真空变压吸附提浓煤矿乏风瓦斯的排放气充压过程

针对传统的变压吸附循环不能很好地适应乏风瓦斯提浓的问题,建立了以活性炭为吸附剂的三塔真空变压吸附实验装置,提出了一种适合煤矿乏风瓦斯提浓的三塔排放气充压流程,以此提高煤矿乏风瓦斯的提浓效果,并对该流程进行了实验研究。结果表明：在变压吸附回收重组分甲烷的过程中,采用排放气从吸附塔上端充压可以有效降低排放气中甲烷的体积分数。在排放气甲烷体积分数相同的情况下,采用排放气充压可以延长穿透时间,提高产品气中甲烷的体积分数。随着排放气充压比的增大,产品气中甲烷的体积分数先上升,后趋于平稳;排放气中甲烷的体积分数则先下降,后趋于平稳。     

碳分子筛对CH4/N2混合气的变压吸附分离试验

为了评价碳分子筛的吸附分离性能,在四塔变压吸附装置上进行了CH4/N2混合气浓缩分离试验,研究了BM1404碳分子筛对不同浓度的CH4/N2混合气的提浓效果,以及不同吸附时间、成品气排气流量对CH4浓度、回收率和原料气处理量的影响。结果表明:吸附时间为150 s,成品气排气流量为4.20 m L/min时,分离效果最佳,可以将煤层气中的CH4含量从35%提浓到68.10%,回收率达到67.30%;BM1404碳分子筛是一种适于CH4/N2混合气变压吸附分离的吸附剂,可以将体积分数18%甲烷直接提浓到45.25%,将体积分数35%甲烷平均提浓到68.10%,将体积分数71%甲烷平均提浓到86.80%,对低中高浓度煤层气均有较佳的浓缩分离效果。     

煤矿乏风瓦斯变压吸附技术操作条件优化试验研究

为实现煤矿乏风瓦斯资源化利用,采用变压吸附技术,对变压吸附系统的可变试验参数进行了单因素试验及正交试验,分析了解吸压力、原料气浓度和吸附塔高径比等对甲烷富集效果的影响。试验结果表明:解吸压力越低,解吸气甲烷体积分数越高;原料气浓度越高,提升比率越小;不同因素对试验结果的影响,按重要程度由大到小依次为解吸压力、原料气甲烷体积分数、吸附塔高径比;最佳操作条件为:解吸压力取最小值 0 kPa,原料气甲烷体积分数取0.1%,吸附塔高径比取10.33,提升比率的最大值为1.68。     

变压吸附法富集低体积分数含氧煤层气的研究

为了解决低体积分数含氧煤层气无法富集利用的问题,研究了甲烷体积分数为20%的煤矿抽排瓦斯的变压吸附富集过程。为了保证富集过程的安全,吸附过程中使用混合吸附剂,同时吸附甲烷和氧气,使得排放气和解吸气中甲烷和氧气体积分数都处在安全范围内。实验研究了吸附塔高径比、吸附时间、吸附剂比例、节流孔直径、反吹时间等对分离效果的影响。结果表明：在碳分子筛和活性炭作为混合吸附剂的体系中,其质量之比为3.4时可以将甲烷体积分数安全地提浓到30%以上,此时排放气中甲烷体积分数低于3%,氧气体积分数低于10%。     

原料气浓度对低浓度含氧煤层气吸附分离效果的影响

利用变压吸附的方法对低浓度含氧煤层气的分离效果进行了实验,研究了原料气浓度不同时的均压时间对吸附分离效果的影响,结果表明,存在一个最佳均压时间使得解吸气中甲烷浓度达到最大值,原料气甲烷浓度不同,其最佳均压时间不一样。同时还研究了原料气甲烷浓度变化对吸附分离效果的影响:在循环时序不变的情况下,原料气甲烷浓度的变化对解吸气中甲烷影响比较大,当甲烷体积分数从16.1%增加到20.0%时,解吸气中甲烷体积分数从20.9%增大到30.4%;原料气甲烷浓度变化对氧气影响比较小;原料气甲烷体积分数从16.1%增加到20.0%不会导致变压吸附过程中混合气进入到爆炸界限。     

变压吸附法提纯驱替煤层气中甲烷的实验研究

通过采用二氧化碳驱替煤层气的甲烷可为二氧化碳的封存提供经济价值,但二氧化碳的混入易降低煤层气的利用价值,因而需通过气体分离的方法对甲烷进行提纯后再进入管网并输送至下游用户使用。为了进一步实现CO₂的捕集与煤层气的提纯利用,使用自制吸附剂进行CH₄/CO₂变压吸附分离中试实验研究,即利用变压吸附中试实验装置以探索不同工艺参数对产品气体积分数和吸附剂处理量的影响,并通过连续性变压吸附实验,形成完整的CO₂/CH₄分离提纯工艺。实验结果表明,通过两级变压吸附工艺提纯后,CH₄体积分数可由原料气中的80%提升至99.21%,回收率达94.93%,CO₂体积分数由20%降低至1%以下。使用变压吸附法能够提纯CO₂驱替煤层气中的甲烷,从而降低CO₂驱替煤层气工艺对煤层气浓度的影响。通过两级变压吸附提浓甲烷实验,已形成产出气压缩、脱水除油除尘净化、两级变压吸附CO₂/CH_4...     

