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低浓度煤层气蓄热氧化利用关键技术研究与应用

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煤炭科学技术 2023年第S01期51卷 173-180页

作者：张涛中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为了解决传统低浓度煤层气蓄热氧化利用技术能耗高、经济性差的难题,促进低浓度煤层气蓄热氧化利用技术推广应用,推动提升煤矿区低浓度煤层气的利用率,为煤矿区“零排放”提供有力技术支撑,通过模拟和试验的方法研究了低浓度煤层气蓄热... 详细信息

为了解决传统低浓度煤层气蓄热氧化利用技术能耗高、经济性差的难题,促进低浓度煤层气蓄热氧化利用技术推广应用,推动提升煤矿区低浓度煤层气的利用率,为煤矿区“零排放”提供有力技术支撑,通过模拟和试验的方法研究了低浓度煤层气蓄热氧化利用能耗高的原因、阻力的影响因素、稳定运行与热能利用的关系、完善系统安全监控的意义,形成了低浓度煤层气蓄热氧化降耗技术、热能调控技术、综合安全控制技术,并在低浓度煤层气蓄热氧化利用项目中进行了实践应用。结果表明:蓄热氧化装置阻力主要来自装置内的蓄热体,降低蓄热体高度可以减少装置运行阻力,提高蓄热氧化装置进气甲烷浓度可以降低蓄热体高度并减小系统规模,采用凹形结构蓄热体可以提升换热效率;以镍基合金钢为主材的高温阀门可以稳定控制蓄热氧化装置输出的高温烟气流量,多种热能利用方式协同作用时,调节高温烟气流量精准匹配可以稳定蓄热氧化装置炉温,提高热能利用效率;应用完善的综合安全控制系统、远程监控系统和辅助决策故障专家诊断系统,可提高蓄热氧化系统运行的可靠性。试点煤矿每个供暖季利用低浓度煤层气691.2万Nm^(3),相当于减排二氧化碳当量9.6万t,低浓度煤层气利用率由原来的0提升至26%,具有显著的环保效益。

关键词：低浓度煤层气蓄热氧化降低能耗热能调控安全控制

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低浓度煤层气吸附浓缩技术研究与发展

化工学报 2018年第11期69卷 4518-4529页

作者：杨颖曲冬蕾李平于建国华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237 化学工程联合国家重点实验室华东理工大学上海200237

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,... 详细信息

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。

关键词：低浓度煤层气吸附作用吸附剂甲烷浓缩分离

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低浓度煤层气吸附过程的模拟

煤炭学报 2012年第9期37卷 1483-1487页

作者：施海珊王煤马睿四川大学化学工程学院四川成都610065

采用Aspen Adsorption软件对CH4和N2分别为30%和70%低浓度煤层气的吸附过程进行模拟,得到吸附柱出口CH4和N2浓度随时间的变化关系和吸附柱轴向负载分布,考察压力、温度和传质系数对甲烷吸附过程和穿透曲线的影响。研究结果表明:对甲烷... 详细信息

采用Aspen Adsorption软件对CH4和N2分别为30%和70%低浓度煤层气的吸附过程进行模拟,得到吸附柱出口CH4和N2浓度随时间的变化关系和吸附柱轴向负载分布,考察压力、温度和传质系数对甲烷吸附过程和穿透曲线的影响。研究结果表明:对甲烷出口浓度的模拟值与实验值基本吻合,甲烷在吸附时间3 000 s时达到饱和,吸附量为6.75×10-4kmol/kg,约为氮气吸附量的2倍;甲烷穿透曲线随压力的增大后移,从100～500 kPa的穿透时间从392 s延至2 187 s。温度在273～323 K甲烷的穿透曲线基本不变;传质系数远小于1.000 s-1时对吸附性能影响较大,传质系数为0.001 s-1时的穿透时间约为0.010 s-1时的两倍,但其大于1.000 s-1后对穿透曲线几乎没有影响。

