同時(shí)，還可綜合利用的氣體有氮?dú)狻Ｄ壳?，鐵法礦區(qū)每年井下抽取煤層氣8000萬(wàn)立方米(按純甲烷計(jì)算)，甲烷濃度達(dá)到40％以上的比例僅占40％。低濃度抽放煤層氣濃縮、回收利用是解決供氣不足的唯一途徑。全國(guó)煤礦抽放煤層氣排放量達(dá)到幾十億立方米以上。能源的需求與環(huán)境的要求，使低濃度煤層氣的利用十分迫切。
目前國(guó)際上主要的濃縮抽放煤層氣技術(shù)有(1)將N2與CH4分離的現(xiàn)有技術(shù)通常采用低溫工藝，基礎(chǔ)投資大，并只在分離大量氣流時(shí)才經(jīng)濟(jì)(幾百萬(wàn)m3/d)。然而，許多富集工藝正處于不同的研究和開發(fā)階段，它們可經(jīng)濟(jì)地用于處理30萬(wàn)m3/d以下氣體，因此這些工藝可在煤礦應(yīng)用。其中一些工藝是專門用來(lái)去除天然氣中的N2，但在O2存在的條件下，它們功能還是未知數(shù)。
(2)Mehra工藝?yán)锰細(xì)淙軇┤コ齆2。這種工藝已在現(xiàn)場(chǎng)得到驗(yàn)證，據(jù)報(bào)道其運(yùn)行成本比低溫工藝低15％。假如這種工藝能處理O2，那么它可以經(jīng)濟(jì)地處理4200-8500m3/d的中等CH4濃度的煤層氣。
(3)Bend研究機(jī)構(gòu)采用金屬基液體吸收劑來(lái)去除CH4中的N2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，CH4混合氣體的處理成本為19美元/km3，并預(yù)計(jì)可降到11美元/km3。但目前該工藝尚未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
(4)Nitrotec工程公司已開發(fā)出變壓吸附工藝。該工藝?yán)锰挤肿雍Y從N2和O2中吸附CH4，利用天然沸石將CH4混合物中的N2和O2吸附出來(lái)。我國(guó)PSA濃縮CH4技術(shù)為專利技術(shù)(專利號(hào)85103557.4)，該技術(shù)可將煤礦瓦斯氣CH4濃度從20％提高到50-95％。濃縮后的CH4熱值明顯提高，可用作優(yōu)質(zhì)燃料和化工原料。
變壓吸附氣體分離技術(shù)與深度冷凍法相比，具有投資少、操作簡(jiǎn)便、能源省、成本低的優(yōu)點(diǎn)與膜分離法相比，提取的氣體純度高，能耗低。變壓吸附技術(shù)優(yōu)點(diǎn)一是能提供廉價(jià)氣體，二是可以利用廢氣，變廢為寶，消除和減少環(huán)境污染。
(5)氣體膜分離技術(shù)是一種新興的化工分離技術(shù)。目前微濾、滲析、電滲析、人工腎、反滲透、超濾、氣體分離、無(wú)機(jī)膜、滲透汽化、液膜、控制釋放以及膜接觸、膜擇應(yīng)器等技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保、能源、電子、食品、醫(yī)藥和生物工程等領(lǐng)域。膜作為一種先進(jìn)的分離技術(shù)，具有分離精度高、滲透率高、選擇性強(qiáng)、常溫下操作無(wú)相態(tài)變化、能耗低、污染小。適用于從混合氣中分離和濃縮氣體。采用膜技術(shù)開發(fā)N2和CH4分離膜方面還沒有成功的報(bào)道，須進(jìn)一步深入研究。
綜上所述，對(duì)于低濃度抽放煤層氣的利用仍然處于初級(jí)研究階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤層氣濃縮方法，采用變壓吸附和膜分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低濃度抽放煤層氣濃縮CH4和回收N2的綜合利用，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)煤層氣高效利用和環(huán)境保護(hù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種煤層氣濃縮方法，包括變壓吸附和膜分離；所述變壓吸附工藝參數(shù)如下加壓吸附的壓力控制在0.8-2.4MPa范圍內(nèi)，降壓解吸的壓力控制在0.1-0.02MPa負(fù)壓范圍內(nèi)，溫度4-25℃；通過變壓吸附將N2分離；所述膜分離工藝參數(shù)如下膜孔徑為＜0.01μm，高壓與低壓比為＞4，原料氣壓力＞200Pa，原料氣溫度＜25℃；通過膜分離將CH4、CO2、O2三種氣體中的O2分離，再通過化學(xué)方法去除CO2。