真空变压吸附提浓煤矿乏风瓦斯的抽真空排放过程

研究了活性炭的平衡吸附性能,计算出该种活性炭对甲烷和氮气的混合气体的分离因子为5.20,并采用以该种活性炭为吸附剂的三塔真空变压吸附装置,研究了循环流程中的抽排步骤对吸附分离效果的影响,并分析了影响抽排过程的因素。结果表明：引入抽排步骤可以在不改变吸附与解吸压力的情况下有效提高产品气中甲烷浓度。而甲烷浓度会随抽排比的增加而增加,但存在一个极限值,达到极限值之后趋于稳定。与此同时,回收率随抽排比的增加而不断下降。并且均压过程与吸附压力会影响抽排过程。与抽排气排空流程相比,采用抽排气回流流程可以有效地提高产品气甲烷回收率,但并不一定提高产品气甲烷浓度,存在一个临界抽排比,小于此值时,采用抽排气回流流程反而会降低产品气甲烷浓度。在吸附与解吸压力分别为140 kPa与14 kPa时,采用该流程可将0.2%的原料气提升至0.680%。     

煤层气中甲烷/氮气分离用椰壳活性炭的制备

为解决变压吸附法提纯煤层气中甲烷遇到的吸附剂难题,以我国海南产椰壳炭化料为原料,采用二次炭化-水蒸气物理活化工艺制备生物质基活性炭,采用高压电子天平测量了298 K、0～1. 0 MPa下CH_4/N_2在制备得椰壳活性炭上的吸附等温线,利用比表面积和孔径吸附仪测量了活性炭的孔径结构,详细研究了活化工艺参数对CH_4/N_2吸附分离性能及孔隙结构的影响。通过变压吸附装置检验了最佳工艺参数条件下制备椰壳活性炭的CH_4提浓效果。研究结果表明,随着活化温度的提高,平衡分离系数逐步减小,吸附容量逐步增加,最佳活化温度为850℃;平衡分离系数和饱和吸附容量均随水蒸气流量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳水蒸气流量为2.0 kg/h;平衡分离系数随活化时间延长先增加后减小,甲烷饱和吸附容量逐渐递增,最佳活化时间为40 min。升高活化温度对孔结构的发育影响显著,比表面积、微孔孔容和总孔容均呈递增趋势,表明升高温度有利于微孔的发育,可制备出微孔发达的活性炭。变压吸附评价结果表明在水蒸汽活化工艺最优条件下制备得椰壳活性炭可将20%CH_4-80%N_2模拟煤层气中的CH_4体积分数提高到48. 3%,提浓幅度大于25%,回收率为80.58%,产能达到108.82 m~3/(t·h);同时,该吸附剂对中高浓度煤层气也具有较好的分离效果,体现出较好的分离性能。     

煤层气梯级利用技术探讨

介绍了国内外煤层气开发与利用现状。针对不同浓度的煤层气,分析了其适宜的加工利用技术方式,以提高煤层气利用率及获得最大的经济效益。根据目前技术水平,阐明了煤层气梯级加工利用技术方式:甲烷体积分数在90%以上的煤层气适宜直接净化加压制成管道输送天然气或提纯制取CNG/LNG;甲烷体积分数为30%~90%的煤层气宜采用提纯技术(直接深冷液化或变压吸附)生产CNG/LNG;甲烷体积分数为8%~30%的煤层气宜采用低浓度瓦斯发电技术进行利用;甲烷体积分数为1%~8%的煤层气可经掺混后进行蓄热氧化利用。     

变压吸附法分离富集乏风瓦斯的实验研究

利用变压吸附分离技术,富集分离煤矿采煤矿井的巷道内部乏风瓦斯,目的在于保证煤炭生产安全,同时实现低浓度甲烷资源再利用。实验采用自行设计的双塔式变压吸附设备和改性活性炭吸附剂,整个流程由常压吸附联合真空解吸2个部分构成。实验比较了2种不同的活性炭吸附剂对瓦斯的吸附性能,通过调整切换时间、改变反吹流量等参数考察了吸附分离前后甲烷浓度的变化规律,进一步优化了工况参数。结果表明,变压吸附法能够有效实现乏风瓦斯的分离与富集。     

