单级-两级膜分离法分离CO2/CH4实验研究

通过建立3~5(STP)m3/h规模的膜分离试验装置,在不同的压力、温度、流量条件下,对单级膜分离法进行了试验研究。并采用串联的方式将2个膜组件进行耦合,形成两段式膜分离系统。研究结果表明:对PI膜组件的单级膜分离法而言,增大气体流量有利于减弱浓差极化现象;提高膜两侧压差和气体温度有利于提高CO2的膜渗透能力。对两级法而言,提升进气压力等条件可以有效提高渗透气CO2浓度达到91.64%;两级法较单级法具有更高分离效果和较低的CO2脱除效率,因此需要根据实际需要进行合理配置。

改性干水体系中瓦斯水合分离动力学与回收研究

煤炭行业低碳化发展是实现碳中和目标的关键,降低碳排放强度是“双碳”目标的必然要求,因此在碳达峰背景下探寻快速高效分离回收低浓度煤矿瓦斯的方法十分必要。据此基于水合物技术,运用结冷胶、碳纳米管和铜粉对干水进行改性,并以干水作为试验液相,在3.0 MPa,275.2 K条件下静态体系中进行多轮次水合物形成循环试验,考察非改性干水、结冷胶-四氢呋喃(THF)、碳纳米管-THF、铜粉-THF改性干水对25%CH_(4)/67%N_(2)/8%O_(2)混合气的分离动力学和CH_(4)回收效果的影响,并对比了不同改性材料干水重复应用的性能稳定性。结果表明:改性材料中结冷胶体系分离效果最好,与非改性干水体系相比,结冷胶-THF改性干水体系气体消耗量显著增加9.36倍,水合物初始生长速率提高87.45%,CH_(4)平均回收率最大为56.4%。4种结冷胶质量分数(3%、6%、9%、12%)优选结果显示含有9%结冷胶的改性干水体系(GDW)具有较好的动力学稳定性和回收效果。而碳纳米管-THF、铜粉-THF改性干水对瓦斯水合物形成具有轻微的抑制作用,在多轮次水合物形成过程中出现部分解离时,存在自由水和未解离干水的一个最优配比,从而达到最优动力学效果。鉴于结冷胶改性干水的高回收率、良好的循环性和能耗低的特点,有望成为水合物法分离回收低浓度瓦斯的一种新的方法。

低浓度煤层气深冷液化工艺研究

为了验证低浓度煤层气浓缩制取液化天然气(LNG)技术的可行性,研发了低浓度煤层气深冷液化制取LNG中试装置,围绕该装置在运行过程中的安全和能耗问题,开展了液化工艺参数试验研究,为液化装置的放大设计及安全运行操作提供依据。装置运行及相关爆炸试验情况表明:低浓度煤层气深冷液化制取LNG在技术上是可行的;CH_4的回收率受气源条件的波动影响较敏感,而产品纯度受这种波动影响不大;精馏塔温度对CH_4的回收率和产品纯度影响较大,操作中应根据原料气CH_4含量的变化、原料气流量的变化及冷量是否充足等因素进行调整。该技术推广后,可有效解决CH_4体积分数大于25%的低浓度煤层气利用问题,在一定程度上可缓解我国天然气供应不足的现状。