低压处理煤层气的方法技术

本发明专利技术涉及一种低压处理煤层气的方法，该方法包括步骤：将甲烷体积分率≥３０％的煤层气引入水合反应器，与水合反应器中的水合物工作液接触，使煤层气中所含甲烷的一部分形成水合物，而使煤层气中的甲烷体积分率被降低得到低甲烷浓度气相尾气，且该低甲烷浓度气相尾气中甲烷体积分率大于１５％，该低甲烷浓度气相尾气被引出水合反应器后可输送至发电系统；其中，所述水合反应器的操作压力为０．１１ＭＰａ～０．８５ＭＰａ，操作温度为３～１８℃。本发明专利技术的方法可以在较低压力下安全地对含氧煤层气进行处理，使其得到全面综合利用，提高经济效益。

Method for treating coal seam gas by low pressure

The invention relates to a method for treating coal bed gas at low pressure, the method comprises the following steps: the methane volume fraction is more than 30% of the introduction of hydration reactor, contact and hydrate working fluid in the hydrate reactor, the hydrate forming a portion of the methane contained in coal bed gas, and the volume of methane in coal bed gas rate is reduced by low concentration of methane gas exhaust, and the exhaust gas of low concentration methane in the methane volume fraction is greater than 15%, is extracted after hydration reactor can be conveyed to the power generation system of low concentration methane gas emission; among them, the hydration reactor operation pressure is 0.11MPa ~ 0.85MPa, operating temperature 3 to 18 DEG C. The method of the invention can treat the oxygen bearing coalbed methane safely under the lower pressure, so that the utility model can be comprehensively and comprehensively utilized, and the economic benefits can be improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种处理煤层气的方法，具体地说，本专利技术涉及一种在低 压条件下利用生成水合物的方法对含氧煤层气进行处理、以使煤层气得到 综合利用的方法。
技术介绍
在煤层中，多数都伴随有煤层气，煤层气主要包含两种， 一种是地面抽取的煤层气，这种煤层气中的甲烷含量一般>卯％，易于处理和利用；另 一种是井下抽取的煤层气，也称瓦斯气，其中混有大量空气，甲烷含量低， 一般在5%~60%左右。由于甲烷的爆炸极限是5% 15%，因而瓦斯气的利 用具有相当大的困难和风险，煤矿常常将瓦斯气直接放空，造成了大量的 浪费。而同时甲垸是一种温室效应很强的气体，其温室效应约为C02的21 倍，在大气环境中，甲烷对全球温室效应的贡献率高达18%，仅次于C02。 据报道世界煤炭幵采活动每年排放的甲垸约占全球甲烷排放量的5% 8%， 而我国煤层气年排放量约占全球的1/4;另据估计我国煤层气的总量约为 27x1012 m3。合理有效地利用这些煤层气，无论对于安全生产还是环境保 护，都具有重要意义。CN85103557B公开了一种利用变压吸附技术从煤矿瓦斯气中分离和富 集甲烷的方法，但是，甲垸在浓縮提纯过程中排放废气的氧含量也被浓縮 提高，废气中甲垸摩尔分率不可避免地会经过5%~15%的爆炸气体组成的 范围，使排放废气管道内始终存在爆炸危险，方案难于实施。CN1873285A公开了一种利用水合物进行煤层气富集和储运的方法，该方法主要是在低温(260~285K)、高压(2MPa 10MPa)下，利用使煤层 气中的甲烷与水形成甲烷水合物的方法来分离浓縮甲烷，但该方法避开了 煤层气中常混有空气而含有氧气的这一重要问题，其实施例中所处理的煤 层气的组成中均没有02。因为按实际瓦斯气组成，在该方法中所给的 2MPa 10MPa的压力下，几乎都处在甲烷的爆炸极限之内，安全生产难于 实现。CN1718680A和CN1952569A提出了用液化煤层气的方法来达到分离 提纯甲烷的目的。但CN1718680A公开的方法中回避了煤层气中含氧的问 题，只提到采用脱氧的办法先除掉煤层气中的氧；而CN1952569A公开的 方法中则限定煤层气中的氧小于2%。采用深冷液化瓦斯气的方法来净化分 离煤层气，在0.1MPa绝压下，CH4、 N2、 02和0)2的沸点分别为-162°C、 -196。C、 -133。C和-78°C，即，必须在低于-162°C的低温条件下才能将最难 除去的N2脱除，若煤层气中的氧和C02含量高，在-162'C下，氧和C02 会在制冷设备上结冰而堵塞设备和降低致冷效率，对于空气含量达 40%~60%的瓦斯气，液化需很高的能耗和高昂的设备费用。而煤层气中的脱氧一般采用催化脱氧工艺，该工艺主要是使用脱氧催 化剂在30(TC左右氧气与甲烷反应而被除掉， 一般除掉1%的氧气会使催化 剂床层上升15(TC，而催化剂的耐温上限一般在50(TC左右，每段脱氧限度 约为1.5%，因而一旦煤层气中氧含量很高，就要求多段脱氧，不但工艺复 杂，操作困难，同时还副产大量热，1%的氧同时消耗0.5%的甲烷，造成甲 烷收率低，生产实施不经济。