基于水合物法浓缩低浓度煤层气的研究进展

介绍了我国低浓度煤层气的利用现状,对当前几种浓缩技术进行了对比和分析,认为水合物浓缩低浓度煤层气法具有更广阔的前景。介绍了水合物基本理论,包括其晶体结构、相平衡热力学及生成动力学,阐述了通过强化气体水合物生成来浓缩低浓度煤层气的研究进展,并对水合物法浓缩低浓度煤层气技术进行了总结和展望。     

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。     

低浓度煤层气脱氧技术的研究进展

针对低浓度煤层气在开发利用中氧含量较高会导致安全隐患的问题,提出了低浓度煤层气应用的关键是脱氧,综述了几种常见的脱氧方法及其在低浓度煤层气脱氧中的应用,重点阐述了非金属还原法脱氧技术及其应用。     

煤层气水合化的基础研究

自行设计制造了一套可用于煤层气水合物生成与分解的可视化实验系统,利用该实验系统研究了阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和多孔介质煤对煤层气水合物生成的影响,进行了煤层气水合物生成相平衡参数和分解热力学方面的研究。结果表明:表面活性剂的加入促进了水合物的生长,但水合物的生成情况与表面活性剂的种类和浓度有关;表面活性剂的加入有效地改变了水合物生成的热力学条件;水合物分解过程所需热量较多,证实了利用煤层气水合化技术预防煤矿煤与瓦斯突出以及进行煤层气固化储运的可行性。     

低浓度煤层气提纯技术与应用的研究进展

低浓度煤层气中甲烷含量较低,杂质气体主要为氮气和氧气,一般需进行提纯后才能达到输送和使用要求。由于氮气性质与甲烷相近,氧气与甲烷能形成爆炸性混合物,因此低浓度煤层气的脱氮和脱氧技术是制约其规模化利用的关键因素。文章综述了低浓度煤层气的脱氮和脱氧技术的工艺原理、研发现状和工业应用情况,并对几种技术进行了对比分析和展望。     

低浓度煤层气分离提纯的研究进展

综述了应用于低浓度煤层气分离的主要方法,包括低温精馏法、吸附分离法、膜分离法和水合物法,探讨了各种方法在不同工艺条件下的分离效果,分析了它们的优缺点。文中总结了每种方法需要解决与突破的关键性问题：低温精馏法获得的甲烷浓度高,但在处理含氧煤层气时首先要脱氧;吸附分离的关键技术在于吸附剂的选择,吸附剂决定了该方法的经济效益与难易程度;对于膜法分离,影响煤层气分离效果的主要因素在于膜材料的选择及制膜工艺;对于水合物法,寻找制备具有较高分离效率的添加剂是关键。最后指出,多种方法结合、多级分离的分离方法是未来研究发展方向。     

溶液吸收法浓缩低浓度含氧煤层气

煤层气是一种优质能源,但目前我国煤层气利用率仅30%左右,主要受限于利用方式单一,煤层气提浓正在发展成一种新的重要利用方式。文章比较了目前的煤层气提浓技术,分析了其技术优势和缺点。为解决现有技术中存在的问题,本研究通过集成现有技术,提出溶液法吸收法分离低浓度煤层气的工艺,并具有安全性高,能耗及成本较低的优势。     

L-色氨酸+四氢呋喃体系下水合物法分离煤层气研究

L-色氨酸是一种新型水合物动力学促进剂。为了研究L-色氨酸与热力学促进剂四氢呋喃(THF)两者协同作用下对水合物法分离煤层气中甲烷的影响,在温度为274.15 K、初始压力为10 MPa的封闭反应条件下,通过实验研究L-色氨酸+四氢呋喃(摩尔分数5.56%)复合溶液体系下摩尔分数30%CH₄/70%N₂混合气体水合物的生成过程,确定了在L-色氨酸协同作用下水合物的生成时间、气体消耗量、甲烷分离率。实验结果表明：色氨酸质量分数为300×10^-6时,对水合物生成的促进作用最为明显,可缩短水合物的生成时间,但对降低相平衡压力没有明显效果。当质量分数增加到1 000×10^-6时,对水合物的生成表现为明显的抑制作用。相比单一的THF体系,加入色氨酸之后的组合体系进一步增加了水合物的生成量,并明显降低了反应时间,具有良好的应用前景。     

低浓度煤层气富集增浓技术研究进展

在分析国内外学者从不同工艺、材料、方法对低浓度煤层气CH4/N2分离富集研究的基础上,总结了其阶段性研究结果及突破。同时,分析了深冷分离法、膜分离法、溶液吸收分离法、吸附分离法、水合物合成法在不同工艺条件下的分离效果及各自优缺点。通过分析对今后低浓度煤层气甲烷的利用前景进行了客观展望。     

低浓度煤层气变压吸附制甲烷研究进展

从吸附剂改进及工艺优化模拟2个角度,对近几年低浓度煤层气变压吸附制甲烷的研究情况进行了综述。归纳总结了上述2个角度的相同点与不同点,指出今后复合材料吸附剂的原料选取及原料最适宜配比仍会是吸附剂改进的热点;工艺优化模拟大多在强调产能提高,过程的安全保障提及较少。在吸附剂改进及工艺优化模拟时,工业智能化都对煤炭资源的制备与利用起到了一定积极影响。     

煤层气水合物定容生成实验研究

为了有效利用与回收直接排放的大量抽放瓦斯,提出了利用水合物技术处理与储运的新方法,根据气体成分确立了水合物生成的温度与压力条件,通过对气体进行初始压力为9.5 MPa的定容法实验,研究了含表面活性剂下水合物生成过程中温度-压力与CH4转化率的变化规律。实验结果表明,水合反应的进行应保持一定的反应驱动力,根据不同温度下反应驱动力进而确定最佳反应条件,同时反应过程中CH4能被有效提取,但要进行高效生产,应进行多级水合分离技术以提高产率。     