所述變壓吸附和膜分離按先后順序進(jìn)行；通過上述步驟，獲得CH4的純度達(dá)到50-95％。
所述膜分離較佳的工藝參數(shù)如下膜孔徑為0.01-0.001μm，高壓為0.8-2.4MPa，低壓為0.2-0.6MPa，原料氣壓力200Pa-2000Pa，原料氣溫度4-25℃。
所述膜分離采用的膜包括中空纖維或卷式膜，直徑范圍20-300mm，長(zhǎng)度范圍150-3000mm。
所述變壓吸附的吸附劑為沸石分子篩或碳分子篩。
所述碳分子篩為大孔、過度孔、微孔或超微孔的碳分子篩。
本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明采用變壓吸附和膜分離技術(shù)結(jié)合使用，濃縮CH4并回收N2，實(shí)現(xiàn)低濃度抽放煤層氣的綜合利用。采用變壓吸附技術(shù)，可以使煤層氣中甲烷濃度由10-25％提高到50-95％；采用膜分離技術(shù)，可以使煤層氣中甲烷濃度由10-25％提高到50％以上。
(2)本發(fā)明對(duì)煤層氣資源綜合利用，對(duì)于改善和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障煤礦安全生產(chǎn)、降低煤礦生產(chǎn)成本、減少大氣污染具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。


圖1為煤層氣中CH4、O2、N2及CO2四種主要?dú)怏w含量(體積比)的線形圖。
圖2為煤層氣中CH4、O2、N2及CO2四種主要?dú)怏w含量(體積比)的餅圖。
圖3為煤層氣中CH4、O2、N2及CO2四種主要?dú)怏w含量(體積比)的相互關(guān)系。
圖4為煤層氣中CH4、N2氣體含量(體積比)的相互關(guān)系。
圖5為氣體透過膜的原理及滲透速率排列大概順序圖。
圖6為膜分離主要工作原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中除特殊指明之外，含量、濃度、純度均為體積百分比。
煤層氣的氣體組成分析從大隆礦井下采空區(qū)或回采工作面抽出的煤層氣主要成分為CH4、CO2、CO、C2H4、C2H6、N2、O2，其中CO、C2H4、C2H6三種氣體在煤層氣中含量很少。
煤層氣主要?dú)怏w是CH4、O2、N2及CO2，通過對(duì)大隆礦抽出的煤層分析，結(jié)果如圖1-4所示，從以上分析得知，從總體含量來(lái)看，N2含量占主體，CH4平均含量比O2稍高，CO2最低。
從相互關(guān)系來(lái)看，N2和CH4的關(guān)系呈線性關(guān)系，即N2含量從0-78％左右時(shí)，CH4的含量從80％-0基本上是均勻分布，只有0-25％時(shí)相對(duì)集中，O2的含量主要集中在0-20％這一范圍，并不隨N2、CH4的含量變化有相對(duì)大的變化。
因此，在濃縮煤層氣過程中，只要把混合氣體中的N2分離出來(lái)，CH4的濃度就會(huì)呈線性增高。
針對(duì)鐵煤集團(tuán)抽放煤層氣的成分與性質(zhì)，本發(fā)明以變壓吸附和膜分離技術(shù)為研究?jī)?nèi)容，先進(jìn)行變壓吸附，再實(shí)行膜分離，實(shí)現(xiàn)濃縮CH4——回收N2綜合利用的目標(biāo)。
(一)變壓吸附濃縮(1)研究吸附劑性能，主要對(duì)沸石分子篩、碳分子篩進(jìn)行氣體等溫吸附、分子篩復(fù)合結(jié)構(gòu)、抗污染、防粉化研究。
