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五、技术内容
1.技术原理
采用理论分析、实验室研究、现场实测等多种研究手段,对低浓度瓦斯气真空变压吸附法(VPSA)提浓技术进行了全面、系统的研究。围绕瓦斯气提浓技术这一难点问题,充分利用当今的真空变压吸附理论,研究出高效经济的低浓度瓦斯气VPSA提浓技术。
主要技术内容包括:
(1)由于使用了在低压下具有较大吸附容量的低压甲烷吸附剂,使整个吸附过程在常压下进行,减少了压缩、升压环节,降低了能耗和投资,提高了安全性;
(2)VPSA提浓装置的吸附塔由6塔或8塔组成,可以多塔吸附,也可实现多塔再生。吸附塔内采用了多层复杂的静电消除设施;
(3)原料气的甲烷浓度可以低到12%左右,而产品气的甲烷浓度一步就能达到30%以上。只通过一步吸附提浓就可实现瓦斯气的提浓。甲烷产品气回收率最高可达95%;
(4)由于实现了12%左右低浓度瓦斯通过VPSA技术提高浓度到30%以上,扩大了煤矿低浓度瓦斯利用的范围。
2.关键技术
(1)低压吸附提浓工艺流程
开发了多次均压的低压真空再生吸附提浓瓦斯中甲烷的工艺流程,实现了在小于20kPa.G压力下,将浓度为12%左右的低浓度瓦斯提浓到30%以上,能耗低,经济性好;
(2)吸附剂的开发与优化
通过多种吸附剂的对比和改进,开发了高效的低压CH4吸附剂,吸附性能可以达到:静态CH4吸附容量大于25ml/g(0.1MPa.G,25℃),CH4/N2和CH4/O2分离系数大于4;
(3)吸附塔的结构设计与优化
吸附塔结构的优化,进一步改善了提浓的效果,并且确保消除静电和安全运行。
3.工艺流程
采用 VPSA提浓工艺流程,以装置为六个吸附塔为例,其吸附和再生工艺过程由吸附、均压降压、抽真空、均压升压和产品气升压等步骤组成。具体工艺过程如下:
(1)吸附过程;
(2)均压降压过程;
(3)抽真空过程;
(4)均压升压过程;
(5)产品气升压过程。
经上述步骤,吸附塔完成一个完整的“吸附-再生”循环过程,并为下一次吸附做好准备。6个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作 ,即可实现 CH4气体的连续提浓。工艺流程图见图1。
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