煤层气中CH4/N2分离工艺研究进展

介绍了近期针对煤层气中CH4/N2体系的分离工艺研究进展。论述目前应用于CH4/N2体系分离的主要方法,包括低温精馏、变压吸附和膜分离工艺,探讨了各种方法在不同工艺条件下的分离效果,以及在实际应用中的特点和技术上的改进,展望了未来的研究发展方向。     

中国煤层气利用途径

介绍了中国煤层气资源的分布,对各种利用形式加以阐述,并分析了煤层气发电系统的流程和各发电机组的优缺点,对中国煤层气发电利用案例进行举例说明,指出发电是煤层气利用的主要途径。     

甲烷水合物的研究和开发

介绍了甲烷水合物的结构、相平衡性质和在自然界的赋存情况,以及为开采甲烷水合物而进行的钻探和深海开发技术,并探讨了开发甲烷水合物中的环境保护问题.     

煤层气浓缩用碳分子筛的研制及性能研究

为评价分析碳分子筛(Carbon Molecular Sieves,CMS)产品性能,以酚醛树脂废料为主要原料,通过添加助剂,采用炭化/气相沉积一体化工艺,制备了专用于煤层气提浓的BM碳分子筛(记为BMCMS)。采用CO_2吸附法、加压热重法及四塔变压吸附法对BMCMS及商业碳分子筛(记为JCCMS)的孔隙结构、CH_4和N_2的吸附容量、速度以及对煤层气的实际分离性能等进行研究。结果表明,BMCMS碳分子筛的孔隙以0.85 nm以下微孔为主,主要分布在0.4~0.65 nm,其比例占整个孔隙的66%以上,高于JCCMS的65%;碳分子筛的孔隙直径为N_2分子的1.1~1.8倍时,该类孔隙适宜吸附N_2,而对CH_4的吸附具有阻碍作用;当用于PSA浓缩抽采煤层气时,可将煤层气中CH_4浓度提高25.6%,实际运行指标优于JCCMS。     

水合物法提纯沼气技术研究进展

沼气是一种重要的可再生能源,对沼气进行充分高值利用对于缓解我国能源需求和环境压力具有重要意义。沼气在高值利用前必须进行脱碳提纯处理,本文介绍了一种可用于沼气提纯的新技术--水合物分离技术。介绍了水合物分离技术的基本理论,调研总结了水合物法提纯沼气和可用于沼气体系（CH₄/CO₂）的水合物分离技术研究进展,包括相平衡研究、热力学促进剂、动力学促进剂、机械强化、外场强化、添加多孔介质/纳米流体等和采用油/水乳液促进技术,并对各种水合物分离促进技术进行了分析：相平衡研究为水合物法提纯沼气提供了理论基础;合理地选用热力学和动力学促进剂能够有效改善气体水合物相平衡条件,促进水合物生成,增加储气效果和提高分离效率;机械强化及外场作用通过强化水合反应过程的传质传热效果促进水合物生成;添加多孔介质和纳米流体等能够增大气液接触面积,对水合过程发挥促进作用;采用油/水乳液不但能够强化气液接触,而且微乳状态下的水合物具有很好的流动性,具有良好工业应用前景。最后对水合物法提纯沼气技术进行了展望,水合物提纯沼气研究虽处在起步阶段,但随着研究的不断深入,该技术凭借操作条件温和,对原料气要求低,并且具有操作简单灵活、安全性高、环保无污染等优点,必将在我国沼气产业发展过程中发挥作用。     

移动式煤层气压缩装置的应用分析

提出了一种采用螺杆压缩机作为增压装置,燃气发动机作为驱动装置的移动式煤层气增压装置的形式.介绍了该装置的结构、工作原理及性能特点,最后对其在应用中应注意的问题做出了分析.     

甲烷水合物分解实验

在体积10 L的静态反应器中研究了水合物分解动力学,考察了储存温度和水合物量等因素对水合物分解的影响。实验结果表明,水合物在273.15 K以下时存在一种异常的自我保护效应,其在268.05 K时分解速度最慢;而水合物的储运压力与储罐中的水合物量有关,当储罐容积一定时,分解压力随着储罐中水合物量的增加而增加,但水合物的分解百分比随着水合物量的增加而减少;最后提出了在一定压力下储运水合物的方法。以期为水合物法固态储存气体技术的工业化应用提供实验数据和理论依据。     

沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中CH4

利用高硅疏水性沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中的甲烷,对其吸附平衡、吸附动力学以及真空变压吸附分离过程进行了理论和实验研究。通过重量法和穿透曲线法测定了CH₄/N₂单组分及双组分的竞争吸附平衡数据,并采用Multisite Langmuir吸附等温线模型对其进行拟合。结合CH₄和N₂稀释穿透曲线实验数据和等温无动量损失的双分散二级孔结构扩散模型,获得CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的微孔扩散系数。建立并求解包含质量、动量及能量传递的固定床吸附分离模型方程,预测了CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的竞争吸附穿透曲线。进一步采用ZSM-5吸附剂填充床单柱四步真空变压吸附实验考察了进料浓度、进料流速、进料时间以及吹扫比对分离效果的影响。结果发现沸石ZSM-5对CH₄具有较好的选择性,沸石晶粒内的微孔扩散为吸附速率控制步骤,真空变压吸附工艺可将模拟煤层气中20%的CH₄提纯至31%～41%,回收率为93%～98%。