煤层气脱氧制CNGLNG技术进展VIP免费

煤层气脱氧制CNG/LNG技术进展摘要：本文介绍了我国煤层气利用现状，并回顾了煤层气分离提浓技术开发情况。在比较多种煤层气分离技术的基础上，充分论证了先脱氧后分离的必要性。本文介绍了西南化工研究设计院开发的三种煤层气脱氧工艺，提出了以耐硫催化脱氧技术为核心的“煤层气脱氧制CNG/LNG”技术方案。关键词：煤层气，脱氧，提浓，CNG，LNG1前言煤层气是煤层中吸附的伴生气，其主要成分是甲烷，属于非常规天然气。全世界煤层气储量巨大，根据国际能源署（IEA）的统计资料结果[1]，全球煤层气资源量可达270万亿m3，90%分布在12个主要产煤国，其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过10万亿m3。中国煤层气资源丰富，是第三大煤层气储量国。据2005年煤层气资源评价结果，全国埋深2000米以浅的煤层气总资源量为36.81万亿Nm3[2]，与陆上常规天然气相当。煤层气是一种优质资源与能源，可作为城市民用燃料、车用燃气、发电燃料、工业燃料和化工原料。只要技术手段到位，不同甲烷浓度的煤层气都可得到有效利用。煤层气资源的利用领域见图1。图1煤层气的利用领域预计到2020年，我国大中型城市燃气使用率可达85～90％，小城镇可达工业、民用燃料煤层气CH4、N2、O2制合成气合成氨制氢加氢产品氢能源（燃料电池）发电提浓甲烷CNG、LNG、管输化工原料，如甲醇、DME等甲醇45％，天然气在我国一次能源消费中所占比例将由目前的2.7％增长到10％以上，年消费量达到1800～2100亿Nm3。我国天然气产量远不能满足国内需求，供需缺口很大。据海关总署公布数据显示，我国2010年液化天然气（LNG）进口量达936万吨估计（约合130亿Nm3），2011年的LNG进口量有望增加到1200万吨。作为天然气的重要补充，煤层气开发利用前景十分广阔。目前我国抽排的煤层气主要是采煤过程中由动采区和采空区产生的混合煤层气，其中掺进了大量空气，甲烷浓度变化范围较大，集中在30～80%之间，俗称为“煤矿瓦斯”。我国每年因采煤向大气中排放的煤层气折合纯甲烷达到200亿Nm3以上，而目前的利用率不足10%，造成了极大的资源浪费。其次，甲烷温室效应是二氧化碳的21～24倍，它对大气臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。我国煤矿排放的甲烷占全球采煤排放甲烷总量的35%以上，这使我国面临着巨大的温室气体减排压力。常温常压下，甲烷在空气中的爆炸极限在5~15%之间，随着温度和压力的升高，爆炸极限将迅速扩大。煤层气因混有空气，在管输或者分离浓缩过程中具有一定的危险性，大大制约其回收利用。目前国内煤层气仅有少量用于发电，或就近作为民用燃料。要实现煤层气安全、有效的回收与利用，首要解决的技术瓶颈是煤层气脱氧。将中等甲烷浓度的含氧煤层气，先进行脱氧净化处理，再经变压吸附或深冷法提纯，可制得CNG或LNG。相对于煤层气发电，这条工艺路线具有更高的附加值，也是目前最具市场前景的煤层气高效利用方式。2煤层气分离技术研究进展国外煤矿开采多采用先采气后采煤的方式，通过地面钻井预抽煤层气，得到的煤层气甲烷含量高，一般可直接输入天然气管道。因此，国外对含氧煤层气的分离研究集中在低氧含量（＜2%）煤层气，分离方法包括溶剂吸收、低温分离、PSA分离、膜分离等技术。高氧含量煤层气分离的相关研究较少，目前还没有工业化的报道。中国是目前对含氧煤层气分离研究最深入的国家，按技术路线划分，可分为两类：含氧煤层气直接分离和先脱氧后分离。2.1直接分离目前，含氧煤层气直接分离技术包括变压吸附技术、膜分离技术和含氧煤层气直接液化技术。2.1.1变压吸附技术变压吸附（PSA）技术是近几十年来发展起来的一种有效的气体分离提纯方法，利用不同气体组分在吸附剂上吸附性能不同达到分离的效果。矿井抽放煤层气各组分在吸附剂上的吸附活性排序为H2