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1、煤層氣脫氧制CNGLNG技術(shù)進(jìn)展曾健,鄭珩,陳耀壯,馬磊(工業(yè)排放氣綜合利用國家重點實驗室,西南化工研究設(shè)計院,四川成都610225)摘要:本文介紹了我國煤層氣利用現(xiàn)狀,并回顧了煤層氣分離提濃技術(shù)開發(fā)情況。在比較多種煤層氣分離技術(shù)的基礎(chǔ)上,充分論證了先脫氧后分離的必要性。本文介紹了西南化工研究設(shè)計院開發(fā)的三種煤層氣脫氧工藝,提出了以耐硫催化脫氧技術(shù)為核心的“煤層氣脫氧制CNGLNG”技術(shù)方案。關(guān)鍵詞:煤層氣,脫氧,提濃,CNG,LNG1
2、前言前言煤層氣是煤層中吸附的伴生氣,其主要成分是甲烷,屬于非常規(guī)天然氣。全世界煤層氣儲量巨大,根據(jù)國際能源署(IEA)的統(tǒng)計資料結(jié)果[1],全球煤層氣資源量可達(dá)270萬億m3,90%分布在12個主要產(chǎn)煤國,其中俄羅斯、加拿大、中國、美國和澳大利亞的煤層氣資源量均超過10萬億m3。中國煤層氣資源豐富,是第三大煤層氣儲量國。據(jù)2005年煤層氣資源評價結(jié)果,全國埋深2000米以淺的煤層氣總資源量為36.81萬億Nm3[2],與陸上常規(guī)天然氣相
3、當(dāng)。煤層氣是一種優(yōu)質(zhì)資源與能源,可作為城市民用燃料、車用燃?xì)?、發(fā)電燃料、工業(yè)燃料和化工原料。只要技術(shù)手段到位,不同甲烷濃度的煤層氣都可得到有效利用。煤層氣資源的利用領(lǐng)域見圖1。2煤層氣分離技?xì)夥蛛x技術(shù)研究研究進(jìn)展國外煤礦開采多采用先采氣后采煤的方式,通過地面鉆井預(yù)抽煤層氣,得到的煤層氣甲烷含量高,一般可直接輸入天然氣管道。因此,國外對含氧煤層氣的分離研究集中在低氧含量(<2%)煤層氣,分離方法包括溶劑吸收、低溫分離、PSA分離、膜分離等
4、技術(shù)。高氧含量煤層氣分離的相關(guān)研究較少,目前還沒有工業(yè)化的報道。中國是目前對含氧煤層氣分離研究最深入的國家,按技術(shù)路線劃分,可分為兩類:含氧煤層氣直接分離和先脫氧后分離。2.1直接分離目前,含氧煤層氣直接分離技術(shù)包括變壓吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)和含氧煤層氣直接液化技術(shù)。2.1.1變壓吸附技術(shù)變壓吸附(PSA)技術(shù)是近幾十年來發(fā)展起來的一種有效的氣體分離提純方法,利用不同氣體組分在吸附劑上吸附性能不同達(dá)到分離的效果。礦井抽放煤層氣各組分在吸附
5、劑上的吸附活性排序為H2N2CH4、COCO2H2O、有機物等。由于CH4和N2的吸附性非常接近,從礦井抽放煤層氣中分離提純CH4難度特別大[3]。1983年,西南化工研究院在河南焦作礦務(wù)局建立了一套采用變壓吸附法分離煤礦瓦斯中甲烷的示范裝置,該技術(shù)以活性炭為吸附劑,采用常規(guī)的Skarstrom循環(huán)步驟,能夠?qū)⑼咚怪屑淄榈臐舛葟?0.4%提高到63.9%;增加置換步驟,可使瓦斯中甲烷的濃度提高到93.0%以上[4]。但含氧煤層氣分離存在
6、較大安全隱患,限制了該技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)。2.1.2膜分離技術(shù)薄膜分離法具有不發(fā)生相態(tài)變化、設(shè)備簡單、占地面積小等優(yōu)點。但氣體各組分對薄膜的滲透能力不同,其滲透量與各組分的滲透系數(shù)、滲透膜的面積以及膜兩側(cè)的氣體組分的分壓差有關(guān),在分離中會造成產(chǎn)品氣的損失。而且甲烷爆炸極限隨著壓力增高急劇擴大,進(jìn)一步凸顯該技術(shù)的安全問題。2.1.3含氧煤層氣直接液化技術(shù)中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與北京贊成國際投資公司和陽煤集團合作,開展了含氧煤層氣低溫液化分
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