一种甲烷与氮气混合物分离系统和分离工艺的制作方法

技术特征：
1.一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，包括第一压缩机、第一吸附塔、第二吸附塔、第二压缩机、甲烷产品气储罐、氮气产品气储罐；所述第一吸附塔和所述第二吸附塔内均装填有活性炭分离材料；所述第一压缩机的入口与进料口相连，所述第一压缩机的出口分别通过第一阀门与所述第一吸附塔的中部进料口相连、第二阀门与所述第二吸附塔的中部进料口相连；所述第一吸附塔的塔顶出料口通过第三阀门与氮气产品气储罐的入口相连，所述氮气产品气储罐的出口通过第四阀门与所述第一吸附塔的塔顶回流口相连；所述第一吸附塔的塔底出料口通过第五阀门与所述甲烷产品气储罐的入口相连，所述甲烷产品气储罐的出口通过第六阀门与所述第二压缩机的入口相连，所述第二压缩机的出口通过第七阀门与所述第一吸附塔的塔底回流口相连；所述第二吸附塔的塔顶出料口通过第八阀门与所述氮气产品气储罐的入口相连，所述氮气产品气储罐的出口通过第九阀门与所述第二吸附塔的塔顶回流口相连；所述第二吸附塔的塔底出料口通过第十阀门与所述甲烷产品气储罐的入口相连，所述甲烷产品气储罐的出口通过第六阀门与所述第二压缩机的入口相连，所述第二压缩机的出口通过第十一阀门与所述第二吸附塔的塔底回流口相连；所述氮气产品气储罐通过第十二阀门与氮气产品气出料口相连；所述甲烷产品气储罐通过第十三阀门与甲烷产品气出料口相连。2.根据权利要求1所述的一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔内活性炭分离材料等重量。3.根据权利要求1所述的一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，所述活性炭分离材料的比表面积为850-950m2/g。4.根据权利要求1所述的一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，所述活性炭分离材料的孔容为0.45-0.55cm3/g。5.根据权利要求1所述的一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，所述活性炭分离材料的平均孔径为2.2-2.3nm。6.根据权利要求1所述的一种甲烷与氮气混合物分离系统，其特征在于，还包括真空泵；所述第一吸附塔的塔底出料口通过所述第五阀门与所述真空泵的入口相连，所述真空泵的出口与所述甲烷产品气储罐的入口相连；所述第二吸附塔的塔底出料口通过所述第十阀门与所述真空泵的入口相连，所述真空泵的出口与所述甲烷产品气储罐的入口相连。7.一种基于权利要求1-6中任一项甲烷与氮气混合物分离系统的分离工艺，其特征在于，包括如下循环过程：开启所述第五阀门、所述第十一阀门、所述第六阀门、所述第十三阀门、所述第一阀门、所述第八阀门、所述第四阀门、所述第十二阀门；煤层气由所述第一压缩机从所述第一吸附塔的中部进料口进料，所述氮气产品气储罐中的部分氮气通入所述第一吸附塔完成塔顶冲洗，并且所述第一吸附塔排出的甲烷通入所述甲烷产品气储罐，所述甲烷产品气储罐中部分甲烷由所述甲烷产品气出料口排出，其余部分甲烷通过所述压缩机进入所述第二吸附塔，甲烷和氮气混合气通过所述第二吸附塔的吸附后进入所述氮气产品气储罐，且部分氮气由氮气产品气出料口排出；达到设定吸附时间后，关闭所述第五阀门、所述第十一阀门、所述第六阀门、所述第十
三阀门、所述第一阀门、所述第八阀门、所述第四阀门、所述第十二阀门；开启所述第七阀门和所述第十阀门，完成所述第一吸附塔的终升压工作和所述第二吸附塔的降压工作；开启所述第七阀门、所述第十阀门、所述第六阀门、所述第十三阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第九阀门、所述第十二阀门；煤层气由所述第一压缩机从所述第二吸附塔的中部进料口进料，所述氮气产品气储罐中的部分氮气通入所述第二吸附塔完成塔顶冲洗，并且所述第二吸附塔排出的甲烷通入所述甲烷产品气储罐，所述甲烷产品气储罐中部分的甲烷由所述甲烷产品气出料口排出，其余部分甲烷经所述压缩机进入所述第一吸附塔，甲烷和氮气混合气通过所述第一吸附塔的吸附后进入所述氮气产品气储罐，且部分氮气由氮气产品气出料口排出；达到设定吸附时间后，关闭所述第七阀门、所述第十阀门、所述第六阀门、所述第十三阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第九阀门、所述第十二阀门；开启所述第十一阀门和所述第五阀门，完成所述第一吸附塔的降压工作和所述第二吸附塔的终升压工作。8.根据权利要求7所述的一种分离工艺，其特征在于，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔的吸附压力设定为0.2～0.5mpa。9.根据权利要求7所述的一种分离工艺，其特征在于，解吸过程采用常压解吸或抽真空解吸。

技术总结
本发明属于气体分离技术领域，公开了一种甲烷与氮气混合物分离系统和分离工艺，以活性炭为分离材料，以双回流变压吸附为分离技术，对低浓度煤层气中的甲烷和氮气进行分离，达到富集浓缩甲烷和获取高纯度氮气的目的。活性炭分离材料具有比表面积大、微孔结构发达、甲烷吸附量大、氮甲烷分离系数高等优点，双回流变压吸附能有效克服热力学限制，同时得到高纯度和高回收率的轻组分产品气和重组分产品气。本发明可在常温和0.2～0.5MPa吸附压力下操作，因此能耗与成本低廉；适用于工业上煤层气开发、甲烷/氮气分离、提高沼气热值以及降低煤矿中瓦斯浓度等领域。中瓦斯浓度等领域。中瓦斯浓度等领域。


技术研发人员：赵延兴 鲁博
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：2020.09.02
技术公布日：2022/3/18