本技术涉及一种含氮煤层气回收甲烷的提纯系统及方法,提纯系统包括:依次设置的第一塔体、第二塔体、第三塔体、第四塔体、第五塔体和第六塔体,以及,原料气储存罐、逆放气混合罐、真空缓冲罐和产品缓冲罐;六个塔体上均设有上管道和下管道;上管道和下管道上均设有支路;支路上还设有支管,待处理气体能够流经不同的管道、支路和支管,进而流入和流出处于不同状态的塔体,将均压降状态吸附塔排放的尾气和顺放状态吸附塔排放的尾气分别通入均压升状态吸附塔和顺放预吸附状态吸附塔中,并且将逆放尾气同原料气一起通入吸附状态吸附塔中,可进一步提高含氮煤层气中甲烷的纯度以及回收率。
背景技术
真空变压吸附技术通常采用高效固体吸附剂,基于各气体组分之间吸附能力的差异,在特定压力环境下进行吸附,该技术优先吸附亲和力较强的气体组分,其余气体则从吸附塔的塔顶排出。随后,通过降低压力、顺放、逆放以及抽真空操作,使已吸附的气体组分解吸,并促使吸附剂再生,整个过程循环往复,可实现对产品气的分离提纯。
真空变压吸附产品气可以为吸附剂较难吸附组分,产品气通过吸附步骤从吸附塔的塔顶采出;也可以为吸附剂高效吸附组分,产品气通过抽真空从吸附塔中解吸,目前,产品气为吸附剂高效吸附组分的真空变压吸附技术的应用较为广泛,包括:CCUS(碳捕集、利用与封存技术)从变换气中分离回收二氧化碳;从空气中分离回收氧气、氮气;从钢厂转炉气等富一氧化碳气体中分离回收一氧化碳;从低浓度煤层气、沼气、生物气等中分离回收甲烷;从炼油厂催化裂化干气中分离回收C2及C2以上烃类组分为主的混合气;从炼厂催化重整、加氢裂化C4混合气中分离C1、C2、C3、C4组分等,但如果使用常规真空变压吸附装置,会导致产品气的纯度以及回收率达到一定值后就无法再提高,并且存在原料气消耗量较大,进而导致生成成本较高的问题。
CN117965216B公开了一种用于含氧煤层气的安全回收甲烷并提纯的方法,包括如下步骤:(1)掺氮稀释氧防爆操作:向含氧煤层气掺入预定量的氮气副产品气以形成掺氮的低氧含量煤层气;(2)甲烷回收除氧操作,甲烷回收除氧操作采用真空变压吸附工艺,且采用至少三个第一级吸附塔,甲烷回收除氧操作循环进行吸附、均压降压、真空解吸、均压升压和加压五个步骤,掺氮的低氧含量煤层气经甲烷回收除氧操作处理而得到含氮的甲烷富集气;(3)甲烷浓缩提纯操作,甲烷浓缩提纯操作采用压力梯度模拟移动床工艺,且采用至少五个第二级吸附塔,至少五个第二级吸附塔通过管线串联连通,甲烷浓缩提纯操作包括:步骤①多塔串联加压与吸附:经甲烷回收除氧操作处理而获得的含氮的甲烷富集气从一个执行吸附操作的第二级吸附塔的塔底直接导入并经吸附后导入其余的至少一个执行吸附操作的第二级吸附塔,且对最后执行吸附操作的第二级吸附塔充压,在此过程中,甲烷被吸附,部分氮气滞留于第二级吸附塔内,部分氮气从完成加压吸附操作的第二级吸附塔塔顶排出以获得氮气副产品气,以作为与含氧煤层气混合的氮源;步骤②多塔串联置换:甲烷产品气从一个执行置换氮气操作的第二级吸附塔的塔底导入并经置换后导入剩余的至少一个执行置换氮气操作的第二级吸附塔内,由甲烷产品气与第二级吸附塔内滞留的氮气进行置换,被置换出的氮气由最后执行置换氮气操作的第二级吸附塔塔顶排出并流经执行吸附操作的第二级吸附塔集中排出;步骤③单塔真空解吸:执行真空解吸操作的第二级吸附塔经置换氮气操作后且于真空解吸前其内部的吸附剂填充层吸附有甲烷,执行真空解吸操作的第二级吸附塔被抽真空,以使被吸附的甲烷被解吸出来并由塔底排出以得到甲烷浓度高于95%的甲烷产品气;在真空条件下,抽真空后的第二级吸附塔的塔顶被通入氮气副产品气,以吹扫塔内残留的甲烷,甲烷和氮气形成回收气二由塔底排出并通入含氮的甲烷富集气以循环处理;步骤④:所有气体的输入和输出对象沿着气体流动方向依次同步切换成下一个第二级吸附塔后循环步骤①至步骤③:循环前被直接导入含氮的甲烷富集气而执行吸附操作的第二级吸附塔于下一循环中最后执行置换氮气操作,循环前与被直接导入含氮的甲烷富集气而执行吸附操作的第二级吸附塔直接连通的执行吸附操作的第二级吸附塔于下一循环中被直接导入含氮的甲烷富集气以执行吸附操作,循环前被直接导入甲烷产品气而执行置换氮气操作的第二级吸附塔于下一循环中执行真空解吸操作,循环前与被直接导入甲烷产品气而执行置换氮气操作的第二级吸附塔直接连通的执行置换氮气操作的第二级吸附塔于下一循环中被直接导入甲烷产品气以执行置换氮气操作,循环前执行真空解吸操作的第二级吸附塔于下一循环中执行加压吸附操作,虽然此方法中甲烷的纯度以及回收率在一定程度上有所提高,但仍可进一步提高甲烷的纯度以及回收率。
由此可见,如何进一步提高煤层气中甲烷的纯度以及回收率是亟待解决的技术问题。
实现思路