变压吸附分离煤层气中甲烷2f氮混合气的实验分析

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1、上海交通大学硕士学位论文符号说明符号说明符号符号意义单位2A吸附床的床层截面积cm2Ai被测组分i的峰面积cmC气相总浓度mol/LCp气体的定比热K/g2fi组分i的定量校正因子ml/cmfsi组分s相对于基准组分i的相对校正因子-K流量转换系数-L床层长度cmMads吸附剂的质量kgN气体分子构成系数-P吸附压力MPaT吸附温度Kt吸附时间su原料气表观线速度cm/sue出口气线速度cm/sui进口气线速度cm/sVCH4标况下CH4的体积LVmix标况下混合气的体积LWi组分含量mlỹ床层内原料气平均体积含量-ye出口气体中CH4组分体积含量-yi进口气体中CH4组分体积

2、含量-平衡分离系数-B吸附床间隙率-(CH4)0原料气中甲烷的体积分数-(CH4)1甲烷在甲烷/氮气产品混合气中的体积分数-(CH4)2甲烷在甲烷/氮气/氦气产品混合气中的体积分数-组分i在混合气中的体积(或摩尔)分数-气体在标准状态下的密度g/L3B吸附剂填充密度g/cm3p吸附剂颗粒密度g/cm3t吸附剂真实密度g/cmi混合气中组分i的气体流量ml/minT混合气的气体流量ml/minI万方数据上海交通大学硕士学位论文符号说明λ1标况下单位质量吸附剂在单位时间内处理的原料气体积L/kg.hλ2标况下单位质量吸附剂在单位时间内生产的高浓度CH4体积L/kg.hII万方数据上

3、海交通大学硕士学位论文第二章实验条件研究第一章绪论1.1课题的研究背景与意义煤层气(CoalbedMethane，CBM)是煤层在生成过程中伴随产生的一种自生自储式可燃性气体。煤层气的主要成分是CH4，是一种高效清洁的燃料和化工原料。我国煤层气资源十分丰富，是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储[1][2]藏国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。2008年全国煤层气资源评价结[3]3果表明，我国42个主要含气盆地埋深2000m以浅煤层气地质资源量36.8万亿m，与我国常规天然气地质资源量相当；其中埋深1500m以浅煤层气可采资源量10.9万3亿m。煤层气的开采方式主

4、要包含两种：一种是地面抽取，此方式生产出的煤层气中CH4含量一般大于90%，可直接加压液化或进入煤气管网使用；另一种是井下抽采，该方式生产的煤层气也称瓦斯气。瓦斯气中混有大量空气，CH4含量低，一般在30%~60%左右，更低的情况下其浓度可低于15%。我国高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井占46%。由于甲烷的爆炸极限宽泛(5%~15%)，每年因瓦斯爆炸和瓦斯突出事故死亡约2000人，直接经济损失超过500亿元，瓦斯气的利用具有相当大的困难和风险。因3此，煤矿常常对空排放煤层气。我国每年对空排放的煤层气达200亿m，相当于燃4烧6000×10t标准煤。CH4是一种强烈的温室气体，其温室效应

5、约为CO2的21倍。在大气环境中，CH4对全球温室效应的贡献率高达18%，仅次于CO2。世界煤炭开采活动每年排放的CH4约占全球CH4排放量的5%~8%。而中国煤层气年排放量约占全球的l/4，占中国全部工业生产排放CH4量的1/3。如果全部CH4实现清洁排放，减排量将是中国年总温室气体排放量的近5%，环保效益十分明显。此外，随着石油天然气价格的飞涨、能源短缺问题的加重，充分利用煤层气显得越来越迫切。煤层气综合利用不仅可以减少环境污染，还可以改善能源结构，同时可以从根本上治理煤矿瓦斯灾难。中国煤层气的利用途径主要有民用、发电、工业燃料、化工、汽车燃料等几种方式。从中国煤层气的开发

6、利用现状来看，一个关键的制约因素就是煤层气远距离运输的问题。可以采用如下几种方式解决：(1)远距离铺设天然气管道，如“西气东输”；(2)常温高压气瓶车载运输；(3)低温常压液化槽车运输。我国煤层气虽然总储量较大，但单个矿井甚至单个煤矿的煤层气产量却较小。在这种情况下，采用第一种方式和第二种方式进行利用则经济成本均很高，利用天然气的液化技术将煤层气进行液化，可使其体积减少为原来的大约1/600，可经济有效地将煤层气资源向远距[4]离用户输运，是一种极有前景的开发形式。我国煤层气资源主要来自井下抽采系统，其主要成分是CH4、N2和O2，此外不1万方数据上海交通大学硕士学位论文第二章

7、实验条件研究同的气源还含有一定量的CO2以及水蒸汽等杂质气体的一种或多种。采用天然气液化技术利用煤层气时，液化的低温过程对其中杂质的含量有很严格的要求。在液化预处理过程中，CO2等酸性杂质气体可通过醇胺等碱性溶液吸收脱除，较少量的酸性气体也可采用吸附法分离；水蒸汽可以通过吸附法进行脱除；O2虽然不会在液化过程中结晶析出，但由于其对流程安全的影响，一般应先通过燃烧法、催化氧化法等方法进行脱除。剩下的较大量的N2因为影响液化天然气的质量，也必须予以脱除。因此，本文仅考虑各种杂质脱除以后的煤层气，