驱替煤层气CO2分离研究

作     者：李雪飞 车永芳 郭昊乾 李小亮 LI Xuefei;CHE Yongfang;GUO Haoqian;LI Xiaoliang

作者机构：煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 煤基节能环保炭材料北京市重点实验室北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 

出 版 物：《洁净煤技术》 (Clean Coal Technology)

年 卷 期：2020年第26卷第6期

页      面：151-158页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080702[工学-热能工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2018YFB0605604) 国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045-005) 天地科技创新创业专项资金资助项目(2018-TDMS006) 

主　　题：煤层气 驱替 变压吸附 分离 提纯 

摘      要：CO2驱煤层气技术是CO2利用的重要途径之一。CO2驱煤层气既实现了CO2的地下封存利用,又提高煤层气采收率。受煤层地质条件复杂性影响,CO2注入后不能完全封存在煤层中,随着煤层气排采会逐渐渗出,使得驱替煤层气中含有CO2,需经分离脱除后才能输送至管网。针对驱替煤层气产量、组成及压力条件,测定了CO2和CH4在碳分子筛上的吸附特性曲线,计算了CO2/CH4平衡分离系数。利用变压吸附评价装置进行了CO2/CH4分离提纯工艺评价试验,计算了吸附剂处理量和CH4回收率。结果表明,CO2和CH4在碳分子上的吸附符合I型吸附等温线,CO2吸附量为1.27 mol/kg,CH4吸附量为0.48 mol/kg,CO2/CH4平衡分离系数为3.38,碳分子筛吸附剂分离比大,主要基于动力学速率进行分离,CO2作为吸附相获得,CH4则作为非吸附相获得。CO2/CH4在吸附压力600 kPa,吸附时间120 s条件下,经变压吸附分离后产品气中CO2浓度在1%以下;CO2/CH4分离尾气在吸附压力500 kPa,吸附时间120 s条件下,经变压吸附提纯后,产品气中CO2浓度在5%以下。可将CO2/CH4分离产品气和分离尾气再提纯产品气混合得到最终产品气。CO2/CH4经变压吸附分离提纯后产品气中CO2浓度在1%以下。以单井产量1200 Nm^3/d为例,单位吸附剂处理能力在100 Nm^3/h左右,CH4回收率达到92.375%。驱替煤层气经净化后可通过变压吸附分离提纯脱除CO2后输送至管网。