基于水合物的煤层气储运技术研究

天然气水合物储运技术具有安全、经济等特点，用于煤层气的输运具有独特的优势。介绍了带搅拌的天然气水合物连续生产技术和静态半连续天然气水合物生产技术，比较了这两种方法的特点和适用条件，在此基础上提出了一种连续生产的煤层气水合物系统。文章最后指出了水合物技术在煤层气储运方面应加强研究的内容。     

低浓度含氧煤层气提浓技术研究进展

介绍了变压吸附、直接深冷液化、溶液吸收法、膜分离法、水合物法等低浓度含氧煤层气提浓技术的进展情况。变压吸附技术在国内外已有较多成熟案例,直接深冷液化技术在国内也成功实现了工业化应用,而膜分离法、低温溶液吸收法、水合物法等仍在研究阶段,尚无重大突破及工业应用。对各项提浓技术的优缺点进行了对比分析,认为可根据其优缺点进行提浓技术耦合,形成更具经济性的低浓度含氧煤层气提纯利用工艺组合。     

煤层气水合物技术的应用前景

扼要介绍了水合物的基本结构及其性质,综述了应用水合物技术对气体进行分离、提纯和储运方面的研究进展,分析了利用这一技术处理与储运煤层气的可行性,最后讨论了这一技术在煤层气开发方面的应用前景,对煤层气储运和矿井瓦斯处理等方面具有参考价值。     

THF对甲烷水合过程温度场影响的实验研究

为研究瓦斯水合物生成与分解过程的温度分布及热量传递规律,利用可视化实验系统研究了两种体系甲烷水合物生成过程反应热和水合过程的温度分布。根据实验数据,结合反应热计算方程,计算两种实验体系的反应热,研究促进剂四氢呋喃(THF)的添加对甲烷水合反应体系温度场的影响。结果表明,THF的添加,导致甲烷水合物的生成量增多,对应的反应热增多,提高了水合反应体系的温度以及温度的上升速率。     

低浓度煤层气含氧液化冷箱的研制

针对低浓度煤层气含氧液化中试装置,采用混合冷剂制冷循环为冷箱提供冷量,利用铝制板翅式换热器作为冷箱内部的主换热器,在此基础上分析了液化冷箱内部低浓度煤层气含氧液化的工作原理,并介绍了液化冷箱的安全保障措施。     

含氧煤层气直接液化工艺能耗比较研究

利用HYSYS软件,对甲烷含量30%~35%的高浓度含氧煤层气直接液化工艺流程进行模拟,并比较级联式制冷、氮气膨胀制冷、多级混合冷剂制冷3种工艺条件下LNG单位产品液化能耗,结果表明级联式制冷能耗最低为0.898 k Wh/Nm3。对甲烷浓度在30%~35%的含氧煤层气,其实际单位产品液化能耗大于1.5 k Wh/Nm3,与目前已有的装置运行参数吻合。     

低浓度含氧煤层气吸附富集过程中吸附塔高径比的影响规律

根据Coward爆炸三角形提出一种安全的分离富集低浓度含氧煤层气的设想——等比例变压吸附法,通过实验证明采用活性炭和碳分子筛作为混合吸附剂,可以在保证解吸气、排放气中甲烷浓度和氧气浓度不进入爆炸范围的前提下将煤层气中的甲烷浓度从20%富集到30%以上。实验研究了吸附塔高径比对解吸气和排放气中甲烷、氧气的浓度分布以及高径比对反吹时间的影响。结果表明提高高径比、增加反吹过程均能降低排放气和解吸气的爆炸性,实现低浓度含氧煤层气安全富集的可行性。但高径比过大,吸附时间过长,单位时间内吸附循环数减少,会降低吸附剂的利用率,增大床层阻力,增加压缩机能耗。     

