一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体制造技术

本发明专利技术公开了一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体。所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备方法为将纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂通过机械搅拌和超声波分散仪分散制备成纳米石墨流体即得吸附剂，所述纳米石墨颗粒的制备方法为将石墨在液体二氧化碳中进行球磨，磨细至粒径为0.1‑0.2mm，然后将磨细后的石墨与液体二氧化碳在常温下加压，在此压力下放置30‑45min，然后升温至150‑200℃，在3min内将压力释放至常压，得到纳米石墨颗粒，纳米石墨颗粒的粒径为20‑80nm。本发明专利技术的CH4回收方法简单，成本低，且低浓度煤层气中甲烷回收率大大增加。

A nano graphite fluid for strengthening the purification of coal bed gas

The invention discloses a nano graphite fluid for strengthening the purification of coal bed gas. The graphite nano fluid as raw material of graphite nano particles, liquid, dispersant and thermodynamic additives, preparation methods of nano graphite fluid for nano graphite particles, liquid, dispersant, thermodynamic additives by mechanical stirring and ultrasonic dispersion dispersing apparatus prepared into nano graphite fluid to obtain adsorbent, preparation method the nano graphite particles as the graphite was milled in liquid carbon dioxide, milling to the particle size of 0.1 0.2mm, then grinded with graphite liquid carbon dioxide under normal temperature and pressure, placed 30 45min under pressure, and then heated to 150 DEG C in 3min 200, releasing the pressure to atmospheric pressure. Nano graphite particles, nano graphite particle size of 20 80nm. The CH4 recovery method of the invention is simple, the cost is low, and the methane recovery rate in the low concentration coal bed gas is greatly increased.

【技术实现步骤摘要】
一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体
本专利技术涉及一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，属于能源