變壓吸附氣體分離技術(shù)是一項(xiàng)從氣體混合物中分離提取某一氣體或富集某些氣體組分的新型氣體分離技術(shù)，吸附凈化是利用氣體混合物中不同組分在吸附劑中溶解度不同或吸附劑發(fā)生選擇化學(xué)反應(yīng)，將一種組分或多種組分表面質(zhì)量吸附在固體表面上，吸附凈化的關(guān)鍵需要確定有效的吸附劑。目前采用活性碳、活性氧化鋁、硅膠、沸石分子篩等。本發(fā)明的吸附劑主要采用沸石分子篩或碳分子篩。
沸石分子篩是人工合成的硅酸鋁鹽晶體，將它加熱到一定程度后失去結(jié)晶水，形成很大的比表面積。這種吸附劑由離子孔穴和帶負(fù)電荷的硅鋁骨干所構(gòu)成，對(duì)極性分子及不飽和鍵分子具有很高的選擇性；對(duì)N2具有較高的吸附作用，孔穴大小為0.3×10-9-1×10-9m，比表面積為200-750m2/克。
碳分子篩是由煤加工而成的。通過煤氧化、干煤粉碎、炭化等一系列工作，加工成具有大孔、過度孔、微孔與超微孔的碳分子篩，大孔分子篩的孔徑大小分別為10-7-10-5m，過度孔分子篩的孔徑大小分別為2×10-9-10-7m，微孔分子篩的孔徑大小分別為10-9-2×10-9m，超微孔分子篩的孔徑大小分別為小于0.7×10-9m；比表面積為1800-2345m2/克。大孔碳分子篩對(duì)不同氣體的等溫吸附現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)表明，碳分子篩對(duì)CO2、CH4的吸附作用明顯高于N2，氮分子穿過碳分子篩的微孔被吸附需要較長(zhǎng)時(shí)間。
(2)變壓吸附工藝選擇變壓吸附的原理是通過加壓吸附、降壓解吸實(shí)施循環(huán)過程，采用多塔交替操作，實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)化。需要對(duì)加壓吸附、降壓解吸的工藝條件進(jìn)行研究，以獲得從抽放煤層氣中濃縮CH4的合適條件。實(shí)現(xiàn)混合氣體的CH4濃度為50％以上。研究特殊的氣流擴(kuò)散裝置，避免了高氣流高速?zèng)_擊造成的分子篩粉化現(xiàn)象。分子篩復(fù)合床結(jié)構(gòu)，保護(hù)分子篩不受微油和水分的污染，有利于分子篩的后期使用壽命。
具體工藝參數(shù)如下加壓吸附的壓力控制在0.8-2.4MPa范圍內(nèi)，降壓解吸的壓力控制在0.1-0.02MPa范圍內(nèi)，溫度4-25℃，原料氣含油量小于0.5ppm。
(二)濃縮CH4膜分離1、膜技術(shù)就是通過膜的選擇透過達(dá)到分離混合物的目的。在技術(shù)上，混合流進(jìn)入膜分離器后會(huì)出來(lái)兩種物流，即滲透流和濃縮流，滲透流含有較多的易通過膜的化學(xué)組分，而濃縮流含有較多的不易通過膜的化學(xué)組分。
膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能顯著、環(huán)境友好、操作簡(jiǎn)便、設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省空間、運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)。
利用膜分離技術(shù)就是把煤層氣中的N2分離出來(lái)，提高混合氣體中CH4的含量，如果再使用膜技術(shù)可以把CH4、CO2、O3三種氣體中O2分離，通過化學(xué)方法消除少量的CO2，則可獲得高純度CH4，這樣可使煤層氣濃縮后具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
采用膜技術(shù)關(guān)鍵影響因素是膜的孔徑。膜分離機(jī)理有兩個(gè)方面一是篩分作用，即膜對(duì)組分的過濾作用在壓力差推動(dòng)下比膜孔徑小的氣體分子透過膜孔。而大于膜孔徑的氣體分子則被截留。膜孔的尺寸與形狀決定其分離性能。二是吸著作用，不同的膜材料對(duì)同中顆粒物截留率不同。因而要研究膜分離氣體的性能參數(shù)，包括溫度、壓力、膜面積、厚度以及選擇性。本發(fā)明膜組件有卷式和中空纖維膜等型號(hào)膜種類能夠滿足項(xiàng)目要求；直徑范圍20-300mm，如30mm、50mm、100mm、200mm、250mm；長(zhǎng)度范圍150-3000mm，如200mm、500mm、1000mm。
