中科院理化所开发成功煤层气分离和液化工艺

中科院理化技术研究所开发成功煤层气分离和液化流程，处理后的液化天然气纯度可达99％以上，排放气中甲烷含量小于1％，解决了煤层气利用难题。     

含氧煤层气低温脱氧液化工艺及安全分析

国内煤层气井下抽采利用率低,造成大量的煤层气资源排空浪费。针对含甲烷浓度低(以甲烷摩尔分数40%为例)的含氧煤层气,提出含氧煤层气开发利用的低温脱氧液化工艺流程,并给出流程计算结果和液化系统单位能耗;通过HYSYS对含氧煤层气低温脱氧液化工艺流程进行模拟,结合爆炸三角形理论,对工艺流程的安全性进行分析,指出含氧煤层气采用低温脱氧液化技术可能存在的安全隐患,并通过分析提出消除安全隐患的方法和措施,指导含氧煤层气低温脱氧液化工艺设计。     

利用煤层气制氢

论述了井下抽放的煤层气(甲烷体积百分含量30%~60%)的制氢技术。讨论了煤层气制氢工艺条件的影响。为井下抽放煤层气的利用提出了一条新的途径。     

低甲烷浓度煤层气的水合物法提纯实验

低甲烷浓度煤层气提纯是煤层气资源开发利用的一个重要发展方向,但是甲烷回收率低是低甲烷浓度煤层气提纯技术急需解决的关键问题。为此,采用气体水合物方法对低甲烷浓度煤层气进行提纯实验研究,向反应体系引入环戊烷降低气体水合物相平衡条件并提高甲烷回收率。采用等温压力搜索法测定了低甲烷浓度煤层气在环戊烷—水体系中的水合相平衡数据,并在等温等压条件下研究了生长驱动力和环戊烷浓度对甲烷回收率的作用规律。结果表明:1环戊烷对低甲烷浓度煤层气生成气体水合物的相平衡条件具有显著的促进作用。2甲烷回收率随着生长驱动力的升高而减小,随着环戊烷浓度的升高而增大。压力升高后,氮气将与甲烷竞争进入气体水合物晶体,导致甲烷回收率下降;在283.4K、2.6MPa和13%环戊烷浓度的实验条件下,甲烷回收率高达46.1%。3经过二级水合分离后,煤层气的甲烷浓度从30%提高到了72%。该项成果为低甲烷浓度煤层气提纯技术的发展提供了基础数据和实验依据。     

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。     

洁净能源煤层气

煤层气中甲烷含量大于95%,燃烧热值在33.44kJ/m3以上,基本不含或少含重烃和硫,是一种高纯度甲烷气体。     

提高煤矿抽放煤层气甲烷浓度的变压吸附技术的理论研究

煤层气中的甲烷是一种优质的气态燃料和化工原料,但是我国抽放煤层气中甲烷浓度大多数情况下都很低,严重制约了煤层气的综合利用。变压吸附(PSA)技术以其独特的优势已成为人们关注的煤层气分离提纯的技术。本文采用计算机模拟的方法对模拟的抽放煤层气(CH4-N2混合气体)提浓甲烷的PSA全过程进行了模拟,从理论上较为全面地分析了PSA过程操作参数对甲烷提浓的影响,为煤层气的实际分离过程提供一定的设计依据。     

煤层气资源储量评估基础参数研究

煤层甲烷在煤层中有3种赋存状态,即游离态、吸附态和溶解态。煤层甲烷以自由状态存在于煤的割理和其他裂缝孔隙中,可以自由运移,运移的动力是地层水压力和气体浮力。煤层甲烷绝大多数是以吸附状态存在于煤层中,一般可占煤层甲烷总量的70%～95%。天然气在煤层中的储集主要依赖吸附作用,而不依赖于是否有储集气体的常规圈闭存在。煤层中还有一小部分气体以溶解的方式存在于煤层地层水中。这3部分气体构成了煤层气中全部气体总量,理论上计算煤层气储量,应该分别计算相应的气体量。根据煤层气的赋存状态,提出了煤层气资源储量计算参数的确定原则及要求。通过对3种气体富集方式的实际测算,提出了我国目前煤层气资源储量评估的优化方法。     

低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明:加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。     

