專利名稱：高表面活性炭變壓吸附分離甲烷/氮氣混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷與氮氣混合物的分離方法，屬于氣體分離技術(shù)。
背景技術(shù)：
在許多天然的可燃氣體中，甲烷是主要成份，氮氣是主要雜質(zhì)。許多工業(yè)氣流亦然，二者的分離是非常重要的。對于工業(yè)氣流中的氮/甲烷分離要求，一般是由下一步加工程序決定的。就天然氣流而論，氮/甲烷分離對于我國開發(fā)利用煤層氣是關(guān)鍵技術(shù)之一。煤層氣中甲烷的含量不等，而且產(chǎn)氣量隨時間遞減。如能方便地將甲烷與雜質(zhì)分離，不但可以提升煤層氣的熱值，而且便于提濃后煤層氣的儲運。其中氮氣是主要雜質(zhì)中最難分離的成份。同樣，沼氣中作為可燃成份的甲烷含量只有50％左右，主要雜質(zhì)是氮氣和二氧化碳。如能提高沼氣中的甲烷含量，則將大大提高沼氣的熱值，業(yè)便于對大規(guī)模生產(chǎn)的沼氣的儲運。二氧化碳與甲烷的分離相對容易，但氮氣與甲烷的分離則很難。
氮與甲烷的臨界溫度都很低。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物理性質(zhì)相近，因此很難低成本地分離。變壓吸附是能耗最低、最廉價的分離方法，問題是要找到一種適宜的吸附劑。國際著名的吸附學(xué)者Rutheven近來著文指出，開發(fā)有效的氮/甲烷分離吸附劑是面臨的一項挑戰(zhàn)，可見此項分離任務(wù)之難度。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)低成本的變壓吸附分離氮氣與甲烷混合物，本專利采用高表面活性炭作為吸附劑，達到了變壓吸附工藝對吸附劑的分離要求。利用變壓吸附工藝分離氮氣/甲烷混合物，通過變壓吸附循環(huán)，實現(xiàn)氮氣與甲烷的分離。在吸附塔內(nèi)除裝填用于凈化目的的普通吸附劑外，裝填比表面積在1700m2/g以上、以微孔為主的高表面活性炭作為氮氣與甲烷的分離吸附劑。在變壓吸附循環(huán)中，吸附壓力在0.4-1.0MPa，脫附壓力為常壓。
本發(fā)明是通過下述方案加以實現(xiàn)的。在變壓吸附流程中，無論采用幾個吸附塔，塔中均以高表面活性炭作為氮氣/甲烷的分離吸附劑。通過在較高壓力下的吸附，將氮氣分離出來，通過在較低壓力下的解吸，將甲烷脫附出來，并實現(xiàn)吸附劑的再生。為使吸附劑再生完全，采用氮氣流逆向吹掃吸附劑床層。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1、通過采用高表面活性炭作為氮氣/甲烷的分離吸附劑，使得采用變壓吸附工藝分離這對關(guān)鍵組份成為可能。2、因為采用變壓吸附分離工藝，使得氮氣/甲烷的分離成本低廉。
具體實施例方式
例如采用一個4-塔變壓吸附流程，吸附塔中裝填高表面活性炭作為氮氣/甲烷的分離吸附劑，應(yīng)用于低甲烷含量煤層氣的甲烷增濃。經(jīng)過干燥的煤層氣在一定壓力下(例如0.4MPa)進入吸附塔底部，塔頂流出氮氣。吸附步驟之后，降低吸附塔壓力至常壓，脫出吸附的甲烷。在常壓下利用所得氮氣逆向吹掃吸附床，提高吸附劑再生深度，以便開始下一個吸附步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于分離氮氣/甲烷混合物的吸附劑，其特征在于，比表面積在1700m2/g以上、具有發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)的活性炭。
2.一種利用權(quán)利要求1所述吸附劑的分離氮氣/甲烷混合物的變壓吸附方法，其特征在于，吸附壓力為0.4-1.0MPa，在常壓下脫附并輔以氮氣吹掃使吸附劑再生。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以高表面活性炭為分離吸附劑，變壓吸附分離甲烷與氮混合物的方法。這種方法的核心是利用高表面活性炭增大甲烷與氮吸附能力的差異，達到變壓吸附所需的分離系數(shù)，通過變壓吸附工藝實現(xiàn)二者的分離。此項甲烷與氮的分離技術(shù)，在常溫和1.0MPa以下壓力操作，故能耗與成本低廉?？捎糜诠I(yè)氣體中的甲烷/氮分離、煤層氣開發(fā)、提高沼氣的熱值，以及降低煤礦中瓦斯?jié)舛鹊饶康摹?br> 文檔編號C07C7/00GK1390627SQ0211791
公開日2003年1月15日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者周理, 周亞平 申請人:天津大學(xué)