驅替煤層氣CO2分離研究

作者：李雪飛,車永芳,郭昊乾,李小亮

摘要：CO2驅煤層氣技術是CO2利用的重要途徑之一。CO2驅煤層氣既實現了CO2的地下封存利用,又提高煤層氣采收率。受煤層地質條件復雜性影響,CO2注入后不能完全封存在煤層中,隨著煤層氣排采會逐漸滲出,使得驅替煤層氣中含有CO2,需經分離脫除后才能輸送至管網。針對驅替煤層氣產量、組成及壓力條件,測定了CO2和CH4在碳分子篩上的吸附特性曲線,計算了CO2/CH4平衡分離系數。利用變壓吸附評價裝置進行了CO2/CH4分離提純工藝評價試驗,計算了吸附劑處理量和CH4回收率。結果表明,CO2和CH4在碳分子上的吸附符合I型吸附等溫線,CO2吸附量為1.27 mol/kg,CH4吸附量為0.48 mol/kg,CO2/CH4平衡分離系數為3.38,碳分子篩吸附劑分離比大,主要基于動力學速率進行分離,CO2作為吸附相獲得,CH4則作為非吸附相獲得。CO2/CH4在吸附壓力600 kPa,吸附時間120 s條件下,經變壓吸附分離后產品氣中CO2濃度在1%以下;CO2/CH4分離尾氣在吸附壓力500 kPa,吸附時間120 s條件下,經變壓吸附提純后,產品氣中CO2濃度在5%以下。可將CO2/CH4分離產品氣和分離尾氣再提純產品氣混合得到最終產品氣。CO2/CH4經變壓吸附分離提純后產品氣中CO2濃度在1%以下。以單井產量1200 Nm^3/d為例,單位吸附劑處理能力在100 Nm^3/h左右,CH4回收率達到92.375%。驅替煤層氣經凈化后可通過變壓吸附分離提純脫除CO2后輸送至管網。

發文機構：煤炭科學技術研究院有限公司煤化工分院 煤基節能環保炭材料北京市重點實驗室 煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室

關鍵詞：煤層氣驅替變壓吸附分離提純coal-bed methanedisplacementpressure swing adsorptionseparationpurification

分類號： TQ53[化學工程—煤化學工程]TK114[動力工程及工程熱物理—熱能工程]