关键词：低浓度煤层气甲烷吸附 Aspen Adsorption软件穿透曲线

低浓度煤层气吸附干燥装置布气系统数值模拟研究

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矿业安全与环保 2021年第6期48卷 25-29页

作者：肖露瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院重庆400037

以吸附干燥装置气体均匀分布为出发点,基于流体力学相关理论建立数学模型,对低浓度煤层气吸附干燥装置布气系统进行数值模拟研究,提出了吸附塔内布气系统的优化方法。通过计算发现,对于实际应用中的圆柱干燥塔,由于进气管与塔体连接处... 详细信息

以吸附干燥装置气体均匀分布为出发点,基于流体力学相关理论建立数学模型,对低浓度煤层气吸附干燥装置布气系统进行数值模拟研究,提出了吸附塔内布气系统的优化方法。通过计算发现,对于实际应用中的圆柱干燥塔,由于进气管与塔体连接处结构设计欠佳,轴向气流分配不均非常严重,气流速度的绝对不均匀系数为1.028;在吸附塔内安装孔板型布气系统,挡板上小孔整体排列,孔径均为3.0 mm,气流速度的绝对不均匀系数由1.028下降到0.321,均匀性得到改善;将布气系统挡板中心的孔径减小到1.5 mm,将靠近壁面的孔径增大到4.5 mm,再将小孔按正三角形排列,气流速度的绝对不均匀系数进一步降为0.101,气流分布更加均匀。

关键词：低浓度煤层气吸附干燥布气系统绝对不均匀系数流体力学数值模拟

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三塔VSA富集低浓度煤层气实验研究

中国矿业大学学报 2016年第4期45卷 723-728页

作者：杨雄刘应书张二林李子宜北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学北京高校节能与环保工程研究中心北京100083

采用常压吸附真空解吸的方法对体积分数为12%的低浓度抽排瓦斯开展富集研究.理论分析了吸附塔升压方式和解吸步骤对分离效果的影响,并对原料气充压、排放气充压及抽排3个工艺流程开展了对比实验研究.结果表明:三塔VSA流程可有效地将低... 详细信息

采用常压吸附真空解吸的方法对体积分数为12%的低浓度抽排瓦斯开展富集研究.理论分析了吸附塔升压方式和解吸步骤对分离效果的影响,并对原料气充压、排放气充压及抽排3个工艺流程开展了对比实验研究.结果表明:三塔VSA流程可有效地将低浓度煤矿瓦斯富集,在吸附压力为110kPa、解吸压力为10kPa的情况下,可将12%的瓦斯气体富集到26.7%以上;排放气充压流程可以有效地延长气体的穿透时间,在排放气浓度相同的情况下可提高吸附剂的利用效率,提高产品气浓度;抽排工艺流程可以显著地提高产品气浓度,在实验条件不变的情况下抽排步骤由0s增大到6s时产品气体积分数提高了18.7%.

关键词： VSA 低浓度煤层气甲烷富集

FeTPPs-CuBTC协同强化低浓度煤层气吸附分离

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化工学报 2022年第9期73卷 3940-3949页

作者：席国君刘子涵雷广平中北大学能源动力工程学院山西太原030051

高效分离CH_(4)/N_(2)混合物是实现低浓度煤层气利用的关键之一。基于原位封装策略采用一锅法将FeTPPs成功封装至CuBTC的孔隙中,通过两者的协同作用达到强化CH_(4)/N_(2)混合气体吸附分离的目的。实验结果显示,FeTPPs的封装增强了吸附剂... 详细信息

