煤矿乏风和煤层气甲烷富集工艺

2015-12-30 16:22  

煤矿乏风含低浓度甲烷（<0.75 vol.%）。直接排放乏风不仅浪费能源，而且污染环境。将乏风中甲烷富集到1%以上，则可利用稀燃气体涡轮机技术在减排同时发电。利用活性炭选择性吸附空气中甲烷的特点，以活性炭为吸附剂，通过变压吸附（PSA），可实现乏风中甲烷的富集。

本课题组以自制椰壳基成型活性炭为吸附剂，采用两塔真空脱附变压吸附（VPSA）工艺，在吸附压力0.1MPa，原料气处理量264L/(kg.h)条件下，将模拟乏风中甲烷由0.5%富集到1.5%，甲烷回收率96%。

煤层气有自地上抽采（CH₄>95%）和地下抽采（CH₄<90%）两种方式，后者（尤其含CH₄<30%的低浓度煤层气）通常含大量氧气，需脱氧富集后利用。

PSA法是含氧煤层气脱氧富集的有效途径。相对于活性炭，炭分子筛优先吸附空气-甲烷体系中的氧气，因此，基于炭分子筛吸附剂的PSA过程有利于安全实现煤层气的脱氧富集。

本课题组开发了一种适用于含氧煤层气安全脱氧的三塔VPSA工艺。利用两种炭分子筛分层填充技术，引入氮气置换，可将原料气（10-15%O₂/30-40%CH₄/N₂平衡气）中氧浓度降至低于0.5%，甲烷浓度高于50%，甲烷回收率超过95%。脱氧煤层气可进一步经VPSA富集到含甲烷95%以上。

图1 三塔VPSA装置流程图                 图2 三塔VPSA装置整体实物图

科研项目：

1.企业委托项目：变压吸附浓缩低浓度煤层气及吸附剂制备的实验研究，2012-2013。

学术论文：

1. Shaobo Ouyang, Shaoping Xu, Ning Song, Shilu Jiao. Coconut shell-based carbon adsorbents for ventilation air methane enrichment. Fuel, 2013, 113: 420-425.

2. Shaobo Ouyang, Shaoping Xu. Activated Carbons for Ventilation Air Methane Enrichment by Vacuum Pressure Swing Adsorption. Advanced Materials Research,  2013,773: 907-911.

3. 欧阳少波, 徐绍平, 张俊杰, 丛媛. N₂/CH₄在吸附剂上动态吸附特性的研究. 化工进展，2014,33（10）：2546-2551.