如圖5所示高分子膜分離的基本原理，即高分子膜兩側(cè)的高壓側(cè)和低壓側(cè)必須有壓力差，所以有正壓和負(fù)壓兩種操作方式，要求高壓/低壓比一般大于4(高壓為0.8-2.4MPa，低壓為0.2-0.6MPa)。膜孔徑為＜0.01μm(較好為0.01-0.001μm)，原料氣壓力＞200Pa(較好為200Pa-2000Pa)，原料氣溫度＜25℃(較好為4-25℃)，原料氣流量0-8890m3/h，產(chǎn)品氣和廢氣流量為0-4000m3/h，氣體是通過溶解、擴(kuò)散、解吸分離的。進(jìn)入膜氣體要求微粒小于0.1μm，含油量小于0.5ppm以下，露點(diǎn)溫度比大氣溫度低25攝氏度以上。按滲透速率的由快至慢排列大概順序?yàn)镠2O、H2、CO2、O2、Ar、CO、CH4、N2。
一般工藝步驟如下原料氣經(jīng)過過濾系統(tǒng)濾去微粒等進(jìn)入膜系統(tǒng)分離，一部分為產(chǎn)品氣，另一部分為廢氣，根據(jù)產(chǎn)品和環(huán)保要求，產(chǎn)品氣和廢氣還可以再分離或循環(huán)等。
本發(fā)明采用的氣體分離膜及設(shè)備來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所“膜技術(shù)國(guó)家工程研究中心”，該中心是目前全球4家主要生產(chǎn)氣體分離膜及設(shè)備的公司之一，目前已有數(shù)百套裝置在國(guó)內(nèi)外投入使用。其主要工作原理如圖6所示膜系統(tǒng)2是核心，起分離作用，主要有膜組件、進(jìn)氣分配箱、真空均分氣和外殼等；調(diào)節(jié)系統(tǒng)3主要根據(jù)系統(tǒng)要求來(lái)調(diào)節(jié)壓力、流量和濃度等；過濾系統(tǒng)1是初、中、高效過濾器的組合集成，要求濾去微粒小于0.1μm，含油量小于0.5ppm以下，露點(diǎn)溫度比大氣溫度低25攝氏度以上；真空系統(tǒng)4主要是真空泵，提供動(dòng)力；分離系統(tǒng)5主要由除霧網(wǎng)、穩(wěn)壓罐、水位控制閥和排污閥等組成，要求分離出來(lái)的產(chǎn)品氣和真空系統(tǒng)帶來(lái)的水分；還可以通過控制系統(tǒng)6完成水、電和氣控制和報(bào)警等。整個(gè)膜分離裝置的工作過程很簡(jiǎn)單，只要膜兩側(cè)存在壓力差，就有分離，屬靜態(tài)操作。
濃縮指標(biāo)原始?xì)怏wCH4濃度在10-25％，濃縮氣體CH4濃度50％。
(三)技術(shù)分析1、氣體膜分離技術(shù)是一種新型分離技術(shù)，具有能耗低、投資省、占地面積小和使用方便等特點(diǎn)，在石油化工工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。目前多種高分子膜對(duì)氣體具有較大的滲透速率和較強(qiáng)的選擇分離性，適合從混合氣中分離和濃縮氣體。變壓吸附技術(shù)(PSA)自1961年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來(lái)，一直用于N2提純。在工藝要求上是比較成熟的?；驹硎抢脷怏w在吸附速率的差異或吸附容量的差異達(dá)到氣體提純。通過選擇適用于CH4、N2的分子篩實(shí)現(xiàn)濃縮煤層氣是可行的。目前市場(chǎng)上有沸石分子篩、碳分子篩等可供選擇。一臺(tái)設(shè)備進(jìn)氣時(shí)8890m3/h，CH4濃度30％，產(chǎn)品氣量4000m3/h，富集后CH4濃度達(dá)42％，其中電耗250kw，占地小于50m3，膜系統(tǒng)(膜組件正常壽命10年左右，最長(zhǎng)的已達(dá)到17年還在運(yùn)行，免維護(hù))，價(jià)格大約400萬(wàn)元，安裝高度預(yù)計(jì)54萬(wàn)元。
