含氧煤层气液化流程爆炸极限分析

大部分含氧煤层气由于技术限制没有被合理利用,而是直接放空,不仅浪费资源,而且污染大气环境。针对某一典型煤层气气源条件和组分特点,设计了一种新型的液化精馏工艺流程,结合HYSYS软件模拟计算结果以及爆炸极限理论,对该液化精馏工艺流程的爆炸极限进行了分析计算,结果表明煤层气中甲烷浓度在压缩、液化以及节流过程中都高于爆炸上限,操作过程安全性比较高。但在精馏塔顶部甲烷浓度开始低于爆炸上限而导致精馏过程存在安全隐患。首先对原料气进行初步脱氧,然后再通过调整精馏塔塔底采出量来控制塔顶杂质气体中甲烷含量,使得其在整个液化及精馏流程中始终高于爆炸上限。分析结果表明,采取安全措施后整个流程都不存在爆炸危险性,甲烷回收率和产品纯度都较高,而且整个流程能耗也比较低。模拟结果显示,所设计的液化及精馏流程对不同气源具有较好的适用性,分析计算结果为含氧煤层气的杂质分离、操作过程的爆炸极限分析以及安全措施的采取提供了一定的参考。

THF溶液水合物技术提纯含氧煤层气的实验

针对大量矿井抽放瓦斯因CH4浓度低、难以利用与储运的问题,提出了通过促进剂溶液水合物方式分离提纯含氧煤层气的方法.利用THF与SDS溶液,分别在合成试验台上对模拟含氧煤层气进行了不同初始压力下水合物分离提纯实验.结果表明:在5℃与初始反应压力为0.3 MPa时,THF溶液水合物技术可实现水合物生成与CH4气体的分离与增浓,使含氧煤层气中CH4浓度由16.45%提高到61.70%;相同温度下当初始反应压力由0.3 MPa增加到1.0 MPa时,水合物中CH4的浓度由61.70%降到56.20%,CH4增浓效率随反应压力升高而降低;水合物分离技术在反应条件与安全性方面明显优于低温液化分离.

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。

含氧煤层气脱氧过程中硫化物的脱氧特性

为了充分利用含氧煤层气,采用硫化物氧化法,利用热重和固定床反应器研究了含氧煤层气脱氧过程中温度、流速及催化剂等因素的影响.研究结果表明,在固定床上,硫化钠作为脱氧剂,低于500℃的条件下,可有效降低含氧煤层气中的氧含量.利用硫化钠脱氧的过程中,分子筛相对其他金属离子催化剂有明显的催化效果.整个脱氧反应过程受外扩散影响较大,小流量有利于提高反应转化率,但Na2S反应转化率总体偏低.

低浓度含氧煤层气深冷液化工艺安全方法研究

低浓度含氧煤层气易燃易爆,对其进行深冷液化回收甲烷需要采取有效的方法确保安全。目前的安全工艺方法分为预脱氧、掺混阻燃气体和控制产品产量。预脱氧的工艺方法需要增加设备投资,脱氧过程还存在安全性问题,适用于甲烷含量较高的含氧煤层气;掺混阻燃气体的工艺方法对现有工艺和设备影响不大,但会增加生产能耗;控制产品产量的工艺方法会降低甲烷回收率,不适用于甲烷含量较低的含氧煤层气。通过分析比较认为,对甲烷含量较低的含氧煤层气进行深冷液化时,可先采用低压粗脱氧,然后再掺混阻燃气体的工艺方法。

含氧煤层气液化流程安全性分析与措施

矿下抽采的煤层气由于混有空气而在液化中存在爆炸危险。通过将HYSYS对常规液化分离流程的模拟结果与爆炸极限理论相结合进行分析计算得出:爆炸危险主要集中在冷凝终了处和精馏塔顶部。进而提出降低压缩机出口压力或提高最终冷凝温度;严格控制精馏塔塔顶气相CH4含量在爆炸上限之上,塔顶气用N2惰化后再与液氮逆流接触以进一步回收CH4。计算表明,当N2注入比达0.6(摩尔比),气相CH4含量曲线将绕过临界点进入安全区。采取措施后CH4有较高收率且液化流程安全性得以提高。

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300～400kPa。模拟结果可为工艺设计和实际操作提供参考。

