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)。     

煤层气开发与利用-甲烷气体吸附剂研究进展

我国煤层气资源非常丰富，储量居世界第三位。其主要成分是甲烷，但煤层气中甲烷气体利用率却较低。主要原因是煤层气的分离提纯工作比较困难。对于吸附分离的工艺而言，关键是甲烷气体吸附剂的选择和制备。本文回顾了吸附分离技术的概况以及甲烷气体吸附剂的发展进程。鉴于膨润土资源深加工利用的良好前景以及岩石、煤等矿物吸附甲烷研究的现状，笔者提出对改性膨润土作为甲烷气体吸附剂的可能性进行探讨，并认为从理论和经济方面都是可行的。     

煤层气开发与利用——甲烷气体吸附剂的研究进展

我国煤层气资源非常丰富,储量居世界第三位,但利用率却比较低,主要原因是煤层气的分离提纯工作比较困难。煤层气主要成分为甲烷,对于吸附分离的工艺而言,关键是甲烷气体吸附剂的选择和制备。本文回顾了吸附分离技术的概况以及甲烷气体吸附剂的发展进程。鉴于膨润土资源深加工利用的良好前景以及岩石、煤等矿物吸附甲烷的研究现状,笔者对改性膨润土作为甲烷气体吸附剂的可能性进行了探讨,并认为从理论和经济方面都是可行的。     

变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择实验

测量了5种活性炭在298,308,318 K时对CH4和N2的平衡吸附量并绘出相应的吸附等温线。结合5种活性炭的特性参数以及其对CH4和N2的吸附量,分析了影响活性炭对CH4和N2的吸附量的因素。以Langmuir吸附方程关联实验数据,计算出5种活性炭在不同温度下对CH4和N2的分离因子。研究结果可为选择变压吸附浓缩煤层气的吸附剂提供参考。     

变压吸附技术分离CH4/N2气体混合物

采用变压吸附技术进行CH4／N2气体混合物的分离研究,以提高混合气中CH4的浓度。在单柱变压吸附装置上进行了变压吸附过程实验;考察了各步压力、原料气组成等操作条件对分离过程的影响。     

CO2/CH4分离用碳质吸附剂研究进展

吸附剂的研究对于CO_2驱煤层气技术具有重要的意义,用以分离CO_2/CH_4碳质吸附剂由于活性炭和碳分子筛具有大量的微孔且比表面积大、吸附容量大等优点而具有巨大的开发应用潜力,故而归纳CO_2/CH_4分离用碳质吸附剂的研究进展以期推进注气驱替煤层气技术的应用。综述了国内外CO_2/CH_4分离用碳质吸附剂的研究进展,对活性炭和碳分子筛两种碳质吸附剂改性前后对CO2/CH4吸附性能分别进行总结。由总结归纳可知,碳质吸附材料更适合变压吸附法分离驱替煤层气中的CO_2,有效提高碳质吸附剂的分离性能将是未来重要的研究方向。活性炭吸附剂分离比小,吸附量大,主要基于平衡效应分离,碳分子筛吸附剂分离比大,吸附量小,主要基于动力学速率进行分离,因此需要在现有碳质吸附剂孔径和表面性质上进行改性研究,优化两者性能,使吸附剂具有较高的分离比和处理能力,也为下一步CO_2/CH_4分离专用吸附剂的开发提供指导方向。     

CH4/N2分离最佳吸附剂选择的综合指标评价

以小麦秸秆和玉米秸秆为原料,在实验室合成了2种生物质活性炭(WSAC和CSAC),以此作为CH_(4)/N_(2)混合气中CH_(4)分离的吸附剂。在3种不同温度(303、323、343 K)下测试了纯气体(N_(2)和CH_(4))的吸附等温线,并采用SIPS模型对其关联性进行了分析,应用理想吸附溶液理论(IAST)预测了CH_(4)/N_(2)二元气体吸附平衡。用Clausius-Clapeyron方程和SIPS方程,从纯组分吸附估算了等温吸附热。将所有吸附平衡时的参数整合为一个性能指标,从气体吸附分离因子、役用性能和等量吸附热等方面评价吸附剂,以便于在具体应用相关的条件下选择最合适的吸附剂。     

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。     

煤层气分离富集吸附剂抑爆隔爆性能实验研究

针对含氧煤层气变压吸附分离过程中存在的安全问题,通过实验的方法研究了吸附剂对瓦斯气体的抑爆和隔爆特性,旨在为煤矿抽排瓦斯分离过程中的安全生产提供参考。实验以甲烷与空气的混合气及甲烷与氧气的混合气为研究对象,其中甲烷体积分数分别为10%和36%。研究结果如下：当吸附剂处于爆炸气氛的环境中,在吸附剂装填区域进行点火引爆不会发生爆炸;对不装填吸附剂的区域进行点火引爆,火焰不能通过吸附剂层传递到其他区域;压力波通过吸附剂层时出现了较大的衰减,如甲烷与氧气的混合气在大气压下引爆后,压力由起爆容器的5.5 MPa迅速衰减到了0.03 MPa。研究结果表明：吸附剂具有抑爆和隔爆的特性,可对吸附分离系统起到安全防护作用。     

