低浓度含氧煤层气净化控制系统设计

低浓度含氧煤层气直接含氧液化精馏制液化天然气(LNG),在充分利用低浓度煤层气的同时又避免了煤矿瓦斯气直接排放造成的大气污染。首先,分析了含氧煤层气制LNG工艺中净化工段的工艺流程,结合工艺要求设计了可靠的控制系统。然后,根据低浓度含氧煤层气净化控制的工艺要求和系统规模,构建了分布式控制系统(DCS)的总体架构。在此基础上进行了硬件系统功能的选型及配置,以及对DCS软件的组态设计。最后,实现了DCS在工程实例中的一体化应用。该系统的应用提高了生产效率和产品质量,为工艺流程的稳定运行提供了安全保障。

煤矿低浓度瓦斯多孔介质催化燃烧稳定性研究

针对煤矿低浓度瓦斯利用难题,开发负载Fe_(2)O_(3)活性组分的多孔介质催化剂进行低浓度甲烷(LCM)催化燃烧实验,探究不同当量比、气体流速、Fe_(2)O_(3)负载量对LCM燃烧稳定性的影响,并对其动态燃烧特性进行分析.结果表明,Fe_(2)O_(3)负载的多孔介质催化剂可有效提高LCM燃烧的稳定性,拓宽LCM驻定燃烧的极限当量比.在当量比0.46、气体流速0.126 m/s的条件下,LCM在负载1%Fe_(2)O_(3)的多孔介质催化剂中实现了稳定燃烧,实验测定甲烷的转化率在98%以上,且CO排放体积分数低于600×10^(-6),NO_(x)排放体积分数低于30×10^(-6).

Pd-Pt/HZSM-5催化剂的制备及催化低浓度甲烷燃烧性能

以Pt(NH_(3))_(4)Cl_(2)和Pd(NO_(3))2·2H_(2)O为Pt和Pd前驱体盐,HZSM-5分子筛为载体,采用浸渍法制备了Pd-Pt/HZSM-5催化剂,将不同硅铝比[n(SiO_(2))∶n(Al_(2)O_(3))=38∶1、200∶1、800∶1]的Pd-Pt/HZSM-5催化剂分别命名为Pd-Pt/HZSM-5(38)、Pd-Pt/HZSM-5(200)、Pd-Pt/HZSM-5(800)。采用XRD、SEM、TEM、Raman、XPS、CO_(2)-TPD和NH3-TPD对催化剂进行了表征,并通过固定床反应器测试了其催化低浓度(体积分数为0.5%)甲烷燃烧反应的活性。结果表明,Pd-Pt/HZSM-5(38)具有较小的Pd/Pt颗粒尺寸(6.3 nm),最多的Pd O结晶、活性Pd/Pt物种和酸性位点,最高的n(Pd^(0))∶n(Pd^(2+))及最高的Pt质量分数(0.19%),其表现出最好的催化性能。与Pd-Pt/HZSM-5(800)和Pd-Pt/HZSM-5(200)相比,Pd-Pt/HZSM-5(38)催化低浓度甲烷燃烧的起燃温度(T_(10))分别降低了27.54和30.92℃,完全转化温度(T_(90))分别降低了3.38和17.51℃。Pd-Pt/HZSM-5(38)在360℃下可稳定运行150 h内,甲烷转化率在99.6%以上,活性无明显下降。

低浓煤变压吸附提纯技术的模拟优化研究进展

综述了低浓煤变压吸附提纯技术的模拟优化研究进展。从吸附剂与变压吸附工艺这两个不同角度进行了简洁明确的介绍。从吸附剂角度的发展趋向来看,通过模拟与优化能够提高吸附剂性能与原料配比,提升吸附剂有效性。从变压吸附角度的发展趋向来看,模拟与优化变压吸附设备能使其自动化效果更好,经济效益更高。总结指出,两个角度都能看出模拟与优化在本技术中扮演着重要角色,使效率与产能得到了提升,在为技术带来不少便利的同时,两个角度也有要继续改进的地方。在吸附剂的角度上,多组分混合物的模拟与优化仍需继续进步;在变压吸附的角度上,实际操作中的动态变化模拟仍存在局限性,装置运转中的安全性优化应多加考虑。

