低浓度煤层气浓缩成套工艺技术与装备

技术简介:

针对煤矿抽放低浓缩煤层气甲烷含量低、氧气含量高、利用率低,直接利用存在严重安全隐患的特点,煤炭科学研究总院在国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”支持下开发出了低浓度煤层气除氧与变压吸附集成浓缩成套工艺技术与装备,并开发出了适合低浓度煤层气变压吸附浓缩专用吸附剂——煤基碳分子筛。

采用煤科总院研发的除氧与变压吸附集成浓缩工艺把低浓度煤层气浓缩至50%左右时,可以用作矿区周围居民生活燃料、工业锅炉/窑炉燃料。浓缩至50%-80%左右时,可以用作化工合成原料气。浓缩至90%以上时,可以加工成压缩天然气、LNG、管道天然气等。利用低浓度煤层气浓缩利用技术,能够大大提高煤矿区低浓度煤层气的利用率,缓解我国在能源和环境方面的双重压力,保障煤矿安全生产及节能减排国家战略的实施。

除氧与变压吸附集成浓缩工艺流程示意图

技术指标:

通过非催化氧化除氧,能够使低浓度煤层气中氧气降至1%以下,且甲烷损失率控制在5%以内,除氧后的煤层气经浓缩后甲烷浓度可达90%以上。低浓度煤层气浓缩专用煤基碳分子筛甲烷氮气分离系数高达3.0以上,强度达到99%,且具有较强的成本优势。


低浓度煤层气除氧效果图低浓度煤层气变压吸附浓缩效果图

技术特点:

煤炭科学研究总院开发的低浓度煤层气除氧及变压吸附集成浓缩工艺,具有安全、技术先进、成熟度高、成本低的特点,目前已走在国际矿区技术开发的前列,在同行业产业竞争中具备强大优势。

在低浓度煤层气除氧方面,传统的催化除氧法需要用到贵金属催化剂,催化剂在高温下寿命只有2年左右,催化剂昂贵,除氧成本高。另外,催化除氧是氧气与甲烷发生反应,因此甲烷损失率较大。煤炭科学研究总院开发的非催化氧化除氧采用炭燃烧法,氧气与炭发生反应,不需要使用催化剂,经济有效且操作简单,可使煤层气中氧含量降至1%以下,且甲烷基本不损失。

在变压吸附浓缩方面,国内外针对低浓度煤层气变压吸附浓缩层开展过研究,但是都没有采用除氧工艺而直接浓缩,这样一方面低浓度煤层气压缩过程中爆炸范围变宽存在安全隐患,另一方面变压吸附尾气中甲烷浓度约5%恰好处在甲烷爆炸范围内,存在事故隐患。为了提高低浓度煤层气品质,煤炭科学研究总院针对除氧后的煤层气特点开发出了除氧后的煤层气变压吸附浓缩的工艺技术与装备。

在浓缩用煤基碳分子筛制备方面,理论上氮气和甲烷的分离系数高于2.0时能够实现两者的分离,煤炭科学研究总院开发的低浓度煤层气浓缩用吸附剂煤基碳分子筛,对甲烷氮气吸附分离系数高达3.0以上,与目前国内外销售商品分子筛相当,但甲烷氮气吸附分离系数更高。从扫描电镜图可以看出,该煤基碳分子筛的表面大部分是微孔,孔隙丰富、均匀、比表面积高,甲烷氮气吸附性能更强。

应用前景:

煤矿煤层气浓缩利用可以实现“以用促抽,以抽促用”的良性循环发展。煤层气浓缩制压缩天然气或液化天然气既可以减轻煤矿安全开采压力、减少温室气体排放,又可以为企业带来新的经济增长点。

在直接效益方面,每建一条原料气年处理能力“亿方级”的低浓度煤层浓缩生产线,将为企业新增约1 亿元的产值,每年将形成利税约2000 万元。而在间接效益方面,按照国家煤层气开发财政补贴政策,补贴额度为0.2 元/立方米,“亿方级”的低浓度瓦斯浓缩生产线可得到2000万元的国家财政补贴。

浓缩后的煤层气加工成LNG/CNG作为汽车燃料,与燃油相比具有更好的环境效果。可使CO 排放量减少97%,而且不含铅笨等致癌的有毒物质。

采用浓缩煤层气代替石油和煤作为城市燃气,可以大大减少城市的交通运输、储煤量以及储煤设施用地,具有明显的社会效益。


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