含氧煤层气的液化及杂质分离

煤层气是一种新型清洁能源,但是大部分含氧煤层气由于加工处理技术的限制没有被合理利用,而是直接被放空,不仅造成了资源的浪费,而且还会严重污染大气环境。为了更好地合理利用含氧煤层气,针对大庆庆深气田含氧煤层气气源条件和组分特点,设计了一种新型的煤层气液化及杂质分离工艺流程,采用精馏塔在低温条件下脱除煤层气中的氧气和氮气,精馏塔塔顶冷凝器和塔底再沸器的能量都分别取自于流程中的制冷剂冷却系统和煤层气液化系统,且从塔顶流出的低温杂质气体返回换热器进行冷量回收。采用流程处理软件HYSYS模拟计算的结果表明,所设计的工艺流程能耗较低,精馏塔脱氧脱氮彻底,产品中甲烷纯度高,甲烷回收率较高,该工艺流程的气源适应性和操作安全性都较好。该液化工艺流程的设计为含氧煤层气的液化及杂质分离提供了一种参考方法。     

含氧煤层气液化精馏提纯技术模拟研究

煤矿开采过程中产生的煤层气由于含有氧气,很难加工利用,绝大部分被放空。本文针对典型的含氧煤层气气源,设计了一种液化精馏工艺流程,并采用流程处理软件HYSYS对流程进行模拟分析。结果表明,该工艺总能耗低,可彻底除去氧、氮杂质,获得高纯的液态甲烷产品。     

从含氧煤层气中安全分离提纯甲烷的工艺方法

针对低温液化分离提纯含氧煤层气流程中的安全问题,提出了控制最低尾气出口温度、添加阻燃成分和预粗脱氧3种防止爆炸的技术手段。结合低温液化分离流程特点,利用爆炸三角形理论,分别给出了上述3种防爆措施的详细实现方法。控制最低尾气出口温度方法的核心就是通过控制液化分离流程的最低温度,将尾气浓度状态点控制在爆炸三角区上限线以上;添加燃阻成分和预粗脱氧方法的核心是：使混合物在分离过程中最可能出现进入爆炸三角区的区域（对低温分离通常在可燃气体液化分离区域）内,氧浓度降低到当地温度、压力下爆炸三角形图上以临界点和纯可燃气体点的连线及以下。基于大量文献数据,拟合出不同温度和压力下甲烷爆炸上限和下限的计算关联式。     

我国含氧煤层气分离液化成功

含氧煤层气分离液化在山西省阳泉市阳煤集团实验成功。不仅可以清除煤矿爆炸的祸根，而且将其变成接替能源中的新宠。中国科学院理化技术研究所的专家介绍说，成功地将含氧煤层气分离液化，即将煤层气中的甲烷等可燃性气体和空气分离，并将提纯后的煤层气液化，这在我国乃至国际上都是第一次。     

含氧煤层气直接深冷分离甲烷的安全工艺方法

提出了一种含氧煤层气直接深冷精馏分离甲烷的安全方法,其通过在精馏塔内通入氮气降低塔内氧含量到极限氧含量以下以确保精馏过程的安全,避免了预先对含氧煤层气进行脱氧处理的过程,同时利用制氮装置可回收氮气循环使用。该工艺方法使用混合制冷和氮制冷提供冷量,并将制氮装置用于工艺过程,所需的设备成熟,工艺过程安全性和适应性好,在正常和非正常工况下都能保证安全,适用于不同甲烷浓度的含氧煤层气,LNG产品能耗在0.7kWh/m3~1.7kWh/m3之间。     

含氧煤层气脱氧技术研究进展及评述

从直接提纯脱氧和间接提纯脱氧两个方面介绍了煤层气脱氧的主要技术进展及其应用情况。直接分离提纯脱氧方法主要有四类:先低温再精馏法、压力控制合成水合物法、膜材料分离法和压力变换吸附法。低温精馏法获得的甲烷浓度高,但提纯过程需要低温,能耗大;变压吸附法的关键在于吸附剂,吸附剂的分离效果决定了该方法的经济效益;对于膜分离法,关键在于膜材料的分离效果;对于水合物法,制备高效经济的表面活性剂是关键;变压吸附法在国内外已有较多成熟案例,低温精馏法技术在国内也成功实现了工业化应用,而膜分离法和水合物法仍在研究阶段,尚无重大突破及工业应用。间接分离脱氧主要有焦炭燃烧法、催化燃烧法和非金属还原法。对于燃烧法,影响煤层气脱氧效果的主要因素是制备高效、高选择性的催化剂;对于非金属还原法,关键在于研究对硫化物有极高选择性的高效催化剂。通过对上述各项提浓脱氧技术综合分析,认为可根据其优缺点进行技术耦合,形成更具经济性的含氧煤层气提纯脱氧技术。最后本文还对煤层气利用和脱氧技术进行了展望。     