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。     

含氧煤层气膜分离数学模型的建立与应用

针对井下抽采煤层气中混掺空气,给其后续加工利用造成很大困难的现状,首先对煤层气爆炸极限进行了修正,确定了压力条件下煤层气安全操作的临界参数。在此基础上,对含氧煤层气膜法分离进行了探索,建立了中空纤维膜组件分离含氧煤层气的数学模型,并通过正交实验考察了膜组件参数、操作条件等对膜分离效果的影响,以利于膜组件的选择和膜分离过程的设计与优化。     

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。     

NFM-COS复合溶剂萃取精馏分离苯

采用N -甲酰吗啉 (NFM )添加一种助溶剂 (COS)构成复合溶剂作萃取精馏溶剂 ,从裂解加氢汽油苯馏分中回收高纯苯。研究了助溶剂含量、溶剂比等因素对萃取精馏效果的影响 ,适宜的助溶剂质量分数为 5 %～ 2 0 % ,溶剂比为 4 5～ 6 0。采用复合溶剂 ,苯产品收率达到 99 8% ,溶剂回收温度降至 190℃以下 ,与NFM单溶剂萃取精馏工艺相比 ,具有产品质量好、苯收率高、操作苛刻度低的优点     

C9芳烃中连三甲苯与茚满的精密精馏及分离

采用精密精馏从芳烃中分离出连三甲苯与茚满的混合物;再利用两者的熔点不同在-40℃下深冷使连三甲苯充分结晶并经离心分离,制得纯度达90%以上的连三甲苯;离心液再经精密精馏,可得到纯度达95%的茚满。     

苯甲酸甲酯皂化制苯甲酸钠

探讨了DMT副产物本甲酸甲酯与NaOH皂化反应制备苯甲酸钠的工艺条件。结果表明NaOH的极限质量分数为18％～19％,适宜反应温度为90～95℃。同时研究了以苯作共沸剂进行共洗精馏以有效分离苯甲酸钠与水的工艺条件,最终可得纯度高于99％的食品添加剂级苯甲酸钠成品。     

苯烃化催化精馏过程的研究

针对苯烃化催化精馏过程，围绕减缓催化剂失活的问题，采用过程数学模拟与试验研究相结合的方法，考察了进料苯烯物质的量比对过程结果和催化剂失活的影响。研究表明，苯烃化催化精馏工艺中，乙烯转化率为１００％，乙苯和多乙苯的选择性大于９９．７％，反应物中没有其它工艺中产生的甲苯和二甲苯；苯烃化催化精馏过程进料苯烯物质的量比（１．５～２．０）低。采用新工艺后，催化剂操作周期比其它工艺可延长几十倍，分离费用可大幅度下降。     

甲烷氧化偶联制乙烯的工艺评价

甲烷氧化偶联的各种工艺都通过计算机进行了模拟计算,结合甲烷化过程的甲烷氧化偶联工艺可以提高碳利用率,采用深冷分离的甲烷氧化偶关工艺,甲烷单程转化率在２０％左右时能实现最低成本,而甲烷／乙烷共进料方式的甲烷氧化偶联工艺,其最低成本的甲烷单程转化率在１０％左右,与乙烯反应分离技术或乙烯吸收分离技术相绫珠甲烷氧经偶联工艺经济上更具吸收。     

促进输送膜法烯烃/烷烃分离研究进展

膜分离法由于其潜在的低能耗、高效益、无污染等优点而受到关注,其中促进输送膜在烯烃/烷烃分离中更因具有高的选择性而引起研究者的兴趣。介绍了促进输送膜进行烯烃/烷烃分离的研究进展,较详细地阐述了促进输送膜的分离机理、膜的分类以及影响分离性能的各种因素。     

催化蒸馏合成异丙苯中试研究

建立了 3kt/a催化蒸馏合成异丙苯的中试装置 ,考察了进料方式、空速、苯 /烯摩尔比等工艺条件对反应的影响。 13 17h连续运行的结果表明 ,催化蒸馏合成异丙苯的中试流程设计合理 ,操作运转平稳 ,能够生产出符合设计要求的合格产品 ,证明以改性β沸石FHI-0 1为催化剂的催化蒸馏合成异丙苯的工艺可行 ,各项指标均优于目前固定床鼓泡反应器工艺。在适宜的工艺条件下 ,异丙苯的单程选择性高达 98%以上