从含氧煤层气中提纯分离甲烷的方法

摘要

本发明提供一种从含氧煤层气中提纯分离甲烷的方法，包括以下步骤：首先对含氧煤层气的原料气进行降温，接着对所述的含氧煤层气进行精馏处理，从精馏系统顶部流出尾气，纯甲烷从精馏系统底部流出，a)检测原料气中的甲烷的初始体积浓度y0；b)以甲烷的体积浓度Y为横坐标，氧的体积浓度X为纵坐标，用于建立针对分离工艺流程中的含氧煤层气的坐标区域，并确定含氧煤层气在初始状态下对应坐标区域中的爆炸三角形；c)当y0位于该位置处的含氧煤层气的坐标区域的欠氧区时，脱除待降温的原料气中的氧气；d)维持甲烷的体积浓度，从原料气中分离甲烷。按照本发明的技术方案进行粗脱氧，可以在更精确保证不发生爆炸的前提下，降低原料气的预处理成本。

主权项

1.一种从含氧煤层气中提纯分离甲烷的方法，所述方法包括以下步骤：首先对含氧煤层气的原料气进行降温，接着对降温后的含氧煤层气进行精馏处理，即得经分离提纯的甲烷，其特征在于，a)检测原料气中的甲烷的初始体积浓度y⁰；b)以甲烷的体积浓度Y为横坐标，氧的体积浓度X为纵坐标，用于建立针对分离工艺流程中的含氧煤层气的坐标区域，并确定含氧煤层气在初始状态下对应坐标区域中的爆炸三角形；c)当y⁰位于该位置处的含氧煤层气的坐标区域的欠氧区时，脱除待降温的原料气中的氧气，并使得氧气的脱除量满足以下关系：$X\ge [y_{O_2}^0(100-y^c)-y_{O_2}^c(100-y^0)]/[y_{O_2}^0(100-y_c)-y_{O_2}^0{y}_{O_2}^c],$其中，X是脱除的氧气与原料气的摩尔比，是原料气中氧气的初始体积浓度，y^c是分离工艺流程中最易发生爆炸位置处对应坐标区域中的临界爆炸点的甲烷体积浓度，是分离工艺流程中最易发生爆炸位置处对应坐标区域中的临界爆炸点的氧气体积浓度；d)维持甲烷的体积浓度，从原料气中分离甲烷；其中，所述的含氧煤层气的坐标区域是通过以下方法建立的：a)将坐标横轴与坐标纵轴的交点O(0，0)确定为坐标原点，甲烷的体积浓度为100％，氧体积浓度为0的点确定为B点，氧的体积浓度为100％，甲烷的体积浓度为0的点确定为A；b)连接点A、O、B组成分离工艺流程中的含氧煤层气的坐标区域；所述的含氧煤层气在初始状态下对应的爆炸三角形是通过以下方法建立的：a)甲烷和空气的混合气体在精馏处理中的直线方程与坐标纵轴的交点为A₁，连接点A₁、B组成甲烷和空气的混合气体直线方程A₁B，表示氧气的体积浓度，Y表示甲烷的体积浓度；b)将常温常压下甲烷和空气的混合气体的爆炸下限点L、爆炸上限点V和临界爆炸浓度点N相连接，组成常温常压下含氧煤层气的爆炸三角形LVN，LN为常温常压下含氧煤层气的爆炸下限线，VN为常温常压下含氧煤层气的爆炸上限线；c)通过在非常温常压下，含氧煤层气在初始状下的爆炸下限点L₁、爆炸上限点V₁分别作LN和VN的平行线，两平行线相交于N₀点，则三角形L₁V₁N₀为在初始状态下的含氧煤层气的爆炸三角形，L₁N₀为在初始状态下的含氧煤层气的爆炸下限线，V₁N₀为在初始状态下的含氧煤层气的爆炸上限线；d)将N₀L₁延长与AB相交于L₀，将N₀V₁延长与AB相交于V₀，连接点L₀、V₀和N₀，得到含氧煤层气在坐标区域中的爆炸三角形L₀V₀N₀；在所述的分离工艺流程中最易发生爆炸的位置处为接近精馏系统出口的位置处，所述的分离工艺流程中最易发生爆炸位置处对应坐标区域中的临界爆炸点是通过以下方法获得的：a)甲烷和空气的混合气体在精馏处理中的直线方程与坐标纵轴的交点为A₁，连接点A₁、B组成甲烷和空气的混合气体直线方程A₁B，表示氧气的体积浓度，Y表示甲烷的体积浓度；b)将常温常压下甲烷和空气的混合气体的爆炸下限点L、爆炸上限点V和临界爆炸浓度点N相连接，组成常温常压下含氧煤层气的爆炸三角形LVN，LN为常温常压下含氧煤层气的爆炸下限线，VN为常温常压下含氧煤层气的爆炸上限线；c)通过在非常温常压下，分离工艺流程中最易发生爆炸位置处的温度和压力下甲烷和空气的混合气体的爆炸下限点L₂、爆炸上限点V₂分别作LN和VN的平行线，两平行线相交于N₀’点，该点为分离工艺流程中最易发生爆炸位置处对应坐标区域中的临界爆炸点。