該成果來源于“十三五”國(guó)家重大專項(xiàng)課題，開發(fā)以低壓、短流程提質(zhì)為技術(shù)核心的低濃度煤層氣提質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)與裝備，以及提質(zhì)與制LNG、CNG、民用燃?xì)夂凸I(yè)燃?xì)夥旨?jí)利用的集成工藝，形成適應(yīng)性更強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性更好、產(chǎn)品利用途徑更廣的低濃度煤層氣短流程提質(zhì)利用工業(yè)化成套技術(shù)，為煤礦區(qū)提供低濃度煤層氣提質(zhì)利用的成套技術(shù)和裝備，擴(kuò)大低濃度煤層氣利用途徑和經(jīng)濟(jì)利用半徑，從而解決煤礦區(qū)低濃度煤層氣利用率低的問題。研究吸附壓力小于0.3MPa的低壓、短流程變壓吸附工藝，研究吸附劑在0.3MPa以下低壓工況條件下吸附解吸特性，氣體流速、氣體濃度等因素對(duì)吸附穿透曲線的影響。研究吸附時(shí)間、提濃比例等因素對(duì)吸附效率的影響，形成各因素對(duì)吸附分離效率影響的量化關(guān)系方程，確定短流程吸附分離的最佳工藝參數(shù)和工藝流程。研究吸附劑原料配方的優(yōu)化，改進(jìn)吸附劑制備過程中添加劑的種類和用量,研究吸附劑磨粉、捏合、炭化、活化調(diào)控過程的工藝參數(shù)改進(jìn)，開發(fā)適合低壓短流程提質(zhì)的碳分子篩吸附劑。研究低濃度煤層氣低壓短流程提質(zhì)工藝中吸附塔塔內(nèi)壓力、溫度、濃度梯度、氣流分布等參數(shù)，優(yōu)化吸附塔高徑比、進(jìn)出氣口位置、支撐塔板結(jié)構(gòu)等，研究氣缸壓緊裝置、防爆控制箱等吸附塔配套裝置。通過FLUENT軟件流場(chǎng)模擬提質(zhì)工況條件，研究不同氣體分布方式、空塔氣速等對(duì)吸附床層阻力降及吸附塔內(nèi)無效空間的影響，確定最優(yōu)的空塔氣速和最佳分子篩填充量。研究低濃度煤層氣短流程提質(zhì)工藝流程、設(shè)備特性、控制參數(shù)、程控閥動(dòng)作響應(yīng)等參數(shù)間的相互聯(lián)系，開發(fā)變壓吸附塔在線故障自動(dòng)診斷技術(shù)及自動(dòng)切塔的運(yùn)行程序。
該成果研制的撬裝式低濃度煤層氣短流程提質(zhì)利用裝置，允許的原料煤層氣濃度為15%以上，真正實(shí)現(xiàn)低濃度煤層氣的提質(zhì)利用。解決我國(guó)煤層氣分布“偏、散、小”導(dǎo)致的難以利用的問題。撬裝式裝備具有設(shè)計(jì)緊湊、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，非常適合于煤層氣氣源不穩(wěn)定、偏散小的特點(diǎn)，它可根據(jù)氣源條件的變化，進(jìn)行靈活地移動(dòng)搬遷，提高裝置利用率。
該成果已在甘肅省蘭州市窯街煤電集團(tuán)海石灣煤礦推廣應(yīng)用，可將甲烷濃度為18%左右，二氧化碳濃度為30%以上的煤層氣經(jīng)過一次提質(zhì)后制成甲烷濃度30%以上，二氧化碳濃度1%以下的提質(zhì)產(chǎn)品氣。裝置應(yīng)用后，有效較低了分散氣源低濃度煤層氣利用工藝的成本，為低濃度煤層氣利用提供了技術(shù)支持。
圖1 撬裝裝置實(shí)物圖
