煤层气焦炭燃烧除氧实验研究

低浓度煤层气热值和浓度达不到工业利用的要求,工业利用时需要对其中的甲烷进行浓缩.由于煤层气含有氧,给浓缩工艺的安全性造成危害,因此在浓缩之前必须将氧除去.阐述了现行正在研究的几种除氧方法的特点,并采用管式炉实验装置对低浓度煤层气除氧进行了实验研究.结果发现,除氧温度小于700℃时,甲烷损失率小于10%,甲烷的裂解是造成甲烷损失的主要原因.通过焦炭燃烧法除氧,氧气浓度能够降至1%以下.     

低浓度煤层气变压吸附提质利用技术现状与展望

为了提高煤矿区低浓度煤层气的利用率,研发了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩利用技术及专用吸附剂,开展了实验室小试评价、中试放大验证,形成了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩工艺技术,并进行了工业示范应用。结果表明,专用吸附剂CH4/N2分离系数达到4.0,耐磨强度99%。原料气(CH4含量30%,O2含量12%~15%的低浓度煤层气)经过安全输送、压缩净化、变压吸附提质浓缩后,产品气中CH4含量超过90%,O2含量降至1%以下。浓缩后的煤层气可用于生产压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG),解决了CH4体积分数25%的低浓度煤层气利用问题。     

催化燃烧法去除含氪气体中甲烷的实验研究

为制备满足放射性测量需求的Kr气体源,需对含Kr气体中的高浓度CH4进行初步分离,本文开展了催化燃烧法分离CH4和Kr的实验研究.研究结果表明,CH4的催化燃烧转化率随CH4浓度和催化温度的升高而增加,H2对CH4催化燃烧的抑制作用随着H2浓度的升高而变大,CO对CH4催化燃烧的抑制作用随着CO浓度的升高而变小,模拟气...     

天然气在催化燃烧Ⅴ型炉中的节能研究

从节能的角度出发,主要对甲烷气相燃烧以及催化燃烧的燃烧效率及热能利用率的情况进行了深入的理论分析和实验研究。根据燃烧产物可以推算出甲烷在蜂窝独石上的催化燃烧的燃烧效率近100%。实验装置为催化燃烧ⅴ型炉,对不同功率下空白独石上气相燃烧的烟气特性进行了分析,并定量计算出其燃烧效率,并将其与相同条件下测量得到的催化燃烧的烟气成分及含量进行对比。该实验结果表明:气相燃烧条件下的烟气中,NOx、CO及CH4的含量全面高于催化燃烧条件下的含量,天然气经过气相燃烧后,其CH4的最低燃烧效率为96.57%左右,因不完全燃烧所造成的热能损失为1.35%,并且随功率增大有上升的趋势.这说明气相燃烧带来了燃料的浪费,而催化燃烧在节能降耗及环保方面具有优势。     

分子筛对CH_4/空气混合气的变压吸附分离研究

为提高煤层气变压吸附浓缩效果,以一种商品分子筛为对象,研究了该分子筛在小型四塔变压吸附装置上的CH4/空气混合气浓缩分离效果,分析了吸附时间、吸附压力以及原料气浓度对混合气浓缩效果的影响。结果表明,吸附时间过长或吸附压力过高,均不利于获得较好的产品气浓度及回收率。吸附时间180 s,吸附压力300 k Pa时,试验商品分子筛对CH4/N2的浓缩分离效果最佳。其中,10%浓度原料气提浓至30.56%,提高约20%,产品气中CH4回收率达到94.45%,对原料气的处理量达到67.77 m3/(t·h);35%浓度原料气提浓至76.33%,提高约40%,产品气中CH4回收率达到69.68%,对原料气的处理量达到68.99 m3/(t·h);65%原料气提浓至89.18%,提高约25%,产品气中CH4回收率达到87.22%,对原料气的处理量达到83.36 m3/(t·h)。     

梭式窑中二甲醚富氧燃烧的研究初探

本研究对梭式窑中二甲醚的富氧燃烧进行研究初探。结果表明,虽然二甲醚热值比液化气低,但由于二甲醚自身含氧,在燃烧过程中所需空气远低于液化气,因此二甲醚理论燃烧温度高于液化石油气。当二甲醚采用富氧燃烧后,火焰温度急速上升,富氧浓度可降低。当氧体积分数为27%～29%时,二甲醚烧成节能效果最佳。通过富氧燃烧帮助解决二甲醚燃烧过程中有机污染物的问题,有利于二甲醚在陶瓷工业的应用,并对二甲醚富氧燃烧技术在陶瓷窑炉的应用进行经济效益分析。     

燃煤锅炉改烧煤层气燃烧试验与数值模拟

将低效率的燃煤锅炉改烧低热值煤层气是一项很好的节能减排措施.燃煤锅炉改烧低热值煤层气后,对炉膛内流动及燃烧过程进行了燃烧试验和三维数值模拟,分析了燃煤锅炉改烧煤层气后炉内流动及燃烧特性,并预测了炉膛内流场、温度场和甲烷组分的分布规律.结果表明,燃煤链条炉改烧低热值煤层气后,流动和燃烧状况良好,锅炉效率比燃煤时提高了25.5%.炉膛上部形成回流区;额定负荷时,CH4浓度下降最慢,整个炉膛的火焰充满度较好.     

