煤层气甲烷低成本高效富集方法.ppt

低浓度煤层气甲烷本高效富集方法 刘佳，孙 艳，苏伟，周亚平，周理* 天 津 大 学 高压吸附实验室 课题组简介 超临界温度吸附理论 燃料气存储：储氢，天然气存储 吸附分离过程：天然气脱碳与脱硫、煤层气富集、燃油脱硫 吸附剂开发 煤的清洁利用：水制氢、煤气化 要 点 研 究 背 景 研 究 内 容 研 究 结 果 结 论 1. 煤层气开发利用的意义 储量丰富的清洁能源和化工原料 控制温室气体排放 提高瓦斯事故防范水平 2. 核心技术和困难所在 CH4/N2 分离技术 3. 现 有 技 术 低 温 蒸 馏 膜 分 离 变 压 吸 附 4.CH4/N2的分离是吸附分离领域的一项挑战 没有有效的分离吸附剂。 强吸附组分只能在解吸时得到，甲烷的浓度和回收率受到很大局限。 利用甲烷和氮气在极小孔吸附剂上的动力学行为差异，可以使甲烷成为吸附塔的塔顶产品，但是这类吸附剂的分离效果和吸附容量都不理想，应用前景不明确。 1. 研究目标 以活性炭作为氮/甲烷分离吸附剂，把甲烷从塔底产品变成塔顶产品，从而提高产品气的甲烷浓度和甲烷收率。 2. 研究方法 在普通的变压吸附循环中加入二氧化碳置换步骤。二氧化碳比甲烷具有更强的吸附亲和力，因此它能够把吸附在活性炭上的甲烷置换出来，使之从吸附相进入气相，并被二氧化碳一直推出塔顶，成为塔顶产品，实现了煤层气甲烷的高浓度和高收率。 图3 实验装置 3. 过程性能评价 吹扫再生－再生成本系数，Creg： 将尾气中二氧化碳含量降至10 ％所需的吹扫氮气量与周期内产生的可用氮气量的比值 1.无CO2置换所达到的富集度 以含甲烷32％的原料气为例，被甲烷饱和的吸附床解吸气体，甲烷浓度最高不超过80 ％ 2.CO2置换所达到的富集度 3. 吸附时间的影响 4. 原料气浓度对甲烷富集过程的影响 5. 吸附剂再生效果 关于再生成本： CO2和N2间的分离是必要的，两种气体都是循环利用的，因此会有足量的氮气用于再生。 由于循环利用的CO2和N2的气量都很有限，因此二者的分离不会对煤层气富集成本有很大影响。 CO2和N2容易分离。 如果煤层气本身含有CO2，这个分离就不是额外的了。 表3. 抽空时间对床层再生度的影响 6. 连续循环实验 7. 与其它变压吸附富集效果的比较 表4中参考文献 Baksh MSA, Kapoor A, Yang RT. A new composite sorbent for methane-nitrogen separation by adsorption. Sep. Sci. Technol. 1990; 25: 845-868. Ruthven DM, Xu Z, Farooq S. Sorption kinetics in PSA systems. Gas Sep. Pur. 1993; 7: 75-81. Simone C, Carlos AG, Rodrigues AE. Separation of methane and nitrogen by adsorption on carbon molecular sieve. Sep. Sci. Technol. 2005; 40: 2721-2743. Tezel F, Apolonatos HG. Chromatographic study of adsorption for N2, CO and CH4 in molecular sieve zeolites. Gas Sep. Pur. 1993; 7: 11-17. Maple MJ, Williams CD. Separating nitrogen/methane on zeolite-like molecular sieves. Micro. Meso. Mater. 2008; 111: 627-631. Olajossy A, Gawdzik A, Budner Z, Dula J. Methane separation from coal mine methane gas by vacuum pressure swing adsorption. Chem. Eng. Res. Des. 2003; 81: 474-482. Warmuzinski K, Sodzawiczny W. Effect of adsorption pressure on methane purity during PSA separations of CH4/N2 mixture. Chem. Eng. Processing. 1999; 8: 55-60. 四、结