基于工业化应用视角的低浓度甲烷催化燃烧催化剂研究进展

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,是一种高效、环保的利用方式,有利于减少资源能源浪费,兼具环境、安全和能源效益。甲烷分子具有较高的结构稳定性,尤其是低浓度甲烷在温和条件下催化燃烧更具挑战性。基于工业应用视角,围绕实际工况条件对催化剂的要求,重点从催化剂的活性、热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性等4个方面的研究进展进行综述,分析甲烷催化燃烧催化剂应用面临的难点及未来发展趋势,旨在为开发适用于工业化应用的乏风瓦斯甲烷催化燃烧催化剂研究提供参考借鉴。

低浓度煤层气输送阻火器设计参数优化分析

为保障低浓度煤层气的输送安全,实现“煤与瓦斯共采共用”,对适用于低浓度煤层气输送安全保障系统的阻火器结构参数进行优化研究,并进行测试实验。结果表明:低浓度煤层气输送管路上的阻火器应优选具有足够强度的金属板波纹型阻火芯,以抵抗强烈的爆炸冲击波;为了使火焰在传播过程中被加速冷却后熄灭,并减小阻力,将阻火器设计加工成“中间粗、两头细”的结构,中间阻火芯的直径应足够大;优化设计的DN500干式阻火器中,波纹板数量为2、间距为30 mm,波纹带厚度为0.25 mm,阻火芯外壳直径为1500 mm,当煤层气流速为15 m/s时,阻力为670 Pa;当火焰传播速度低于775 m/s时,该阻火器可以成功阻火。

煤矿乏风中超低浓度甲烷燃烧特性研究及机理敏感性分析

在国家“双碳”目标背景下,煤矿风排瓦斯中甲烷的减排日益重要;乏风氧化燃烧技术是目前乏风中甲烷减排利用的一个重要方向。基于甲烷燃烧详细化学动力学机理GRI-MECH 3.0,针对乏风瓦斯的气氛特点,开展了着火点、绝热火焰温度、点火延迟时间等燃烧特性的研究;基于敏感性分析方法,得到对反应温度有重要影响的基元反应过程。研究表明:乏风瓦斯着火点和甲烷浓度、停留时间有关,当乏风甲烷浓度小于等于0.4%时,着火点快速升高,大于0.4%时着火点变化不大;气体停留时间越长,乏风着火点越低,当停留时间是1 s时,常规乏风瓦斯的自燃温度在680℃~800℃。乏风瓦斯的最高火焰温度和甲烷浓度呈线性递增关系,在起始着火温度基础上,甲烷浓度每升高0.1%,火焰温度升高约23℃。900℃条件下不同浓度乏风瓦斯点火延迟时间几乎相同,但完全反应时间却随着浓度增加而缩短。表观气速对乏风中甲烷的转化率影响较为显著,700℃引燃温度条件下0.5%CH4的乏风进气流速需控制在1.31 m/s以内。最后基于温度敏感性,探讨了关键的基元反应。

低浓度瓦斯金属纤维燃烧技术与实验研究

为了减少煤矿低浓度瓦斯排放、降低大气污染,实现国家节能减排目标,开展了低浓度瓦斯金属纤维燃烧研究。分析了低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧存在的优势;基于低浓度瓦斯易燃易爆特性、气体中含有灰尘和水分等因素,选择含有稀有金属钇的集束铁铬铝长纤维针织物制作低浓度瓦斯金属纤维燃烧器;进行了燃烧器的结构、热负荷及金属纤维辐射面积等设计;最后开展了燃烧实验。结果表明:低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧器燃烧时,其甲烷体积分数下限为5.0%;金属纤维燃烧器的金属纤维织物内侧温度与燃烧强度呈负相关;金属纤维燃烧器的气流分布板内侧温度则随着燃烧强度增加呈现先升后降,在瓦斯甲烷体积分数为8.1%、燃烧强度为400 kW/m^(2)时,气流分布板内侧温度最高,达到248℃,远低于甲烷的热自燃温度,低浓度瓦斯采用金属纤维燃烧器燃烧不易发生回火。

