低浓度煤层气变压吸附浓缩技术研究现状

煤层气规模化的开发与利用可同时解决瓦斯灾害、资源浪费、环境污染三大问题,低浓度瓦斯浓缩技术是制约低浓度瓦斯利用的关键技术。通过对气体浓缩技术的发展水平和对低浓度瓦斯浓缩的适应性分析,提出了变压吸附浓缩技术和装备的研究技术路线。     

我国低浓度煤矿瓦斯利用技术研究

由于煤层赋存条件和抽采技术水平的限制,我国抽采出的煤矿瓦斯中低浓度煤矿瓦斯占较大比例,要提高煤矿瓦斯利用率、增加清洁能源供应,必须进一步加大低浓度煤矿瓦斯的推广和扶持力度。本文针对我国当前煤矿瓦斯利用中存在的问题,对低浓度煤矿瓦斯安全输送技术,以及低浓度煤矿瓦斯内燃机发电技术、浓缩提纯技术和催化氧化气轮机发电技术等利用技术进行了分析,最后对"十二五"期间低浓度煤矿瓦斯利用进行了展望。     

炭膜用于煤矿瓦斯提纯的新技术构想

瓦斯是煤矿瓦斯爆炸、突出的重要原因,同时又是一种温室气体.近年来,人们对瓦斯的认识已经从灾害气体发展到能源气体.由于煤矿抽放气体和通风气体中瓦斯浓度低,而大多数瓦斯利用技术对瓦斯浓度都有着严格的要求,所以瓦斯净化提纯技术具有重大的意义.针对瓦斯提纯净化的重要性,提出一种新的方法来提纯瓦斯,即用炭膜来提纯低浓度的煤矿抽放气体和通风气体,通过对甲烷提纯技术、炭膜及其分离机理的研究,分析其用于提纯瓦斯的可行性.     

淮南矿区低浓瓦斯浓缩技术运用与实践

煤层气规模化的开发与利用可同时解决瓦斯灾害、资源浪费、环境污染三大问题,低浓度瓦斯浓缩技术是制约低浓度瓦斯利用的关键技术。本文就淮南矿区低浓瓦斯浓缩技术运用与实践进行阐述,对其项目作出了展望,以期为煤矿瓦斯利用事业提供有益的参考。     

煤矿乏风瓦斯富集中试试验研究

针对煤矿乏风瓦斯浓度低,无法有效利用,并大量排放这一现状,对乏风瓦斯的富集开展了研究,建立了首套乏风瓦斯富集中试试验装置。试验装置瓦斯处理量为500 m3/h,采用三塔两级分离工艺,并引入了抽排和排放气充压的流程。研究结果表明,利用自主改性的椰壳活性炭可将甲烷浓度为0.2%的乏风瓦斯气体富集到1.2%以上;抽排流程用于乏风瓦斯富集中试系统可有效提高产品气浓度,如抽排比由0增大到0.224时,产品气中的甲烷浓度增大到了原来的1.89倍;吸附剂热效应对乏风瓦斯富集的影响较小,试验过程中吸附塔内温度波动不超过3℃。     

利用水合原理分离矿井瓦斯实验

提出了利用水合原理分离矿井瓦斯的新方法,利用自制高压可视化实验装置研究了4种瓦斯气样、3种试剂构成的12个反应体系中瓦斯水合化分离热力学参数变化规律及其CH₄分离提纯浓度.获得了4种配比瓦斯气样水合化分离热力学参数和3个反应体系中水合化分离前后水合分离器中气相组分色谱分析结果.研究发现：57.899%浓度的Ⅰ型气样和34.130%浓度的Ⅳ型气样经过一级水合化分离后CH₄提纯浓度可以分别达到77.217%~88.133%,66.385%;添加剂THF对水合化分离热力学条件改善和分离效果提高作用明显.     

基于煤矿瓦斯工业化利用的混(配)气装置应用现状及前景展望

为了充分发挥混气技术在煤矿瓦斯工业化利用中的作用,分析了现有煤矿瓦斯混配技术的原理及优劣,并基于不同维度对现有的瓦斯混配技术进行了客观比较。分析结果表明,动态连续混气装置比较适宜于煤矿瓦斯工业化利用时配气,能较好地满足利用端使用,对CH₄浓度、流量的波动适应性好,混气均匀度高、配气阻力损失小、配气速度快。可为煤矿瓦斯工业化利用项目选择合适的混气装置提供参考。     

煤矿低浓瓦斯提纯技术及经济性分析

煤矿瓦斯提纯技术是低浓度瓦斯利用的一项新兴技术,该技术对煤矿的瓦斯能源有效利用、环境保护有着重要的现实意义;就瓦斯提纯技术,注重从瓦斯提纯的方案、特点、工艺及经济效益等进行了详细的阐述,以期为煤矿瓦斯利用事业提供有益的参考。     