目前，瓦斯发电技术在我国已经是较为成熟的技术。瓦斯发电机组生 产厂家——胜利油田动力机械集团公司，可以生产和利用低浓度瓦斯(其 中甲烷浓度6%~25%)发电机组，2005年9月淮南矿业集团与胜利油田动 力机械集团公司在淮南矿区谢一矿建设了低浓度瓦斯发电厂，进行低浓度 瓦斯细水雾输送机发电技术工业性试验，所用瓦斯气中甲烷浓度在10%左右，试验取得了较为圆满的成功。在瓦斯发电工业中，为避开甲垸的爆炸极限，提高生产安全性，实际是用甲垸浓度15%~25%左右的瓦斯气进行发 电。由于用瓦斯气进行发电的经济效益并不是很高，对于更高甲烷浓度例 如甲烷浓度》30%的瓦斯气，如果用来发电，将远不如将其中的甲烷富集起 来生产天然气的经济价值高。因此，寻找其它安全地处理煤层气的方法，对于合理有效地利用煤层 气、提高企业经济效益，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种，以在较低压 力条件下安全地处理煤层气尤其是含氧煤层气，提高生产安全性。本专利技术的另一目的在于提供一种，以在较低压 力条件下对煤层气进行处理，在安全操作的同时降低过程的能耗和过程的 操作难度。本专利技术的另一目的在于提供一种，以在较低压 力条件下对煤层气进行处理，使煤层气得到综合利用，并通过工艺优化使 资源和能量得到充分利用，降低生产成本，增加经济效益。根据本专利技术所提供的，具体是一种在低压条件 下利用生成水合物的方法对煤层气进行处理的方法。现有技术中一般认为 水合物是在一定温度和一定高压条件下形成的，如CN1272618A中所记载 的TC时甲垸生成水合物的压力高达30个大气压；且随着温度的升高，甲 烷生成水合物的压力将增大。而本专利技术人发现在较低的压力下，当含有 甲烷的煤层气与含有甲垸水合物生成促进剂的水合物工作液进行接触，形 成水合物时，煤层气中的甲烷将进入水合物中被带走，从而可实现甲烷与 煤层气中其它组分的分离。在此基础上，本专利技术提供了一种，该方法包括步骤将煤层气引入水合反应器，与水合反应器中的水合物工作液接触，使 煤层气中所含甲垸的一部分形成水合物，而使煤层气中的甲烷体积分率被 降低得到低甲垸浓度气相尾气(与原料煤层气相比，气相尾气中甲烷浓度 低而称为低甲烷浓度)，且该低甲垸浓度气相尾气中甲烷体积分率大 于15%;其中，所述水合反应器的操作压力为0.11MPa 0.85MPa (本专利技术中的 压力均为绝对压力)，操作温度为3 18'C。本专利技术的方法主要是对甲垸体积分率》30%的煤层气，特别是甲烷体积 分率为30% 60%的瓦斯气，进行处理。这类煤层气由于甲烷浓度较低而很 难实现用于工业生产管道燃气、压縮天然气(CNG)或液化天然气(LNG)， 如果用于发电经济效益也比较低。而利用本专利技术的方法，可以使煤层气中 的甲烷在水合物中得到富集，提高经济效益。另外，这类甲烷体积分率30%~60%的煤层气中通常是混有空气而含有 氧气。由于随着压力的提高，煤层气中甲垸的爆炸范围显著扩大，将对安 全生产产生重要影响，对于处于爆炸范围或者相近浓度的含氧煤层气，必 须限制在0.85MPa以下操作。而本专利技术的处理煤层气的方法，操作压力很 低(0.11MPa 0.85MPa)，满足处理含氧煤层气的安全要求，因此，本专利技术 的方法特别适用于处理含氧气的煤层气，在将煤气层引入水合反应器之前， 可不必对煤层气进行脱氧工艺以脱除其中的氧气。根据本专利技术的优选具体 实施方案，在进入水合反应器前，所述煤层气可先通过压縮机被压縮到压 力0.11MPa 0.85MPa，并换热到3 18'C后再进入水合反应器中，与水合物 工作液接触发生水合反应。本专利技术的利用在低压条件下生成水合物来处理煤层气的方法中，所述 用于生成水合物的具体工作液对于本领域的技术人员而言，可以根据现有 技术的记载适当选择并确定。例如，所述水合物工作液为含水的溶液，一 般情况下，为促进甲烷水合物的生成并进一步降低水合物的生成压力，通常在所述水合物工作液中添加有热力学促进剂例如四氢呋喃、环戊烷、丙 酮、环氧乙烷等；为了提高水合过程进行的速度，可向水合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压处理煤层气的方法，该方法包括步骤：　将甲烷体积分率≥３０％的煤层气引入水合反应器，与水合反应器中的水合物工作液接触，使煤层气中所含甲烷的一部分形成水合物，而使煤层气中的甲烷体积分率被降低得到低甲烷浓度气相尾气，且该低甲烷浓度气 相尾气中甲烷体积分率大于１５％；　其中，所述水合反应器的操作压力为０．１１ＭＰａ～０．８５ＭＰａ，操作温度为３～１８℃。

【技术特征摘要】
1.一种低压处理煤层气的方法，该方法包括步骤将甲烷体积分率≥30％的煤层气引入水合反应器，与水合反应器中的水合物工作液接触，使煤层气中所含甲烷的一部分形成水合物，而使煤层气中的甲烷体积分率被降低得到低甲烷浓度气相尾气，且该低甲烷浓度气相尾气中甲烷体积分率大于15％；其中，所述水合反应器的操作压力为0.11MPa～0.85MPa，操作温度为3～18℃。2. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括步骤将水合反应器中得到的低甲垸浓度气相尾气引出水合反应器，输送至 发电系统。3. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括步骤将水合反应器中形成的水合物弓I入水合物化解器化解，形成高甲垸浓 度气体物流与水合物工作液液体物流，并将形成的水合物工作液液体物流 引出水合物化解器，经液体循环泵升压后返回水合反应器循环利用。4. 根据权利要求3所述的方法，该方法还包括步骤-将所述水合物化解形成的高甲烷浓度气体物流引出水合物化解器，输送至管道燃气、...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，郭绪强，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]