煤层气脱氧技术研究进展

煤层气是一种非常规天然气资源,近年来我国井下抽采煤层气利用率不足40%,主要是由于低浓度煤层气得不到有效利用,低浓度煤层气富集利用是有效的解决途径,但是氧含量过高是限制煤层气利用的重要瓶颈。针对煤层气在利用过程中因为氧气存在带来的安全隐患和利用难题,介绍了我国煤层气资源概况,综述了近年来燃烧法、变压吸附、深冷分离等煤层气脱氧技术的研究进展,介绍了脱氧技术原理和相应催化剂、吸附剂等脱氧材料的进展情况。结果表明,催化燃烧法技术较为成熟,廉价、高反应活性催化剂的开发是提升脱氧效果的关键,用于低浓度煤层气脱氧需考虑CH_4消耗带来的经济性下降;碳材料燃烧法的关键在于温度的控制,减少工艺飞温造成的CH_4裂解;变压吸附法的核心在于高CH_4/O_2选择性吸附剂,选择性的高低直接决定了分离的可行性和经济性;对于深冷分离,需要低温条件并且能耗较大,适合大规模气源的处理;变压吸附和深冷分离均有一定的工业示范基础,但处理低浓度煤层气均存在穿越爆炸极限的风险,工艺的安全评估以及抑爆措施是进一步完善的重点;化学链燃烧法、非金属还原和膜分离目前均处于实验室初期探索阶段,有待进一步深入研究。最后指出除了各项技术不断完善以外,未来将根据气源浓度和脱氧后气体利用工艺需要来选择煤层气脱氧技术,根据各项技术的优缺点进行技术的耦合。     

水合物法分离低浓度煤层气中的甲烷

向模拟煤层气(13.11vol% CH4+86.89vol% N2)中添加5.8mol%四氢呋喃(THF)?0.03mol%十二烷基硫酸钠(SDS)促进剂溶液分离提纯煤层气,考察了压力、温度、反应时间对气体消耗量、反应速率、分解气中甲烷浓度、甲烷回收率和甲烷分离因子的影响,采用色谱分析法分别测定了CH4在剩余气相和分解气相中的浓度。结果表明,压力增加,CH4回收率增大,CH4分离因子增大,CH4分离效果越好;温度是影响甲烷分离因子的关键因素,温度降低,氮气和甲烷竞争进入水合物晶体中,导致水合物相中甲烷浓度降低;温度升高有利于提高水合物对甲烷的选择性。甲烷回收效率最高可达98.65%,分离因子最大为14.83。随反应时间增加,分解气中CH4浓度升高。     

高浓度CO_2气氛下不同负载型Pd催化剂对甲烷燃烧性能的影响

采用等体积浸渍法制备了不同载体的负载型Pd催化剂,考察了不同载体催化剂在0%、80%CO_2气氛下催化燃烧CH4的活性,利用XRD、N_2吸脱附测试、O_2-TPD、XPS等对催化剂物理结构和表面性质进行了表征。结果发现,各催化剂的活性受高浓度CO_2抑制程度不同但活性顺序一致,而以NaY为载体的催化剂受CO_2影响较小,与载体较弱的酸性和微孔结构有关; SiO_2由于较强的酸性以及表面较多的非活性氧物种不利于CH_4催化燃烧反应; Pd/Al_2O_3催化剂具有利于气体分子扩散的较大介孔比表面积,并且表面富含CH_4活化所需的吸附氧,因而表现出最佳的催化活性。     

含氧煤层气分离提纯技术的研究进展

分别从直接分离与先脱氧再分离技术两个方面,介绍了含氧煤层气分离提纯的研究现状及存在的问题,并指出今后的发展方向。同时,针对低甲烷浓度含氧煤层气的真空变压吸附分离技术的研究进展进行了评述,指出高容量、高选择性吸附剂的研发是该技术工业化应用的关键。     