利用吸附余压预冷的煤层气氮膨胀液化流程

煤层气液化是对煤层气进行开发利用的一种有效方式。而由于受抽采技术的限制,煤层气中常含有较多的氮气。因此在预净化处理后,还须在液化前进行变压吸附或液化后进行低温精馏实现氮和甲烷的分离,从而提高甲烷浓度。为此,构建了一种新型的吸附-液化一体化的氮膨胀液化流程,将吸附后排出的带余压氮气直接膨胀对浓缩后的煤层气进行预冷。通过HYSYS模拟计算考察了不同含氮量和不同吸附余压下系统单位产品液化功的变化情况,并与不带预冷的普通氮膨胀液化流程及丙烷预冷氮膨胀液化流程进行比较。结果表明,高含氮量下,一体化的流程能够大大降低系统功耗。     

催化燃烧法用于煤层气脱氧的研究进展

对已报道的国内煤层气开采及脱氧的研究进展进行了综述,介绍了贵金属和非贵金属(过渡金属氧化物型、钙钛矿型等)两类催化剂催化燃烧甲烷在低浓度煤层气脱氧中的研究进展,并对两类催化剂脱氧机理进行了阐述,简要介绍了低浓度煤层气脱氧工艺改进,并在此基础上提出了煤层气脱氧中需要解决的问题和应用前景。     

低温法浓缩煤层气中的甲烷

叙述了采用低温法分离煤层气(CMM)的工艺流程,并讨论了工艺条件对分离过程的影响。对于含甲烷45%以上的煤层气,可将甲烷浓度提高到95%~99%,低温装置的甲烷回收率可达95%~99%。     

低浓度煤层气液化技术及其应用

针对大庆庆深煤层气气源条件，提出采用液化精馏的方法处理含有大量氮氧的低浓度煤层气，生产LNG。定义了适用于低浓度煤层气液化系统的煤层气气源中甲烷摩尔分数为30%~87%；该方法中的净化单元采用MEA溶液化学吸收酸性气体，液化单元采用具有高效率的混合工质制冷剂液化流程，低温部分采用精馏塔脱除氮氧组分提高LNG中甲烷含量；运用大型数值分析软件对液化系统进行了模拟计算与比较分析，分析了混合制冷剂中CH₄、C₂H₆、C₄H₁₀及N₂等组分对液化单元换热器内部最小温差的影响。分析结果显示：合理的制冷工质配比能够有效地降低换热温差，减少不可逆损失，提高换热效率。LNG中的含氧量随着精馏塔理论塔板数的增加而降低，但精馏塔的高度相应地增加。因此，应适当增加理论板数以有效地提高LNG中甲烷的浓度。计算结果将有助于低浓度煤层气液化装置的国产化应用与推广。     

含氧煤层气液化流程安全性分析与措施

矿下抽采的煤层气由于混有空气而在液化中存在爆炸危险。通过将HYSYS对常规液化分离流程的模拟结果与爆炸极限理论相结合进行分析计算得出:爆炸危险主要集中在冷凝终了处和精馏塔顶部。进而提出降低压缩机出口压力或提高最终冷凝温度;严格控制精馏塔塔顶气相CH4含量在爆炸上限之上,塔顶气用N2惰化后再与液氮逆流接触以进一步回收CH4。计算表明,当N2注入比达0.6(摩尔比),气相CH4含量曲线将绕过临界点进入安全区。采取措施后CH4有较高收率且液化流程安全性得以提高。     

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吴堡地区是中国石油天然气集团公司评价筛选出的煤层气勘探开发有利地区之一。该区位于鄂尔多斯盆地东部斜坡带,主要发育有下二叠统山西组和上石炭统太原组两套 含煤地层。区内钻孔煤层气显示十分活跃,所钻十几个煤孔均见气喷。吴试1井是该地区完钻的一口煤层气评价井,曾开展了近6个月的压后试采工作,录取了丰富的测试资料,试采最高日产煤层气1129m^3。文章通过总结分析吴堡地区煤层地质、煤层流体性质及吴试1井的试采动态特征,认为吴试1井试采动态基本上反映了煤层气井的典型动态特征;煤层压力低、供液能力差、压裂规模不足,是影响该地区煤层降压脱附的主要因素。同时,结合国外实例,分析认为除煤层厚度、渗透率、孔隙度等内在因素外,煤层伤害、完井质量是影响煤层气井排采效果的主要因素;煤层气井重新实施压裂及对裸眼井段重钻或侧钻是改善煤层气井产能的重要措施。在此基础上,提出了改善煤层气开发效果的措施及吴堡地区煤层气井的排采设想。     

浅谈管输煤层气标准的制定

结合我国煤层气工业发展现状,分析了煤层气通过天然气管网输送的前景及制定管输煤层气标准的必要性。在充分分析研究国内外相关标准的基础上,根据我国煤层气气质特点及管输天然气标准指标,综合考虑经济效益、安全卫生和环境保护三方面因素,给出了制定管输煤层气标准应考虑的指标及建议。     

