[發明專利]利用水合物法回收低濃度煤層氣中甲烷的方法及裝置

無效

• 申請號: 201210004305.0
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN103160351A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 孫兆虎;程逵煒;吳劍峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明屬于能源與化工領域中的回收煤層氣中甲烷的方法及裝置，特別涉及針對原料氣中雜質含量較高的中低濃度煤層氣田的利用生成水合物回收甲烷的方法及裝置。

背景技術

煤層氣也叫“瓦斯”，是以吸附在煤基質顆粒表面為主，部分游離于煤孔隙中的甲烷氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規天然氣。煤層氣主要成分為甲烷，其熱值與天然氣相當，與空氣混合后遇明火可產生爆炸，這是煤礦瓦斯事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中時，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態環境破壞嚴重。

我國煤層氣資源量豐富，全國煤層埋深2000米以淺煤層氣總資源量約36.81萬億m³，與常規天然氣資源量相當。我國煤層氣資源利用率很低，大多直接排放，2007年排放量為180億m³，約為當年開采量的4倍，造成極大資源浪費的同時也污染了大氣環境。目前針對高濃度煤層氣(甲烷含量高于50v％)的開發，主要有管道運輸，壓縮天然氣，液化天然氣等方式。而對于中等以下濃度煤層氣，開發成本增高而且收益減少，尤其在煤層氣中氮氣含量較高的情況，傳統的液化分離方法需要的投資及能耗都很高，同時由于氣源分散等原因，低濃度煤層氣幾乎全部采取直接排放的方式而沒有得到有效開發。

有效開發利用煤層氣可防止煤礦瓦斯事故的發生，改善煤礦安全生產。變害為寶，改善能源結構，增加潔凈能源。避免因采煤造成煤層氣這種不可再生資源的浪費，減少溫室氣體的排放，改善大氣環境。

水合物是水和小分子氣體在一定溫度、壓力條件下形成的一種固態的晶體物質。由于不同氣體形成水合物的所需條件即難易程度不一樣，因此可通過生成水合物的方法使易生成水合物的組分發生水合反應儲存在固相中，以此達到與氣相中難水合組分的分離目的。

煤層氣中的甲烷在一定的溫度和壓力下，可以生成甲烷水合物。通常當水合物沉積在管道或設備中時，會引起堵塞或阻力增加等問題，脫水、升溫及降壓都是預防天然氣運輸管道形成水合物的方法。但水合物的這種特性又有其可被利用的一面，煤層氣水合物的體積只是標準狀態下煤層氣體積的1/170～1/150，一般的水合物按質量比含有15％的煤層氣和85％的水。所以可以利用這種性質分離并儲存低濃度煤層氣中的甲烷，為低濃度煤層氣的開發提供一個有效的方法。

發明內容

本發明針對目前低濃度煤層氣缺乏經濟有效開發手段的情況，提出一種利用水合物法分離低濃度煤層氣中甲烷的方法及裝置，可實現穩定，連續地分離回收低濃度煤層氣中的甲烷。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的利用水合物回收低濃度煤層氣中甲烷的方法，其步驟如下：

1)注水過程：將來自冰水槽中的冰水混合物在常壓下注入反應器，所述反應器為至少二個并聯的反應器；

2)水合反應過程：當各反應器中的冰水混合物達到反應器體積的50％～80％時，停止注水；

將經過脫酸處理后6MPa～10MPa的低濃度煤層原料氣送入盛有冰水混合物的各反應器；在各反應器中低濃度煤層原料氣與冰水混合物進行水合反應，水合反應過程中各反應器保持3MPa～6MPa的反應壓力及1℃～4℃的反應溫度，低濃度煤層原料氣中的甲烷與冰水混合物中的水進行水合反應生成水合物漿體，低濃度煤層原料氣中其余難溶于水的氣體從各反應器頂部排出；

3)排出過程：當反應器頂部排出氣中的甲烷含量為所述脫酸處理后的低濃度煤層原料氣中甲烷含量10v％，表明該反應器內部水合反應已完成，此時向該反應器停止供低濃度煤層原料氣，將該反應器內生成的水合物漿體排至分離器中；

4)分離過程：在分離器中將水合物漿體進行過濾分離，其中濾液返回冰水槽，氣體部分從分離器頂部排出，固體部分為成型的天然氣水合物產品，送往低溫儲存容器進行低溫儲存；

待各反應器內壓力回復至常壓后，再次進行步驟1)、步驟2)及步驟3)過程。

所述脫酸處理后的低濃度煤層原料氣中甲烷含量10v％～50v％，其余成分包含氮氣、水蒸氣及酸性氣體；所述酸性氣體為硫化氫和二氧化碳。

步驟2)的水合反應過程中，可使用丙烷、異丁烷或四氫呋喃作為水合物生成促進劑，用于加快水合物漿體的生成速度；所述促進劑的加入量為所述脫酸處理后的低濃度煤層原料氣中甲烷摩爾含量的6％～12％。

步驟2)的脫酸處理是采用胺法、物理溶劑法或分子篩法脫除低濃度煤層原料氣中的酸性組分。

各反應器還可分別設有攪拌器，經過脫酸處理后的低濃度煤層原料氣從各反應器下部分別進入各反應器，在攪拌器的作用下充分與冰水混合物混合，以加快反應速度。