含氧煤层气脱氧液化系统爆炸危险性分析

本文对一种含氧煤层气脱氧液化过程的工艺流程进行了简单描述。在理论分析的基础上,对整个脱氧液化工程各环节进行了爆炸危险性分析,并提出了相应安全对策及措施,为安全合理的开发利用含氧煤层气提供了有力依据。     

含氧煤层气在碳分子筛上的吸附动力学

为探究基于动力学分离效应的碳分子筛对含氧煤层气的吸附分离特性,对煤层气中CH4,N2,O2三种气体在两种商业碳分子筛（CMS-1,CMS-2）上的吸附动力学和平衡吸附特性开展了研究。结果表明：这两种碳分子筛对CH4的平衡吸附量均大于N2和O2,为甲烷选择性吸附剂;通过扩散模型的模拟和分析指出,采用分段微孔扩散模型能够很好地预测3种气体在碳分子筛上的动态吸附过程; CH4,N2,O2三种气体分别在Fc为0.5,0.6,0.7之前呈现较快的扩散速率,随后扩散速率明显变慢。CMS-1,CMS-2两种碳分子筛均存在动力学吸附特性和平衡分离特性相互抑制的现象,N2,O2与CH4的综合分离因子分别为5.84,18.75,4.20,16.82,表明这两种碳分子筛均具有较好的煤层气的脱氧浓缩性能。     

低浓度含氧煤层气深冷精馏流程模拟研究

利用深冷技术对含氧煤层气进行液化处理,可回收其中的甲烷,减少污染排放。应用HYSYS软件对低浓度含氧煤层气液化精馏工艺流程进行了模拟,并考察精馏塔回流比、塔板数量、精馏压力对甲烷回收率、LNG产品纯度和LNG单位产品生产能耗的影响。综合考虑可取回流比为1.1~1.2,精馏塔板为25~30块,精馏绝对压力为300~400 kPa。模拟结果可为工艺设计和实际操作提供参考。     

基于活性炭从煤层气中分离甲烷

为探索不同工艺条件下活性炭204-Ⅱ用于从煤层气中分离CH4的效果,在温度253.2~313.2 K、压力0~0.8 MPa,采用容积法测试CH4,N2纯组分在活性炭204-Ⅱ上的吸附平衡,并在293.2 K、0.1~0.5 MPa进行CH4,N2纯组分及其混合体系在活性炭204-Ⅱ固定床上的动态穿透曲线两塔变压吸附分离试验。采用Langmuir-Freundlich模型描述纯CH4,N2在活性炭204-Ⅱ上的吸附等温线,分析不同温度和压力条件下CH4对N2的吸附选择性,明确降低压力和升高温度可以提高CH4和N2的吸附平衡差异。通过动态微分模型对CH4,N2纯组分的固定床穿透曲线进行理论模拟并计算得到传质系数,结果表明,二者传质系数基本相等,确定了CH4和N2在活性炭上的分离是基于吸附平衡差异的机理。低浓度的煤层气通过一步变压吸附过程的分离效果有限,CH4含量为20.13%和47.46%的煤层气可分别提纯至39.83%和71.38%,不同操作压力下的提纯效果接近(0.1~0.5 MPa)。     

等比例变压吸附法富集低浓度煤层气的安全性分析

在Coward爆炸三角形的基础上分析研究了低浓度煤层气（CH4浓度低于30%）吸附富集过程的安全性.研究结果表明,如果采用常规的变压吸附方法,使用单一吸附剂富集低浓度煤层气,在吸附过程中CH4浓度会进入爆炸极限,存在安全隐患.基于安全性和可行性分析,提出了一种安全的分离富集低浓度煤层气方法--等比例变压吸附法,采用活性炭和碳分子筛作为混合吸附剂,通过调节混合吸附剂中AC/CMS质量比,使低浓度煤层气中甲烷和氧气能按比例同时被吸附,确保整个吸附富集过程中吸附器内、排放气以及解吸气中的甲烷和氧气浓度都处于安全范围内,实现低浓度煤层气的安全有效吸附富集。     