新疆煤矿区瓦斯抽采利用技术现状及展望

新疆煤炭及瓦斯资源丰富,是我国能源战略后备基地和煤炭生产力西移的重要承接区,但煤矿瓦斯抽采利用规模小、技术水平低,与其煤炭开采量极不匹配。通过对国内外煤矿瓦斯抽采、利用技术领域科学研究与工业应用进展的调研分析,根据不同浓度瓦斯的利用技术差异,将瓦斯浓度更科学地精确划分为5级。新疆煤矿区产出瓦斯主要为乏风瓦斯、巷道瓦斯钻孔抽采的特低-低浓度瓦斯,乏风瓦斯的科学利用技术方向为蓄热氧化发电,而钻孔抽采瓦斯因其地域的不同存在瓦斯浓度的差异,库拜、阜康、艾维尔沟等地区的低浓度瓦斯适宜燃气内燃机发电,其他矿区的特低-低浓度瓦斯适宜作为掺混气源与乏风掺混后蓄热氧化发电。对瓦斯抽采利用的瓦斯治理需求与严峻环保形势进行剖析,借鉴国内高阶煤地区成熟的瓦斯治理模式,根据新疆急倾斜、侏罗系中低煤阶地质条件下的瓦斯赋存与产出特点分析,建立了适用于新疆各主要煤矿区的"浅部采煤、深部排水采气,中部采空区卸压影响带抽采煤系气"的立体抽采模式,提出通过三维地质建模手段实现采煤、采气、排水过程的动态管理,优化采煤、采气的合理时序,为新疆煤矿区的瓦斯综合抽采利用提出技术方向、抽采模式等科学建议。     

瓦斯抽采与利用技术的现状分析

对瓦斯抽采与利用技术的现状进行了归纳总结,分析了目前在瓦斯抽采和利用方面存在的问题,认为在瓦斯综合抽采中需要注意抽采方法的优化设计组合,以及钻孔参数和封孔技术的优化,加强低渗透煤层瓦斯抽采技术的研究与投入;在瓦斯利用中应该加快低浓度瓦斯气利用技术的示范与推广,引进和研究超低浓度瓦斯气利用新技术,拓展瓦斯的利用范围,才能达到煤矿灾害防治、伴生资源利用与生态环境保护的最终目标。     

乏风瓦斯变温浓缩后逆流氧化利用方法

乏风瓦斯由于浓度低、氧化利用经济性差,绝大部分被直接排放到大气中,这不仅造成了资源的浪费,而且还加剧了温室效应。提出一种将乏风瓦斯变温浓缩后再进行逆流氧化利用的方法,利用烟气余热进行变温吸附浓缩,实现了热量梯级利用,具有良好的推广应用价值。     

变压吸附法富集低体积分数含氧煤层气的研究

为了解决低体积分数含氧煤层气无法富集利用的问题,研究了甲烷体积分数为20%的煤矿抽排瓦斯的变压吸附富集过程。为了保证富集过程的安全,吸附过程中使用混合吸附剂,同时吸附甲烷和氧气,使得排放气和解吸气中甲烷和氧气体积分数都处在安全范围内。实验研究了吸附塔高径比、吸附时间、吸附剂比例、节流孔直径、反吹时间等对分离效果的影响。结果表明：在碳分子筛和活性炭作为混合吸附剂的体系中,其质量之比为3.4时可以将甲烷体积分数安全地提浓到30%以上,此时排放气中甲烷体积分数低于3%,氧气体积分数低于10%。     

青龙煤矿瓦斯利用途径

本文论述了青龙煤矿瓦斯利用现状,包括瓦斯抽采情况、瓦斯发电现状和应用推广情况,制定了瓦斯发电厂扩容计划,提出了瓦斯提纯利用意向和风排瓦斯利用试验建议。     

负压对瓦斯抽采的作用机制及在瓦斯资源化利用中的应用

由于对负压在瓦斯抽采过程中作用机制认识不清,煤矿往往采用恒定的抽采负压,导致抽采的瓦斯浓度低、利用难度大,不利于瓦斯的资源化抽采与利用。建立了考虑基质瓦斯拟稳态扩散、裂隙瓦斯渗流、渗透率演化及煤体变形的瓦斯运移气固耦合模型,并采用Comsol Multiphysics对模型进行数值解算。分析了扩散及渗流过程对瓦斯运移的影响,研究了负压在瓦斯抽采过程中的作用机制。考虑抽采负压作用的变化,结合抽采瓦斯及漏风并联关系,获得了不同抽采负压下瓦斯浓度变化。结果表明随抽采时间增加,负压的作用逐渐减弱,降低抽采负压能够有效提高抽采瓦斯浓度。针对当前煤矿抽采瓦斯浓度低的现状,提出了抽采钻孔"分组并联"降低抽采负压、提高瓦斯资源化利用的技术措施。     