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CH_4,N_2,O_2三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N_2和O_2,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,N_2,O_2三种气体分别在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,N_2,O_2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。

含氧煤层气流量变化对液化工艺影响的模拟研究

利用HYSYS软件对煤层气液化工艺进行模拟计算,分析了煤层气流量变化对液化能耗和CH4回收率的影响,结果表明:总液化能耗变化幅度与煤层气流量变化幅度一致,其中氮气压缩功耗变化幅度大于流量变化幅度,混合冷剂压缩功耗变化幅度小于流量变化幅度;煤层气流量变化会使LNG单位产品液化能耗增加,但流量减小不影响CH4回收率,只有流量增加会降低CH4回收率。在实际运行时,应使制冷系统提供的冷量留有5%的余量,以确保工艺过程的安全与稳定。

THF+TBAB+SDS对含氧煤层气水合物生成促进的实验研究

由于生成条件比较温和、含气率较高、储存稳定、耗能低、再分解简单可控、水合物晶体仅包含水和甲烷的优点,水合物法已成为一种有吸引力的分离含氧煤层气的新方法。实验研究了THF+TBAB+SDS体系中煤层气水合物生成的热力学参数及诱导时间的变化规律,获得了相应的相平衡数据。结果表明:THF+TBAB+SDS对煤层气水合物生成的热力学促进作用明显好于单一组分添加剂;并且THF、TBAB混合后,对煤层气水合物生成热力学起主要促进作用的为THF;三种添加剂混合后,记忆效应对煤层气水合物生成诱导时间影响不明显。

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。

HYSYS在含氧煤层气液化分离中的应用研究

在煤矿开采过程中采出的煤层气因含有空气难以加工利用,直接放空,不仅污染大气环境,而且浪费燃气资源。针对某典型含氧煤层气气源,设计了一种氮—甲烷膨胀制冷的液化精馏工艺,并利用HYSYS进行了模拟计算,结果显示,该工艺可较彻底除去氮气、氧气等杂质,获得较高浓度的甲烷产品,甲烷回收率达到99.99%。同时分析了回流比、塔板数以及入塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响。

含氧煤层气脱氧提浓技术研究

对含氧煤层气脱氧后分离技术方法的优缺点及适用性进行了简要概括,提出了低浓度煤层气(CH4体积分数≤30%)的脱氧提浓将是未来需要解决的主要问题。

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。

含氧煤层气直接深冷分离甲烷的安全工艺方法

提出了一种含氧煤层气直接深冷精馏分离甲烷的安全方法，其通过在精馏塔内通入氮气降低塔内氧含量到极限氧含量以下以确保精馏过程的安全，避免了预先对含氧煤层气进行脱氧处理的过程，同时利用制氮装置可回收氮气循环使用。该工艺方法使用混合制冷和氮制冷提供冷量，并将制氮装置用于工艺过程，所需的设备成熟，工艺过程安全性和适应性好，在正常和非正常工况下都能保证安全，适用于不同甲烷浓度的含氧煤层气，LNG产品能耗在0.7kWh/m3-1.7kWh/m3之间。

含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发

设计了一种利用氮-甲烷膨胀制冷低温精馏含氧煤层气制LNG的工艺,并对其进行了模拟分析。结果表明,该工艺可较彻底除去氮气、氧气等,获得较高浓度的LNG产品。同时分析了回流比、塔板数以及入塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响,并且对该低温精馏工艺中的各设备进行了能耗分析。结果表明,在精馏塔进料温度为-163℃、压力为0.2 MPa时,最佳工艺操作条件为回流比1.5,塔板数24,在此条件下,甲烷回收率可达99.64%,塔底甲烷产品纯度高达99.98%,氧气体积分数仅为0.016%,系统单位能耗0.573 kWh/m3。

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。

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。

甲烷回收率对含氧煤层气液化工艺影响研究

利用HYSYS软件对含氧煤层气液化工艺进行模拟计算，分析甲烷回收率对液化经济性和安全性的影响，得出如下结论，甲烷回收率对制冷压缩功耗有较大影响；甲烷回收率越高，液化经济性越好，但甲烷回收率会影响液化尾气和精馏塔内的安全。综合经济性和安全性考虑，可选择的甲烷回收率为60％－65％和90％－95％。

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。