技术介绍
煤炭开采过程抽排出甲烷浓度小于30％的瓦斯称为低浓度煤层气。目前低浓度煤层气小部分用于发电，大部分直接排空。随着我国在世界上首创的低浓度煤层气发电技术取得突破性进展和中央财税扶持政策的相继出台，为保证煤矿生产安全而被白白抽放排空的低浓度煤层气从此可以变废变宝。作为我国煤炭第一大省的山西省，如果能把目前煤矿大量抽放排空的低浓度煤层气进行发电和发热利用，不仅可以减少甲烷排放对环境的污染，还可以给煤矿带来较好的经济效益。伴随着煤炭资源的勘探和开采，煤层气作为伴生资源被大量的发现。尽管山西省低浓度煤层气利用已经在个别煤矿开始起步，但绝大多数煤矿企业由于认识和重视程度不够，目前还完全没有对低浓度煤层气进行利用。全国煤矿煤层气抽采达到百亿立方米，但利用率不足50％，约50亿立方米的低浓度煤层气和近百亿立方米的矿井通风煤层气基本没有利用，直接抽放排空，结果不仅增加了温室气体排放，还造成了煤层气资源的浪费。目前，低浓度煤层气和通风煤层气有效利用的途径主要有三种：低浓度煤层气的分离提纯、低浓度煤层气发电、通风煤层气氧化利用技术。利用我国现已掌握的核心技术，实现煤矿煤层气的充分利用不仅技术上可行，而且具有较强的经济效益和社会效益。第一，通过煤层气利用实现减排有大空间。由于煤层气排放量较大，通过煤层气利用可实现减排总量较大，一个100万吨煤矿企业(平均情况计算)的低浓度煤层气和通风煤层气如果全部实现利用，碳减排相当于20万辆小轿车。山西省现有排空煤层气资源完全利用后，实现的减排量将超过省内全部汽车的碳排放总量。第二，为未来煤炭产业发展做好技术储备。随着低浓度煤层气利用和通风煤层气氧化技术的不断成熟，未来煤矿开采过程中的煤层气和目前工业生产中的污水一样将不允许直排，必须处理。如果提前发展煤层气利用产业，可以减少将来国家强制执行煤层气排放标准时对行业发展的影响。第三，促进煤矿安全生产。抽排煤层气和风排煤层气没有利用时，仅为了安全生产。由于本身没有经济效益促进，部分煤矿实际运行时为节约成本，存有侥幸心理，为安全生产带来隐患，将煤层气利用后，本身有经济效益，煤矿积极性大增，同时促进了安全生产。高效利用低浓度煤层气资源对我国能源结构调整和环境保护意义重大，常规的低浓度煤层气提纯方法有低温液化法、变压吸附法、膜分离法等。与常规的分离方法相比较，气体水合物法分离低浓度煤层气具有储气率高、原材料简单、可循环利用等优点，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术是一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，本专利技术专利耦合了吸附作用和气体水合作用，专利技术了一种新型多孔纳米流体的制备方法，并将纳米流体用于低浓度煤层气提纯，从而延伸出一种新型的低浓度煤层气强化提纯技术。采用本专利技术的方法分离低浓度煤层气，不仅具有储气率高、原材料简单、可循环利用等优点，还可以获得更高的CH4回收率和分离效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术的一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备方法为将纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂通过机械搅拌和超声波分散仪分散制备成纳米石墨流体即得吸附剂，机械搅拌的搅拌速度为200r/min，超声波分散仪的功率为0.08kw，纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂的质量比为0.26：246：0.13：9.9；所述分散剂为十二烷基硫酸钠，所述热力学添加剂为四氢呋喃、环戊烷、环己烷和四丁基溴化铵中的至少一种，所述纳米石墨颗粒的制备方法为将石墨在液体二氧化碳中进行球磨，磨细至粒径为0.1-0.2mm，然后将磨细后的石墨与液体二氧化碳在常温下加压，加压至压力为20-30个大气压，在此压力下放置30-45min，然后升温至150-200℃，在3min内将压力释放至常压，得到纳米石墨颗粒，纳米石墨颗粒的粒径为20-80nm。所述基液为去离子水。磨细后的石墨与液体二氧化碳的质量比为1-5：20。纳米石墨流体用于强化煤层气提纯时的工艺为将煤层气抽出到装有纳米石墨流体的容器内，采用低温高压将其中的CH4与纳米石墨流体形成水合物，此时的温度为4℃，压力为3.6MPa，而其他气体则逸散出来，将与CH4形成水合物的纳米石墨流体再经过高温和减压而从纳米石墨流体中逸散出来，收集逸散的CH4，分离甲烷后的纳米石墨流体返回容器继续使用。传统的低浓度煤层气分离方法存在储气率低、分离效率低、分离成本高等缺点，气体水合物法分离低浓度煤层气具有储气率高、原材料简单、可循环利用等优点，本专利技术耦合了低浓度煤层气吸附法与水合物法，专利技术了一种新型的多孔石墨纳米流体，使得气-液接触面大大增加，强化了对煤层气中CH4的吸附作用，强化了煤层气提纯过程中的热质传递，促进了气体水合物的生成，从而极大地提高了水合物相中甲烷的储气率，提高了CH4回收率和分离效率。本专利技术与吸附分离技术相结合，充分利用纳米石墨颗粒的吸附作用以及纳米流体中水合物生成过程的扰动，使得液相中CH4含量进一步提高，提高了CH4回收效率。由于纳米石墨对甲烷气体的吸附、纳米石墨流体对甲烷气体的增溶作用，使得水合物生成量增加，水合物中甲烷的含量大大提高，进而使得CH4回收效率大大增加；通过纳米石墨构建了纳米多孔介质体系，相当于增加了气液交界面，提高了水合物的生成效率，最终促使低浓度煤层气中甲烷回收率大大增加。本专利技术的有益效果是：回收方法简单，成本低，且低浓度煤层气中甲烷回收率大大增加。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明。一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备方法为将纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂通过机械搅拌和超声波分散仪分散制备成纳米石墨流体即得吸附剂，机械搅拌的搅拌速度为200r/min，超声波分散仪的功率为0.08kw，纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂的质量比为0.26：246：0.13：9.9；所述分散剂为十二烷基硫酸钠，所述热力学添加剂为四氢呋喃，所述纳米石墨颗粒的制备方法为将石墨在液体二氧化碳中进行球磨，磨细至粒径为0.1-0.2mm，然后将磨细后的石墨与液体二氧化碳在常温下加压，加压至压力为20-30个大气压，在此压力下放置30-45min，然后升温至150-200℃，在3min内将压力释放至常压，得到纳米石墨颗粒，纳米石墨颗粒的粒径为20-80nm。所述基液为去离子水。磨细后的石墨与液体二氧化碳的质量比为1-5：20。纳米石墨流体用于强化煤层气提纯时的工艺为将煤层气抽出到装有纳米石墨流体的容器内，采用低温高压将其中的CH4与纳米石墨流体形成气体水合物，此时的温度为4℃，压力为3.6MPa，而N2、O2等其他气体则逸散出来，将与CH4形成水合物的纳米石墨流体再经过升温和减压从而使得富集的CH4从纳米石墨流体中逸散出来，收集逸散的CH4，分离甲烷后的纳米石墨流体返回继续使用。实施例1一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，其特征在于，所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备方法为将纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂通过机械搅拌和超声波分散仪分散制备成纳米石墨流体即得吸附剂，机械搅拌的搅拌速度为200r/min，超声波分散仪的功率为0.08kw，纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂的质量比为0.26：246：0.13：9.9；所述分散剂为十二烷基硫酸钠，所述热力学添加剂为四氢呋喃、环戊烷、环己烷和四丁基溴化铵中的至少一种，所述纳米石墨颗粒的制备方法为将石墨在液体二氧化碳中进行球磨，磨细至粒径为0.1‑0.2mm，然后将磨细后的石墨与液体二氧化碳在常温下加压，加压至压力为20‑30个大气压，在此压力下放置30‑45min，然后升温至150‑200℃，在3min内将压力释放至常压，得到纳米石墨颗粒，纳米石墨颗粒的粒径为20‑80nm。

【技术特征摘要】
1.一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体，其特征在于，所述纳米石墨流体的原料为纳米石墨颗粒、基液、分散剂以及热力学添加剂，纳米石墨流体的制备方法为将纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂通过机械搅拌和超声波分散仪分散制备成纳米石墨流体即得吸附剂，机械搅拌的搅拌速度为200r/min，超声波分散仪的功率为0.08kw，纳米石墨颗粒、基液、分散剂、热力学添加剂的质量比为0.26：246：0.13：9.9；所述分散剂为十二烷基硫酸钠，所述热力学添加剂为四氢呋喃、环戊烷、环己烷和四丁基溴化铵中的至少一种，所述纳米石墨颗粒的制备方法为将石墨在液体二氧化碳中进行球磨，磨细至粒径为0.1-0.2mm，然后将磨细后的石墨与液体二氧化碳在常温下加压，加压至压力为20-30个大气压，在此压力下放置30-45min，然后升温至150...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟栋梁，严瑾，丁坤，邹镇林，易达通，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50