煤层气井水力压裂伴注氮气提高采收率的研究

最大限度地提高CH4气体初始解吸压力是提高其采收率的重要途径之一。针对我国"低压"煤储层的临储压力比小、初始解吸压力低、活性水压裂效果不甚理想的现状,系统分析了水力压裂伴注N2增能压裂提高采收率的机理,结合施工现场情况,设计了水力压裂伴注N2增能压裂煤储层工艺参数。屯留井田水力压裂伴注N2增能压裂与常规活性水压裂的临界解吸压力对比表明:水力压裂伴注N2能提高煤层气井排采初期的临界解吸压力,在其他条件相同的情况下,一定程度上能提高煤层气井的采收率。     

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。     

煤层气综合利用趋势研究

我国煤层气资源丰富,但利用率不足20%,针对这一情况,通过研究发现其原因在于:一方面我国煤层透气性差,抽采率及抽采浓度低,不利于煤层气利用;另一方面我国煤层气利用技术和途径单一。提高煤层气抽采率和抽采浓度,并采用包括民用、发电、浓缩和通风煤层气利用等各种技术手段,综合利用不同浓度的煤层气,可实现煤层气资源的高效利用,并缓解对环境的排放压力。     

煤层气梯级利用技术探讨

介绍了国内外煤层气开发与利用现状。针对不同浓度的煤层气,分析了其适宜的加工利用技术方式,以提高煤层气利用率及获得最大的经济效益。根据目前技术水平,阐明了煤层气梯级加工利用技术方式:甲烷体积分数在90%以上的煤层气适宜直接净化加压制成管道输送天然气或提纯制取CNG/LNG;甲烷体积分数为30%~90%的煤层气宜采用提纯技术(直接深冷液化或变压吸附)生产CNG/LNG;甲烷体积分数为8%~30%的煤层气宜采用低浓度瓦斯发电技术进行利用;甲烷体积分数为1%~8%的煤层气可经掺混后进行蓄热氧化利用。     

钻孔预抽煤层瓦斯影响规律研究

给定煤层多孔介质渗流边界条件,湍流计算选用k—ε模型,瓦斯在煤层中流动采用多孔介质模型,研究了在不同的抽采时间、负压、渗透率、煤层瓦斯压力及不同的钻孔直径等条件下钻孔的抽采半径及抽采量变化规律,研究结论对于现场预抽煤层瓦斯钻孔参数设计有理论指导意义。     

低浓度煤层气深冷分离数值模拟研究

通过数值模拟对低浓度煤层气深冷液化用的精馏塔进行了研究。结果表明:根据数值模拟得到的数据设计的精馏塔在中试装置运行情况良好,模拟结果可信;回流比增加,塔板数减少,但塔的能耗增加,应综合考虑整体经济性,选择适当的回流比;进料位置对精馏塔的能耗也有影响,存在一个最佳的进料位置;对于浓度为35%的低浓度煤层气深冷液化装置,精馏塔的实际回流比取1.513,装置塔板效率取0.7,实际塔板数为32;最佳进料位置为从第9块塔板上进料。     

和煤1井煤层气井钻井液技术

针对和煤1井的钻井液配方的选择、试验、现场应用效果进行了阐述和分析;对钻进过程中防塌、润滑防卡技术措施进行了总结.     

煤层气丛式井钻进工艺

介绍了沁水盆地煤层气概况、地层条件、技术要求、设备及钻具配套、丛式井施工工艺。石油丛式井施工应用于煤层气施工,井场占地少,节约成本,并取得了一些钻进工艺经验及经济效果。     

含氧煤层气组分分析方法的实验研究

煤层气组分分析对煤层气的开采利用十分重要。采用气相色谱法测定煤层气组分的方法,以标准气体进行定性,外标法进行定量,利用单气路双色谱柱的方式,使煤层气样能够在1台色谱仪2根色谱柱上进行分析,实现一次进样分析煤层气的主要组分。针对色谱柱温度、进样温度、载气流速等影响因素,开展了相关的实验研究,同时考察了该测定方法的重复性。研究结果表明,该方法操作方便,结果准确,缩短了分析时间。     

我国煤层气利用概述

通过对我国煤层气利用现状进行分析,同时根据煤层气用途的优缺点的分析,为煤矿选择适宜于自身发展的煤层气项目提供参考,并通过国家出台的一系列鼓励煤层气的开发利用的政策法规说明,阐述国家对加强煤层气利用的决心。