基于碳氢同位素分析技术的瓦斯涌出构成研究

通过对现场取的瓦斯气样进行碳氢同位素测试,分析单一煤层瓦斯气体和多个煤层混合瓦斯气体对应的δ13C(CH4),δD(CH4)和δ13C(CO2)等碳、氢同位素组成差异,对近距离煤层进行对比分析。运用数学方法,建立相关模型,利用混合瓦斯不同来源的碳氢同位素特征,建立混合瓦斯气体同位素计算公式。通过实测单一煤层瓦斯气体和多个煤层混合瓦斯气体的同位素值,并分析反算不同瓦斯来源的比例,建立了多源气体混合模型,确定所取气样中各个煤层瓦斯来源及比例。研究15#煤层XV1306工作面瓦斯来源,通过分析反算气样中不同瓦斯来源的比例,为XV1306工作面瓦斯来源及治理提供依据,采用分源抽放的方法,保障工作面安全高效生产。     

宣东二矿水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响

水文地质条件对煤层瓦斯赋存、运移影响很大,运用水文地质控气特征的三种作用——水力运移逸散作用、水力封闭作用和水力封堵作用,分析宣东二矿二种不同的水文地质条件对Ⅲ3煤层瓦斯赋存的不同影响。     

低浓度煤层瓦斯水合物分离工艺功耗分析

针对我国煤层瓦斯抽采浓度低与传统提纯方式分离系数低的问题,以太原理工大学自行水合物提纯实验数据为依据,提出一种低浓度煤层瓦斯水合物分离工艺,并依据热力学方程对其经济性进行分析。结果表明:在常压0.1 MPa、293 K初始条件下,1 MPa、278 K工作条件下,每提纯产出1 m~3纯CH_4只耗电0.77 k W·h,以工业电价折合为0.56元,具有良好的工业化推广经济基础。     

变压吸附法提纯驱替煤层气中甲烷的实验研究

通过采用二氧化碳驱替煤层气的甲烷可为二氧化碳的封存提供经济价值,但二氧化碳的混入易降低煤层气的利用价值,因而需通过气体分离的方法对甲烷进行提纯后再进入管网并输送至下游用户使用。为了进一步实现CO₂的捕集与煤层气的提纯利用,使用自制吸附剂进行CH₄/CO₂变压吸附分离中试实验研究,即利用变压吸附中试实验装置以探索不同工艺参数对产品气体积分数和吸附剂处理量的影响,并通过连续性变压吸附实验,形成完整的CO₂/CH₄分离提纯工艺。实验结果表明,通过两级变压吸附工艺提纯后,CH₄体积分数可由原料气中的80%提升至99.21%,回收率达94.93%,CO₂体积分数由20%降低至1%以下。使用变压吸附法能够提纯CO₂驱替煤层气中的甲烷,从而降低CO₂驱替煤层气工艺对煤层气浓度的影响。通过两级变压吸附提浓甲烷实验,已形成产出气压缩、脱水除油除尘净化、两级变压吸附CO₂/CH_4...     

基于N_2与CH_4分离的低浓度煤层气两级浓缩技术

N_2与CH_4分子直径相近,两者分离技术是困扰低浓度煤层气浓缩工艺发展的技术难题之一。采用两级变压吸附技术分离提纯低浓度煤层气中的N_2与CH_4,选取氮烷分离专用碳分子筛,集成创新碳分子筛充填工艺,同时为平衡分离性能与工艺成本间关系,将相同结构设计与碳分子筛的不同混合比例设计相结合,最终完成煤层气中氮烷分离技术工艺设计。现场实践表明,两级变压吸附浓缩技术可将CH_4浓度为24%的原料气,逐级浓缩后,渐次从51%提至86%,且CH_4回收率超过65%,实现了低浓度煤层气的N_2与CH_4的分离提纯浓缩目标,为低浓度煤层气的利用创造了技术条件。     

基于液态CO_2相变致裂增透技术的煤层瓦斯治理

为增加低渗透高瓦斯煤层透气性,提高瓦斯抽采效率和利用率,减少瓦斯抽采周期,以FLAC~(3D)有限差分软件作为数值模拟求解工具,建立了液态CO_2相变气爆致裂增透的二维平面应变数值分析。通过对不同瓦斯压力对煤体致裂增透效应的模拟结果进行对比分析,得出一套适用于马堡煤矿瓦斯抽采的爆破方案,并在马堡煤矿152胶带下山进行了CO_2预裂爆破工业性实验。实验表明:经液态CO_2相变气爆后单孔瓦斯抽采浓度能达到普通钻孔抽采浓度的2～3倍。该技术的使用可以使煤体裂隙发育程度得到有效提高,改善瓦斯抽采效果,应用前景良好。