2、市場(chǎng)分析煤礦抽放煤層氣作為一種優(yōu)質(zhì)潔凈能源，回收利用具有良好的市場(chǎng)前景。現(xiàn)有CH4濃度在到40％以上的僅占40％。濃縮技術(shù)是提高煤層氣利用價(jià)值的唯一途徑。我國(guó)抽放煤層氣利用技術(shù)水平不高的主要原因是技術(shù)欠缺，致使大量的低濃度抽放煤層氣白白排放掉。全國(guó)低濃度煤層氣濃縮技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)。只要煤礦開采，低濃度煤層氣的利用是永久課題。在當(dāng)前我國(guó)一次性能源不足的情況下，煤層氣資源的開發(fā)和利用對(duì)于緩解我國(guó)能源供應(yīng)緊張狀況意義重大。
3、經(jīng)濟(jì)效益分析在鐵法礦區(qū)為例。目前鐵法礦區(qū)地面煤層氣抽放泵站11座，抽放設(shè)備60余臺(tái)，實(shí)際抽放能力4200m3/min以上，2004年抽出8004萬(wàn)m3(純量)，今年預(yù)計(jì)7500萬(wàn)m3(純量)，年抽放能力達(dá)到5.2億m3，能夠滿足煤層氣開發(fā)利用的需要。目前地面供氣利用聯(lián)網(wǎng)管路100km，儲(chǔ)氣罐面積10.76萬(wàn)m3，煤層氣利用居民近10萬(wàn)戶。
要實(shí)現(xiàn)民用煤層氣60萬(wàn)m3/d的要求，建設(shè)低濃度煤導(dǎo)氣濃縮站一座，濃縮機(jī)8臺(tái)，投資3600萬(wàn)元。其它配套工程包括需要建設(shè)儲(chǔ)氣罐容積30萬(wàn)m3，需要投入資金3000萬(wàn)元。需要鋪設(shè)管路100km，需要資金1000萬(wàn)元?？偼顿Y約1.16億元。
年利用煤層氣(CH4濃度50％計(jì)算)2億m3，年銷售收達(dá)到2億元(1元/m3煤層氣，CH4濃度50％)，資金的回收期2-3年。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣濃縮方法，其特征在于包括變壓吸附和膜分離；所述變壓吸附工藝參數(shù)如下加壓吸附的壓力控制在0.8-2.4MPa范圍內(nèi)，降壓解吸的壓力控制在0.1-0.02MPa負(fù)壓范圍內(nèi)，溫度4-25℃；通過變壓吸附將N2分離；所述膜分離工藝參數(shù)如下膜孔徑為＜0.01μm，高壓與低壓比為＞4，原料氣壓力＞200Pa，原料氣溫度＜25℃；通過膜分離將CH4、CO2、O2三種氣體中的O2分離，再通過化學(xué)方法去除CO2。
2.按照權(quán)利要求1所述的煤層氣濃縮方法，其特征在于所述變壓吸附和膜分離按先后順序進(jìn)行；通過上述步驟，獲得CH4的純度達(dá)到50-95％。
3.按照權(quán)利要求1所述的煤層氣濃縮方法，其特征在于所述膜分離工藝參數(shù)如下膜孔徑為0.01-0.001μm，高壓為0.8-2.4MPa，低壓為0.2-0.6MPa，原料氣壓力200Pa-2000Pa，原料氣溫度4-25℃。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的煤層氣濃縮方法，其特征在于所述膜分離采用的膜包括中空纖維或卷式膜，直徑范圍20-300mm，長(zhǎng)度范圍150-3000mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的煤層氣濃縮方法，其特征在于所述變壓吸附的吸附劑為沸石分子篩或碳分子篩。
6.按照權(quán)利要求5所述的煤層氣濃縮方法，其特征在于所述碳分子篩為大孔、過度孔、微孔或超微孔的碳分子篩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤層氣的濃縮方法，具體為通過采用變壓吸附和膜分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層氣濃縮CH
文檔編號(hào)B01D53/047GK1799679SQ20051004762
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者趙士華 申請(qǐng)人:趙士華