[實用新型]一種移動式低濃度煤層氣濃縮裝置

有效

• 申請號: 201320737344.1
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN203602570U
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 王剛;羅海珠;梁運濤;于貴生;唐輝;王振偉;袁洪軍;崔杰;張衛亮;曲曉明;王福厚;王大強
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;B01D53/047
• 代理公司: 遼寧沈陽國興專利代理有限公司 21100
• 代理人: 李叢

技術領域

本實用新型涉及一種低濃度煤層氣濃縮裝置及濃縮方法，尤其是采用移動式兩級變壓吸附技術，實現低濃度煤層氣（煤礦瓦斯）濃縮的裝置。

背景技術

煤層氣，又被稱為煤礦瓦斯，是一種與煤炭伴生、以吸附狀態儲存于煤層內的非常規天然氣，主要成分為CH₄。我國煤層氣資源豐富，居世界第三，埋深2000m以淺煤層氣地質資源量約36萬億立方米。甲烷濃度在1%-30%之間的煤層氣，稱為低濃度煤層氣，其主要通過煤礦瓦斯抽放系統進行開采。低濃度煤層氣的開發利用可以有效減少風排瓦斯的數量，改善礦井安全生產條件，提高瓦斯事故防范水平，還可以有效減排溫室氣體并產生巨大的經濟效益。

煤層氣是一種優質潔凈的能源，1立方米純煤層氣的熱值相當于1.13kg汽油、1.21kg標準煤，其熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產生任何廢氣，是上好的工業、化工、發電和居民生活燃料，在我國目前能源結構依然以煤為主的狀況下，開發利用煤層氣資源具有重要現實意義。

抽采煤層氣同時也是預防煤礦瓦斯事故的重要手段，在采煤之前先開采煤層氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%到85%，加大煤層氣的利用率，對于提高瓦斯事故防范水平，具有明顯的安全效應。

煤層氣是一種對生態環境破壞性極強的溫室氣體，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，若直接排放到大氣中，將會對環境造成極大的破壞。

煤層氣的綜合利用對于改善和優化我國日趨嚴峻的能源結構，改善礦井安全生產條件，保障煤礦安全生產、降低煤礦生產成本、減少大氣污染具有重要的經濟與社會效益。

近年來，我國煤層氣抽采量逐年提高，由2005年的22.3億立方米增加到2011年的115億立方米。2012年上半年，我國煤層氣抽采量達到64.3億立方米，同比增長22.8%，其中，煤礦瓦斯抽采50.6億立方米，利用16.3億立方米，根據《煤礦安全規程》第一百四十八條相關規定，煤層氣利用時甲烷含量不得低于30%，因此，導致在煤礦瓦斯總排量中占較大比例的低濃度煤層氣被空放，煤層氣整體利用率僅為32.3%，尤其是廣大中小煤礦，由于煤礦煤層氣抽放過程中，受鉆孔與抽放系統密閉不嚴等因素影響，煤層氣利用率更低。2010年前，我國對煤層氣的利用基本上只局限于甲烷濃度在30%以上的部分，造成我國低濃度煤層氣利用率偏低的主要原因是缺乏有效的、經濟的低濃度煤層氣利用技術及裝備，尤其是適合中小煤礦煤層氣抽放特點、可在礦井各抽放地點以及礦井之間移動的低濃度煤層氣濃縮利用技術與裝備，這也成為制約我國煤層氣產業發展的根本原因。

目前，我國低濃度煤層氣利用方式主要是提純后民用和發電、內燃機直接發電、催化氧化氣輪機發電等方式，提純方法主要有低溫深冷法、膜分離法與變壓吸附法三種，其中：

①低溫深冷法產品氣甲烷濃度與回收率高，但裝置運行成本與一次性投資額大，并只在分離大量氣流時才具有經濟性，不適合中小規模低濃度煤層氣抽采濃縮提純處理；

②Mehra工藝與金屬基液體吸收劑工藝，前者利用碳氫溶劑分離氮氣，后者利用金屬基液體吸收劑分離甲烷與氮氣，但兩者均僅處于試驗研究階段，沒有投入商業化運行，技術發展不夠成熟；

③膜分離法具有靈活便捷的技術優點，但受膜材料選擇與制膜工藝影響，現階段氣體分離效果不夠理想，另外投資成本高，限制了其大規模的推廣；

④變壓吸附法操作方便，工藝實用性強，近些年得到較快應用，如變壓吸附提取低濃度煤層氣甲烷技術，產品氣中CH₄含量≥96%以上，O₂≤0.1%，使用效果良好，但該類技術只適合應用于地面固定式、大規模低濃度煤層氣處理，同時設備投資大，運行成本高，對于中低規模低濃度煤層氣處理來說，由于低濃度煤層氣抽采量有限，大型變壓吸附濃縮技術工藝運行時間、服務年限與運行經濟性多與現場實際需求不符。

綜上所述，我國現階段缺乏適用于中小規模低濃度煤層氣抽采、經濟有效的煤層氣濃縮技術與裝備，致使大量煤層氣被排空，導致低濃度利用率極低。因此，結合國內中小煤礦瓦斯抽放隨采隨抽、移動抽放、抽采規模有限等特點，研究和開發單位能耗低、移動方便、性能優良的低濃度煤層氣濃縮利用技術與裝備，對于有效控制我國煤礦瓦斯災害，提高低濃度煤層氣利用率，改善能源消耗結構、減少環境污染具有重要現實意義。

實用新型內容