回风隅角低氧对光干涉甲烷检测仪的影响及校正方法研究

针对回采工作面回风隅角多种甲烷检测设备检测结果不一致的问题,分别从设备本身和氧气浓度等方面进行实验室和现场研究。结果表明,便携式甲烷检测仪和在线式甲烷检测仪测定数据结果一致,不受氧气浓度变化的影响;随着氧气浓度的降低,光干涉甲烷检测仪显示的甲烷浓度值呈不断升高趋势。根据实验室数据,得到了光干涉甲烷检测仪在低氧时的校正公式,并对校正公式在现场进行了验证;分析了金达煤业煤层赋存和采动情况,得到回风隅角氧气浓度降低的原因,即10号煤层工作面回风隅角受本煤层及邻近层采空区回风、采空区遗煤自燃和注氮气防灭火措施的综合影响。据此,提出了加强回风隅角通风管理和光干涉甲烷检测仪读数校正等措施,降低氧气浓度对光干涉甲烷检测仪的测量影响,从而为解决此类问题、提高工作面瓦斯安全监测提供借鉴。

利用煤矿瓦斯通过旋转式蓄热氧化装置在煤炭生产过程中应用

煤泥是煤矿开采生产过程中排出的煤粉,其形成是在选煤厂洗选加工过程中的副产品,其特点容易结块影响运输,且对空气污染有一定的危害。利用旋转式蓄热氧化装置通过对煤矿瓦斯抽采泵站中的低浓度瓦斯的利用,与乏风或空气掺混后产生高温烟气,通过热风换热装置进行煤泥烘干,处理后的煤泥水分含量可以从25%~28%降到12%左右,对煤矿瓦斯利用和煤矿生产具有客观的积极意义,同时提高了能源的综合利用。

矿用高低浓甲烷传感器检定装置升级改造

近年来,高瓦斯矿井接替、高瓦斯煤层开采、大采高技术的应用以及安全装备的全面覆盖,原来安装运行的催化燃烧式低浓度甲烷传感器和便携式甲烷测定器已不能满足建设要求,需要轮换的高低浓甲烷传感器量大大增加。现有的DCKJ-1型高低浓甲烷传感器检定装置检定样品台数有限,改造后增加悬挂装置、稳压电源、分线板和接线电缆,可以成倍地增加仪器的检定数量。

利用旋转阀式蓄热氧化工艺实现减排温室气体技术探讨

煤矿瓦斯综合利用是煤矿甲烷减排的主要途径。由煤矿抽采泵站抽采出的瓦斯经过瓦斯掺混装置与空气(或乏风)进行均匀混配,混配后的浓度小于1.2%,经旋转阀式蓄热氧化装置进行无焰氧化,氧化后产生的热通过余热锅炉系统、发电系统,进行煤矿瓦斯综合利用。通过旋转阀式蓄热氧化工艺对煤矿瓦斯甲烷浓度不超过8%加以利用,助力煤矿实现温室气体减排。

高浓度煤层气发电低浓度适应性技术研究

煤层气内燃发电机组作为我国清洁能源体系的重要组成部分,为国家经济发展和人民生活提供了巨大的能源支持。然而,我国作为能源供应大国,在发展的过程中其能源消耗大和利用率低等问题也日益凸显,亟需采取措施来实现能源的高效利用。文章分析了高浓度煤层气内燃发电机组系统,并提出了针对性的提高煤层气利用率和增加发电量的对策,以促进高浓度煤层气内燃发电机组的可持续利用。

低浓度煤层气液化技术及其应用

针对大庆庆深煤层气气源条件,提出采用液化精馏的方法处理含有大量氮氧的低浓度煤层气,生产LNG。定义了适用于低浓度煤层气液化系统的煤层气气源中甲烷摩尔分数为30%～87%;该方法中的净化单元采用MEA溶液化学吸收酸性气体,液化单元采用具有高效率的混合工质制冷剂液化流程,低温部分采用精馏塔脱除氮氧组分提高LNG中甲烷含量;运用大型数值分析软件对液化系统进行了模拟计算与比较分析,分析了混合制冷剂中CH4、C2H6、C4H10及N2等组分对液化单元换热器内部最小温差的影响。分析结果显示:合理的制冷工质配比能够有效地降低换热温差,减少不可逆损失,提高换热效率。LNG中的含氧量随着精馏塔理论塔板数的增加而降低,但精馏塔的高度相应地增加。因此,应适当增加理论板数以有效地提高LNG中甲烷的浓度。计算结果将有助于低浓度煤层气液化装置的国产化应用与推广。

