該成果來源于“十三五”國家重大專項課題,開發(fā)以低壓、短流程提質(zhì)為技術核心的低濃度煤層氣提質(zhì)關鍵技術與裝備,以及提質(zhì)與制LNG、CNG、民用燃氣和工業(yè)燃氣分級利用的集成工藝,形成適應性更強、經(jīng)濟性更好、產(chǎn)品利用途徑更廣的低濃度煤層氣短流程提質(zhì)利用工業(yè)化成套技術,為煤礦區(qū)提供低濃度煤層氣提質(zhì)利用的成套技術和裝備,擴大低濃度煤層氣利用途徑和經(jīng)濟利用半徑,從而解決煤礦區(qū)低濃度煤層氣利用率低的問題。研究吸附壓力小于0.3MPa的低壓、短流程變壓吸附工藝,研究吸附劑在0.3MPa以下低壓工況條件下吸附解吸特性,氣體流速、氣體濃度等因素對吸附穿透曲線的影響。研究吸附時間、提濃比例等因素對吸附效率的影響,形成各因素對吸附分離效率影響的量化關系方程,確定短流程吸附分離的最佳工藝參數(shù)和工藝流程。研究吸附劑原料配方的優(yōu)化,改進吸附劑制備過程中添加劑的種類和用量,研究吸附劑磨粉、捏合、炭化、活化調(diào)控過程的工藝參數(shù)改進,開發(fā)適合低壓短流程提質(zhì)的碳分子篩吸附劑。研究低濃度煤層氣低壓短流程提質(zhì)工藝中吸附塔塔內(nèi)壓力、溫度、濃度梯度、氣流分布等參數(shù),優(yōu)化吸附塔高徑比、進出氣口位置、支撐塔板結(jié)構(gòu)等,研究氣缸壓緊裝置、防爆控制箱等吸附塔配套裝置。通過FLUENT軟件流場模擬提質(zhì)工況條件,研究不同氣體分布方式、空塔氣速等對吸附床層阻力降及吸附塔內(nèi)無效空間的影響,確定最優(yōu)的空塔氣速和最佳分子篩填充量。研究低濃度煤層氣短流程提質(zhì)工藝流程、設備特性、控制參數(shù)、程控閥動作響應等參數(shù)間的相互聯(lián)系,開發(fā)變壓吸附塔在線故障自動診斷技術及自動切塔的運行程序。
該成果研制的撬裝式低濃度煤層氣短流程提質(zhì)利用裝置,允許的原料煤層氣濃度為15%以上,真正實現(xiàn)低濃度煤層氣的提質(zhì)利用。解決我國煤層氣分布“偏、散、小”導致的難以利用的問題。撬裝式裝備具有設計緊湊、移動方便等特點,非常適合于煤層氣氣源不穩(wěn)定、偏散小的特點,它可根據(jù)氣源條件的變化,進行靈活地移動搬遷,提高裝置利用率。
該成果已在甘肅省蘭州市窯街煤電集團海石灣煤礦推廣應用,可將甲烷濃度為18%左右,二氧化碳濃度為30%以上的煤層氣經(jīng)過一次提質(zhì)后制成甲烷濃度30%以上,二氧化碳濃度1%以下的提質(zhì)產(chǎn)品氣。裝置應用后,有效較低了分散氣源低濃度煤層氣利用工藝的成本,為低濃度煤層氣利用提供了技術支持。
圖1 撬裝裝置實物圖