氧气对空气中甲烷、总烃分析的干扰研究

研究了氧气对空气中甲烷、总烃分析时的干扰。得出,载气的纯度很高时使用GDX-502填充柱可以将甲烷峰和氧峰完全分离,甲烷和总烃和分析可不受氧峰干扰,气样中氧气浓度低于17％时氧峰可忽略,低于12．5％时氧峰消失。氢火焰离子化检测器不能检出氧气,氧峰仅为干扰峰,在一定的色谱条件下,干扰峰即氧峰和气样中的氧气浓度成正比关系。当气样中氧气浓度小于28．7％时,总烃值峰值等于甲烷测试时氧峰和各烃峰之和,当氧气浓度大于28．7％时,不能用国标气相色谱法测试总烃,总烃值应等于总烃峰值值减去该气样的氧值。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

甲烷非催化部分氧化制乙炔和合成气过程的实验研究

通过探头取样和四极杆质谱在线测量甲烷、氧气和乙炔等组分的浓度分布,考察了氧气/甲烷(甲烷+乙烷/丙烷)摩尔比、气体预热温度及原料气中添加乙烷和丙烷对甲烷非催化部分氧化制乙炔和合成气的影响. 结果表明,随轴向距离增加,乙炔浓度先增大后减小,存在最大值;随氧气/甲烷(甲烷+乙烷/丙烷)摩尔比增加,乙炔选择性下降;升高混合气体预热温度产物中乙炔浓度增大,620℃时最大乙炔浓度为4.52%;添加乙烷和丙烷时产物中乙炔浓度基本不变,但甲烷消耗量下降. 在实验条件下,生成最大乙炔浓度的激冷位置距烧嘴出口的距离约为80 mm.     

含氧煤层气甲烷提浓技术比较

含氧煤层气的主要成分是甲烷、氧气和氮气,为了回收利用煤层气中的甲烷,需要对煤层气进行脱氧和脱氮处理,以提高甲烷浓度.通过调研统计,甲烷提浓技术主要包括三种：含氧-低温精馏、脱氧-低温精馏和脱氧-吸附分离-液化技术.并从安全、造价和功耗三个方面对这三种提浓技术的工艺方案及特点进行分析和比较.研究结果表明：脱氧-低温精馏提浓技术的安全性高、造价较低,功耗居中.因此,含氧煤层气提浓甲烷推荐使用脱氧-低温精馏分离技术.     

焦炉气非催化部分氧化与催化部分氧化制合成气工艺比较

提出了一种可用于焦炉气转化的非催化部分氧化工艺,并进行了研究;同时对焦炉气非催化部分氧化和催化部分氧化制合成气工艺进行了比较,结果表明,催化部分氧化需要大量的外加蒸汽,其总体能耗并不比非催化部分氧化法低。     

基于详细反应机理的甲烷部分氧化制乙炔过程模拟

基于Curran详细反应机理,采用CHEMKIN软件对贫氧条件下的甲烷非催化部分氧化过程进行了模拟. 在预热温度为873 K、氧气/甲烷摩尔比为0.55的工业反应器操作条件下,模拟得到的最大乙炔浓度为7.6%(mol),与工业数据相符. 分析了操作参数对自燃诱导时间和产物浓度的影响. 结果表明,当预热温度为823 K时,最大乙炔浓度为7.8%(mol);1023 K时为8.4%(mol). 乙炔浓度在达到最大值后快速下降,因此必须在最大值时通过淬冷等措施及时终止反应以获得最大乙炔收率.     

彬长地区延安组沉积作用对煤层气赋存的影响

从基准面变化,沉积相变,煤层厚度变化,煤层顶底板特征方面分析了沉积作用对彬长地区煤层气赋存的影响。研究表明：厚煤层形成于基准面上升旋回的末端,是煤层气形成和富集的首要条件;沉积相对煤层气赋存的影响较为复杂,不同沉积相带和沉积微相对煤层发育控制不同;煤层厚度大,含气量高,易于形成煤层气富集区。煤层顶、底板岩性以泥岩、粉砂岩为主,其中以泥岩为顶、底板的厚煤层为煤层气富集提供有利条件。     

磷石膏制酸新工艺热力学分析

磷石膏是磷肥工业的排放废渣,文中提出了用氢气、一氧化碳或甲烷替代焦炭处理磷石膏的工艺构想,采用热力学软件对这4个过程的能耗进行了计算与分析,结果表明,新的磷石膏处理工艺过程能耗比传统的磷石膏制酸联产水泥工艺过程降低30%左右,且3个新工艺过程的能耗较为接近。通过对用甲烷部分氧化得到的还原性气体处理磷石膏新工艺与传统工艺的原料成本估算,发现前者的原料成本略低于后者,该新工艺构想前景广阔。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。