低浓度煤层气吸附浓缩技术研究与发展

我国是一个多煤少气贫油的国家,煤层气储量约30万亿立方米,由于缺乏先进实用的低浓度煤层气甲烷分离浓缩技术,当前抽采煤层气利用率仅为50%左右。因此,对低浓度煤层气甲烷富集浓缩过程开展研究,可在开发能源的同时减少温室气体的排放,具有重大的应用价值和战略意义。简要介绍了我国煤层气资源开发利用情况,综述了近年来低浓度煤层气吸附浓缩技术研究进展,包括新型吸附材料及先进吸附工艺。对于低浓度煤层气中CH_4/N_2分离,目前文献报道吸附材料的吸附容量及分离系数仍然处于较低水平;受吸附材料的分离性能较差影响,传统变压吸附工艺对低浓度煤层气中CH_4浓缩效果并不理想。最后指出,高吸附容量、高选择性吸附材料及多种方法结合的新型吸附工艺是未来低浓度煤层气吸附浓缩技术的发展方向。

超低浓度甲烷在Cu/γ-Al_2O_3催化颗粒流化床中的燃烧特性

采用流化床燃烧技术,使用自制Cu/γ-Al2O3颗粒作为催化剂床料,实验研究了超低浓度甲烷在流化床中催化燃烧时床层温度(450～700℃)、流化风速比ω(1.5～4)、进气甲烷体积分数(0.3%～2%)等对甲烷燃烧效率的影响。结果表明,床层温度是影响甲烷催化燃烧反应的关键因素,甲烷的转化率随着床层温度的升高而增加;床层温度达到650℃时,甲烷含量低于1%的超低浓度甲烷其转化率超过95%,继续提高床层温度至700℃且控制流化风速比ω≤2可以实现甲烷的完全转化;甲烷转化率随着流化风速和进气甲烷浓度的增加而降低,当ω>3.5时,温度对甲烷转化的影响减弱,未燃烧的甲烷含量增大。动力学实验发现,床层温度较低时,催化反应受动力学控制,测得催化反应的活化能Ea为1.26×105J/mol,反应级数m为0.73,当温度t>450℃时,扩散作用影响显著,反应级数增大。

硫中毒对Cu/γ-Al_2O_3催化含硫低浓度甲烷燃烧特性的影响

采用浸渍法制备了质量分数11.32%Cu/γ-Al2O3催化剂,采用固定床反应器,考察了SO2浓度（0-0.02%）对低浓度甲烷（体积分数,3%）催化燃烧特性的影响,通过反应前后催化剂的微观结构及化学成分检测,结合理论分析,探讨了催化反应的硫中毒原因。研究表明,SO2的通入导致了Cu/γ-Al2O3催化剂活性及稳定性的降低,在同一反应温度下,甲烷转化率随着SO2浓度的增加而下降。SEM、EDS、FT-IR、XRD表征结果表明,SO2会导致Cu/γ-Al2O3催化剂表面出现结块现象,催化剂表面有硫元素的累积,且以硫酸盐的形式存在,其主要成分为硫酸铜（CuSO4）。在富氧条件下,SO2分子及氧离子在Cu^2＋上吸附所形成的硫酸铜,附着在催化剂表面,形成一层坚硬的外壳,是产生硫中毒现象的根本原因。

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。

适合于低浓度煤层气的低温液化精馏浓缩的工艺流程模拟与分析

针对大陆矿煤层气气源条件,提出了一种低浓度煤层气低温液化精馏分离的工艺流程。该方法中的液化系统采用混合制冷剂液化工艺,低温部分采用低温精馏的方法从LNG中分离氮氧,运用大型化工流程软件对液化系统进行了模拟计算与比较分析,分析了煤层气中O2含量的变化及精馏塔的再沸比的变化对LNG的组分的影响,以及再沸比的变化对再沸器热负荷的影响。

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。