煤层气与煤矸石在循环流化床内混烧影响因素的试验研究

针对影响煤层气与煤矸石循环流化床内混合高效燃烧关键因素（混烧比R、二次风率r₂、过量空气系数α）进行试验,研究这3种运行参数对炉内温度场以及燃烧效率的影响.试验结果表明：与纯烧煤矸石相比,采用煤层气/煤矸石混烧可使炉内温度场分布更加均匀,提高燃烧效率.当混烧比R＝0.2时,炉内温度场比较均匀,燃烧效率相对较高;随着r₂的增加,燃烧效率先升高后降低;随着过量空气系数α增大,炉膛密、稀相区的温度均降低,燃烧效率先升高后降低.在本试验条件下,R＝0.2,r₂=0.3,α=1.3综合燃烧效果较好.     

The control of coal mine gas and coordinated exploitation of coal bed methane in China

Based on the characteristics of the coalfield geology and the distribution of coal bed methane (CBM) in China, the geological conditions for exploiting the CBM and draining the coal mine gas were analyzed, as well as the characteristics of CBM production. By comparing the current situation of CBM exploitation in China with that in the United States, the current technology and characteristics of the CBM exploitation in China were summarized and the major technical problems of coal mine gas control and CBM exploitation analyzed. It was emphasized that the CBM exploitation in China should adopt the coal mine gas drainage method coordinated with coal mine exploitation as the main model. It was proposed that coal mine gas control should be coordinated with coal mine gas exploitation. The technical countermeasure should be integrating the exploitation of coal and CBM and draining gas before coal mining.     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

基于注入压降法的煤层气指标试井试验

为了准确地测出煤层气的指标参数,将注入压降法应用于煤层气指标测试中,应用预先设计好的试验流程及试验设备对煤层进行注水测试.介绍了注入压降在煤层气测试中的应用情况,进行了基于注入压降法的煤层气指标试井试验.试验结果表明,注入压降法的煤层气指标试井试验在煤层气测试中是非常有效、普遍的方法.     

温度场对注气驱替煤层气运移影响的数值分析

根据热弹性力学、对流弥散理论和多孔介质热力学原理,建立了包含煤的变形方程、气体运移方程、热传导的注气驱替热-流-固多物理场全耦合数学模型,求解耦合模型,研究温度场对注气驱替开采煤层气运移过程的影响。结果表明:煤层温度升高可以促进煤层气解吸,加速煤层气产出。研究成果可为注气驱替开采煤层气工程实践提供相应的理论基础,对深部开采高瓦斯矿井时施行先抽后采技术具有借鉴意义。     

低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望

煤矿低浓度煤层气及乏风瓦斯对空排放造成巨大的能源浪费,并造成显著的温室效应趋势,是煤矿最主要的温室气体排放源。按国家煤层气利用的发展规划,在“十三五”阶段将会有煤层气利用技术的广泛推广应用。针对煤层气利用技术,如煤层气深冷液化提纯技术、低浓度煤层气内燃机发电技术等,国内外已有较多科研院所及设备厂家开展了相关技术研究工作,探讨其合理高效利用的途径及实施方式。介绍了低浓度煤层气的主要技术利用途径,对各利用途径的优缺点及适用特点进行了剖析,并对各类技术途径的应用现状进行了阐述,对其应用前景进行了展望。     

郴州煤层气开发技术分析与对策

为了开发利用湖南郴州煤层气(煤矿瓦斯)这种非常规天然气,根据该市含煤地层面积和煤层气资源量等方面情况,分析了郴州煤层气资源开发技术有利因素与不利因素;基于煤层气藏由地应力、压力、渗透率、流量四大要素组成双循环联动模型等理论,提出了首选多分支水平井、优化垂井井网布置、完善水力压裂、运用"洞穴效应"、应多水平完井、采用先进技术钻井采气等技术对策;郴州煤层气资源开发利用前景看好.