煤層氣脫氧制cnglng技術進展- 天然氣凈化液化儲運和利用技術與裝備交流會

1、煤層氣脫氧制CNGLNG技術進展曾健，鄭珩，陳耀壯，馬磊（工業(yè)排放氣綜合利用國家重點實驗室，西南化工研究設計院，四川成都610225）摘要：本文介紹了我國煤層氣利用現(xiàn)狀，并回顧了煤層氣分離提濃技術開發(fā)情況。在比較多種煤層氣分離技術的基礎上，充分論證了先脫氧后分離的必要性。本文介紹了西南化工研究設計院開發(fā)的三種煤層氣脫氧工藝，提出了以耐硫催化脫氧技術為核心的“煤層氣脫氧制CNGLNG”技術方案。關鍵詞：煤層氣，脫氧，提濃，CNG，LNG1

2、前言前言煤層氣是煤層中吸附的伴生氣，其主要成分是甲烷，屬于非常規(guī)天然氣。全世界煤層氣儲量巨大，根據(jù)國際能源署（IEA）的統(tǒng)計資料結果[1]，全球煤層氣資源量可達270萬億m3，90%分布在12個主要產(chǎn)煤國，其中俄羅斯、加拿大、中國、美國和澳大利亞的煤層氣資源量均超過10萬億m3。中國煤層氣資源豐富，是第三大煤層氣儲量國。據(jù)2005年煤層氣資源評價結果，全國埋深2000米以淺的煤層氣總資源量為36.81萬億Nm3[2]，與陸上常規(guī)天然氣相

3、當。煤層氣是一種優(yōu)質資源與能源，可作為城市民用燃料、車用燃氣、發(fā)電燃料、工業(yè)燃料和化工原料。只要技術手段到位，不同甲烷濃度的煤層氣都可得到有效利用。煤層氣資源的利用領域見圖1。2煤層氣分離技氣分離技術研究研究進展國外煤礦開采多采用先采氣后采煤的方式，通過地面鉆井預抽煤層氣，得到的煤層氣甲烷含量高，一般可直接輸入天然氣管道。因此，國外對含氧煤層氣的分離研究集中在低氧含量（＜2%）煤層氣，分離方法包括溶劑吸收、低溫分離、PSA分離、膜分離等

4、技術。高氧含量煤層氣分離的相關研究較少，目前還沒有工業(yè)化的報道。中國是目前對含氧煤層氣分離研究最深入的國家，按技術路線劃分，可分為兩類：含氧煤層氣直接分離和先脫氧后分離。2.1直接分離目前，含氧煤層氣直接分離技術包括變壓吸附技術、膜分離技術和含氧煤層氣直接液化技術。2.1.1變壓吸附技術變壓吸附（PSA）技術是近幾十年來發(fā)展起來的一種有效的氣體分離提純方法，利用不同氣體組分在吸附劑上吸附性能不同達到分離的效果。礦井抽放煤層氣各組分在吸附

5、劑上的吸附活性排序為H2N2CH4、COCO2H2O、有機物等。由于CH4和N2的吸附性非常接近，從礦井抽放煤層氣中分離提純CH4難度特別大[3]。1983年，西南化工研究院在河南焦作礦務局建立了一套采用變壓吸附法分離煤礦瓦斯中甲烷的示范裝置，該技術以活性炭為吸附劑，采用常規(guī)的Skarstrom循環(huán)步驟，能夠將瓦斯中甲烷的濃度從30.4%提高到63.9%；增加置換步驟，可使瓦斯中甲烷的濃度提高到93.0%以上[4]。但含氧煤層氣分離存在

6、較大安全隱患，限制了該技術的進一步開發(fā)。2.1.2膜分離技術薄膜分離法具有不發(fā)生相態(tài)變化、設備簡單、占地面積小等優(yōu)點。但氣體各組分對薄膜的滲透能力不同，其滲透量與各組分的滲透系數(shù)、滲透膜的面積以及膜兩側的氣體組分的分壓差有關，在分離中會造成產(chǎn)品氣的損失。而且甲烷爆炸極限隨著壓力增高急劇擴大，進一步凸顯該技術的安全問題。2.1.3含氧煤層氣直接液化技術中國科學院理化技術研究所與北京贊成國際投資公司和陽煤集團合作，開展了含氧煤層氣低溫液化分