高效分离CH_(4)/N_(2)混合物是实现低浓度煤层气利用的关键之一。基于原位封装策略采用一锅法将FeTPPs成功封装至CuBTC的孔隙中,通过两者的协同作用达到强化CH_(4)/N_(2)混合气体吸附分离的目的。实验结果显示,FeTPPs的封装增强了吸附剂与CH_(4)间的相互作用反而削弱了吸附剂与N_(2)间的相互作用,因此FeTPPs的封装有利于CH_(4)/N_(2)混合气体的吸附分离。基于理想吸附溶液理论(IAST)计算发现,在几乎不损失CH_(4)吸附量的情况下,常温常压下FeTPPs@CuBTC复合材料对CH_(4)/N_(2)混合气体的吸附选择性可达5.4,是CuBTC的1.28倍,也高于目前已报道的大部分zeotile和MOF材料。证实了FeTPPs封装策略在低浓度煤层气分离领域的应用潜力,也为新型吸附剂材料的开发提供了新的设计思路。

关键词：低浓度煤层气二元混合物吸附分离金属卟啉金属-有机骨架协同强化

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水合物法提纯低浓度煤层气的研究进展

化工进展 2021年第6期40卷 3143-3150页

作者：邵伟强梁海峰张锡彦张华太原理工大学化学化工学院山西太原030024

开发利用低浓度煤层气资源,对于缓解我国能源紧缺、消费结构不合理等问题具有重要意义。本文介绍了我国低浓度煤层气的利用现状,通过比较和分析几种煤层气提纯技术的优缺点,认为水合物法提纯技术具有很大潜力。水合物法提纯低浓度煤层... 详细信息

开发利用低浓度煤层气资源,对于缓解我国能源紧缺、消费结构不合理等问题具有重要意义。本文介绍了我国低浓度煤层气的利用现状,通过比较和分析几种煤层气提纯技术的优缺点,认为水合物法提纯技术具有很大潜力。水合物法提纯低浓度煤层气技术具有环保、安全、储气率高、原料简单等优点,同时仍需解决降低水合物生成条件、缩短水合物诱导时间、提高CH_4回收率等关键问题。重点概括了低浓度煤层气水合物热力学和动力学基本理论的发展以及水合法提纯低浓度煤层气技术的机理研究。从表面活性剂、新型耦合技术及水合反应器三个方面分别阐述了水合物法提纯低浓度煤层气技术的研究进展。最后,展望了水合物法提纯低浓度煤层气技术的工业化前景,提出了以下具体研究方向:探寻优质的添加剂组合并结合多级分离的方法对低浓度煤层气进行提纯,进一步探究水合法同其他煤层气提纯法相耦合的技术,优化反应器结构以及完善经济评价体系来促进其工业化进程。

关键词：低浓度煤层气水合物表面活性剂反应器

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惰性颗粒流化床中低浓度煤层气燃烧特性实验

工程热物理学报 2014年第6期35卷 1232-1235页

作者：唐强宋赟杨仲卿刘川川重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030

采用实验的方法,在鼓泡流化床燃烧装置中研究了低浓度煤层气在床内的流动和燃烧特性,考察了床层温度、气体浓度、流化风速及床料颗粒特性等操作条件变化对甲烷转化率和燃烧产物的影响。研究表明:床层温度升高,甲烷转化率显著增加;增加... 详细信息

采用实验的方法,在鼓泡流化床燃烧装置中研究了低浓度煤层气在床内的流动和燃烧特性,考察了床层温度、气体浓度、流化风速及床料颗粒特性等操作条件变化对甲烷转化率和燃烧产物的影响。研究表明:床层温度升高,甲烷转化率显著增加;增加流化风速及进气甲烷浓度,甲烷转化率减小;颗粒粒径增加,甲烷转化率增加;CO排放浓度随床层温度的升高先增加后降低,并在床层温度约850℃时达到其最大峰值,沿流化床轴向高度CO的排放浓度先增加后降低,呈钟型分布。

关键词：低浓度煤层气流化床惰性颗粒燃烧

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低浓度煤层气深冷液化工艺研究

煤炭科学技术 2016年第6期44卷 134-139,181页

作者：陈金华肖露令狐磊瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院重庆400037

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... 详细信息

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。

关键词：低浓度煤层气深冷液化原料气浓度 CH4回收率