基于活性炭从煤层气中分离甲烷

为探索不同工艺条件下活性炭204-Ⅱ用于从煤层气中分离CH4的效果,在温度253.2~313.2 K、压力0~0.8 MPa,采用容积法测试CH4,N2纯组分在活性炭204-Ⅱ上的吸附平衡,并在293.2 K、0.1~0.5 MPa进行CH4,N2纯组分及其混合体系在活性炭204-Ⅱ固定床上的动态穿透曲线两塔变压吸附分离试验。采用Langmuir-Freundlich模型描述纯CH4,N2在活性炭204-Ⅱ上的吸附等温线,分析不同温度和压力条件下CH4对N2的吸附选择性,明确降低压力和升高温度可以提高CH4和N2的吸附平衡差异。通过动态微分模型对CH4,N2纯组分的固定床穿透曲线进行理论模拟并计算得到传质系数,结果表明,二者传质系数基本相等,确定了CH4和N2在活性炭上的分离是基于吸附平衡差异的机理。低浓度的煤层气通过一步变压吸附过程的分离效果有限,CH4含量为20.13%和47.46%的煤层气可分别提纯至39.83%和71.38%,不同操作压力下的提纯效果接近(0.1~0.5 MPa)。     

四台矿均压硐室的优化与研究

四台矿属于近距离容易自燃煤层开采,综采工作面采用均压通风系统。在进风顺槽中布置的本巷均压硐室,风机吸风口距离均压风门近,吸风风流经过带式输送机,往往会造成均压风门漏风严重,均压硐室周围温度较高、煤尘较大。据此四台矿优化均压硐室布置方式,采用独立均压硐室代替先前的本巷均压硐室。对优化前后的数据进行研究分析,得出独立均压硐室的应用在减少风门漏风量,降低温度,抑制煤尘方面均有很大改善,实践证明了采用独立均压硐室的可行性及优点。     

Experimental study of enhancing coalbed methane recovery by carbon dioxide injection driving methane

In order to enhance coalbed methane recovery, taking a self-developed largecale simulation system for the platform, a modeling experiment of driving CH₄ by CO₂ gas injection was studied. The results of experiment indicates that there is a significant lag effect of adsorption and desorption on gas, the gas pressure is changed more rapidly in the process of carbon dioxide adsorption of coal than methane adsorption of coal; After the injection of carbon dioxide, compare with methane single desorption. In an early stage, speed and amount of methane single desorption are greater than the speed and amount of displacement desorption, the speed and amount of displacement desorption became greater. In the process of replacement, CH₄ concentration constantly declined, while CO₂ concentration constantly rose. In the process of CO₂ gas injection, the temperature of coal have been significantly increased, it is more beneficial to make CH₄ gas molecules become free from the adsorbed state when temperature is increased. Under the pressure step-down at the same rate, using the method of CO₂ driving CH₄, compared with the method of conventional pressure step-down, the desorption rate of CH₄ in coal can be raised about 2.13 times, at the same time, a lot of greenhouse gas CO₂ will also be buried in the ground, there is a very significant environmental benefit.     

吸附气体对突出煤渗流特性的影响

煤层中瓦斯渗流特性不仅受地应力、煤孔隙结构等因素的影响,还因气体吸附而发生变化。以重庆市万盛区某煤矿突出煤层原煤为实验对象,在有效轴向应力和有效围压为1 MPa条件下,利用自制的三轴渗流试验机研究突出煤吸附二氧化碳、甲烷气体对渗流特性的影响。结果表明:1突出原煤吸附-渗流过程具有明显的阶段特征,煤体变形经历了初始快速变形阶段、缓慢变形发展阶段、变形稳定阶段、收缩变形阶段和渗流稳定阶段;2气体压力越大,煤体膨胀变形越大,相同气体压力下,煤体吸附二氧化碳变形增量大于吸附甲烷变形增量;3随着气体压力的增大,气体渗流速度逐渐增大,呈显著的指数函数关系,突出煤渗透率先减小后增大,具有明显的阶段性。     

低压变压吸附法分离净化低浓度瓦斯的试验研究

本文探讨了用变压吸附法对低浓度瓦斯气体进行分离净化的相关研究。在双塔变压吸附装置上，研究切换时间、反吹阻力对分离效果的影响。实验研究表明用变压吸附法能实现低浓度瓦斯的分离与净化，运用反吹流程可以在增加产品气量的同时保证分离效果。     

SDS-植物油-活性炭复配体系对甲烷的吸收作用

为寻找新的水基甲烷吸收剂,设计了由阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）与植物油蓖麻油、橄榄油、棉籽油及薄荷油按一定比例进行复配,并添加适量的活性炭、十甲基环五硅氧烷来改善甲烷的吸收效果。研究过程中采用气相色谱顶空萃取法测试吸收甲烷的体积分数,筛选出SDS与蓖麻油复配体系。利用激光粒度仪对溶液中的胶束粒径大小进行分析,研究了复配体系状态与甲烷吸收率的关系。结果表明：复配体系可以增大活性炭的悬浮量,十甲基环五硅氧烷可以增溶进胶束内部,最佳复配方案为SDS与蓖麻油的质量比为19∶1时,加入0.017 g活性炭和2 g十甲基环五硅氧烷,对甲烷的吸收率可达11.92%。     

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。