超破裂压力注气开发煤层甲烷探讨

中国大多数煤层气藏具有低压、低渗、低饱和等特点，采用常规增产改造和降压开发技术难于奏效。文章提出了超破裂压力注气技术开发该类低渗煤层气藏的设想，将一次开采与增产改造、提高采收率紧密结合，在开发初期即实施提高采收率措施。研究表明，煤层甲烷解吸-扩散-渗流过程受多种因素影响，在煤层气开发中，一方面需要提高煤层渗透率，另一方面还必须促进甲烷高效快速解吸。超破裂压力注气开发煤层甲烷的机理主要包括降低甲烷分压诱发甲烷解吸，通过竞争吸附置换解吸甲烷，诱发微裂隙形成和天然裂缝延伸，补充能量，防止裂缝闭合和水相圈闭，降低应力敏感损害。超破裂压力注气方式包括注气吞吐和气驱，注气吞吐适用于单井开发，气驱则要形成注采井网。要针对注气开发煤层气特点，选用合理的注气和完井方式，形成注气开发煤层气配套技术，提高煤层甲烷产量和采收率。     

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中国煤层气资源丰富 ,据估算 ,埋深 2 0 0 0m以浅的煤层气资源达 (30～ 35 )× 10 12 m3 。但中国煤层气地面开发刚进入起步阶段 ,加之中国煤田地质条件比较复杂 ,因此研究中国特殊地质条件下煤层气的解吸、扩散和渗流机理的具体地质表现是认识煤层气可采性的关键。针对我国煤层气开采的特殊性 ,我国采取“地面开采和井巷抽放相结合”的方针。然而井巷开采占了相当的比例。本文建立了煤层气扩散渗流数学物理方程 ,并对煤层气渗流偏微分方程 ,采用差分法 ,进行了数值模拟计算。模拟结果表明 ,所建立的煤层气扩散渗流模型较准确地反映了煤层中煤层气流动规律 ,模拟后的煤层气压力变化曲线可以确定煤层气的开采压力变化范围和煤层气产气最大面积 ,对我国大面积低渗透性无烟煤煤层气的开发具有指导意义。     

注气驱替煤层气的三维多组分流动模型

中国煤层气具有低压、低渗和低饱和的特点,采用常规技术开发效果不理想,注气增产法可使采收率达到90%以上,单井产量提高5倍以上,是一种具有发展前途的增产技术。指出注气后煤层中存在多元气体的相互作用,用常规的二相流动方程不能有效地模拟煤层气注气(N2,CO2)开采过程,这个过程需要煤层气多组分流动方程来描述;在注气驱替过程中还会发生新气体组分的出现和原有组分消失,当注入储层中不存在的气体组分时,新的气体组分就会出现,原先存在于煤层中的某些气体组分可能被完全分离出来而消失。在研究煤层气渗流机理的基础上并考虑这些因素,建立了一个注气驱替煤层气的三维、两相、双孔、全隐式、多组分流动模型。更多还原     

新一轮全国煤层气资源评价方法与结果

新一轮的全国煤层气资源评价是迄今为止评价规模最大、范围最广、资源系列最全的一次,其成果已经得到了广泛应用。为此,详细介绍了新一轮全国煤层气资源评价采用的方法,并与我国历次煤层气资源评价进行了对比。新一轮全国煤层气资源评价采用了以体积法为主的评价方法体系,以煤层含气量、可采系数、煤层气资源类别评价标准等为关键评价参数,系统评价了全国42个主要含煤层气盆地（群）、121个含气区带的煤层气资源。评价结果表明：全国埋深2 000 m以浅煤层气地质资源量为36.81×10¹² m³,可采资源量为10.87×10¹² m³;煤层气资源集中分布在鄂尔多斯、沁水、准噶尔等大型盆地,在层系、深度和地理环境的分布上具有很强的不均衡性,资源品质较好,以Ⅰ、Ⅱ类为主。     

First domestic coal-bed methane engineering college established

At present, liquified natural gas （LNG） education, training and research project of Sun Yat-sen University-BP Centre （SYSU-BP Centre） Launched formally. BP announced that it would set up a large solar energy demonstration project, the Solar Sail, at Guangdong Science Center to enhance the public＇s awareness of environment protection and promote the usage of renewable energy. For these two projects, BP has donated US$5 million, SYSU-BP Center, will be established in the east branch of Sun Yat-sen University, it is funded jointly by Sun Yat-sen University and BP, focusing on LNG education, training and research, is also the first research and education institute of LNG in China. This centre will be dedicated to the research and development of LNG engineering technique and the information, scientific and technology exchange at home and abroad.     

加快发展煤层气产业

中国能源结构状况是一方面以煤为主，造成严重的空气污染和温室效应，另一方面又对优质能源煤层气缺少有效的、规模化的开发利用，不仅浪费了大量洁净能源，且对后备资源安全形成威胁。文章分析了煤层气产业在中国能源结构优化调整及经济、能源和环境可持续发展中的作用,指出资金、关键技术、基础设施建设、管理政策等因素的制约严重阻碍了煤层气产业的发展。提出了中国煤层气开发利用的建议：政府应在掌握资源状况的基础上，制订好煤层气开发利用的规划；加大资金投入和先进技术的开发；提高相关政策扶持力度，将煤层气纳入全国燃气管网规划等。尽快发展规模化的煤层气产业是中国现阶段环境安全和资源安全的现实保障。