探索当前低浓度煤层气液化技术及其应用

王 鹏

(宁夏回族自治区煤田地质局，宁夏 银川 750010)

在新时代下，各个领域飞速发展，煤炭资源的需求量不断增加，加大了煤矿开采的力度。我国是一个煤层气资源丰富的国家，但规模小、浓度低是煤层气资源的显著特点。但就煤层气技术的研究来说，勘探、开采方法是主要的研究方向，液化技术的研究特别少。为了满足不同领域对煤炭资源的需求，对我国低浓度煤层气液化技术进行一系列的研究，更好地推动我国煤炭资源的开采有着非常深远的意义。

一、低浓度煤层气

简单来说，煤层气是煤炭资源开采过程中抽排出的瓦斯。甲烷是煤层气的核心组成元素，属于一种气体，具有较强的温室效应。一旦这种气体排放到空气中，所产生的温室效应是二氧化碳的20 倍，大气温度急剧升高。同时，煤层气也属于一种清洁能源。在燃烧的过程中，并不会产生烟尘、二氧化硫，对环境造成严重的污染。就我国煤层气的现状来说，储量是及其丰富的，但开发利用并不多。就相关资料表明，在2009年，我国煤层气的利用率为28.7%，还没用到煤层气储量的1/3。此外，对于低浓度煤层气来说，就是抽排出的煤层气，其中含有氮氧成分。其中的甲烷、氧气等组成元素的浓度都比较低。通常情况下，甲烷的浓度为30%-50%，氧气的浓度为10%-15%。低浓度煤层气能够有效防止煤炭资源开采过程中瓦斯爆炸、突出事故的频繁发生，为保证煤矿生产的安全提供有利的支撑力量。

二、低浓度煤层气的液化系统

想要对低浓度煤层气液化技术进行更深入的研究，更好地应用到煤炭资源开采过程中，需要从实际出发，对低浓度煤层气的液化系统予以仔细的分析。在研究的过程中，需要先对低浓度煤层气进行净化处理，分离其中的有害物质，比如，二氧化硫，使低浓度煤层气能够达到液化之前的净化标准。以此为基础，通过冷制单元对低浓度煤层气进行冷却液化处理，以节流阀为桥梁，进入到精馏单元中，使气液得到有效地分离。在分离过程中，其中的液化部分可以作为相应的成分进入到储存系统中，被储存下来。需要注意的是:其中的节流阀节流压力需要根据实际情况合理设置。在不同压力情况下，饱和煤层气液体的甲烷回收率是不相同的。通常情况下，液化系统中进气压力大于1MPa，煤层气中的甲烷会摩尔分数达到87%，氮气、氧气分别为10%、3%的时候，低浓度煤层气的甲烷回收率是最高的，可以达到89%。在液化系统运行过程中，氮气、氧气的含量会不断增加，进气压力也会随之增大。而甲烷的回收率和它们成反比例关系，会不断降低。同时，在进气压力增大的时候，混入空气成分的煤层气爆炸系数会变大，为液化系统留下安全隐患。因而，为了提高甲烷的回收率，需要使节流阀节流前的液体处于过冷状态，不断增加过冷度。

三、煤层气净化单元

总的来说，在低浓度煤层气技术研究中，其中的净化单元主要采用的是这样的工艺流程，以质量分数为15%的MEA 溶液为基点，来吸收煤层气中的脱酸性气体。具体来说，在加压之后，煤层气以吸收塔为路径，脱除其中的二氧化碳，并使用干燥塔进行深度脱水。以此为基础，干燥后的煤层气需要进入液化单元进行冷却液化处理。最后，才进入到精馏单元实现精馏提纯。

四、煤层气液化单元的工艺流程

对于液化单元来说，其中的闭式制冷循环的组成部分并不是单一的吗，比如，分离器、换热器。而其中的制冷工质是由多种成分组成的混合制冷剂，比如，甲烷、氮气。该制冷剂能够提供不同沸点的温度，可以防止不可逆传热使煤层气发生冷却、液化。在调节制冷剂的作用下，换热器内部的温度差能够得到有效地改善，并使液化系统的换热效率得以提高，可以减少系统运作中的热量损耗，减少成本的支出。

五、精馏

对于低浓度煤层气来说，低温蒸馏方法主要利用的是这样的分离原理:以氮气、甲烷、氧气为媒介，充分利用它们之间的沸点差，使其中的氮气、氧气成分能够实现持续分离。就相关研究来说，如果对应精馏塔理论中的塔板系数增加，煤层气中所含的氧气成分将会减少。在低浓度煤层气技术研究中，精馏是液化系统的最后一步，也是至关重要的环节之一。

六、低浓度煤层气液化技术的应用

在新形势下，随着低浓度煤层气技术研究不断深入，该技术已开始逐渐应用到煤矿资源开采过程中。就其应用来说，在2007年的时候，相关设研究所在大庆油田中建立了一个天然液化技术试验的基地。在基地中，用于试验的液化装置是从低浓度煤层气开发的实际情况出发专门设计的，其组成部分具有多样化的特点，比如，净化、精馏。该装置在应用的过程中，能够实现在不同气源中重复进行安装使用，非常方便。同时，在煤层气液化系统中，还融入了深冷、测试技术，齐总的液化流程都是在大型计算机的协作下进行模拟计算的，具有很高的准确度。在2008年，该试验装置已经进入调试运行阶段。而在之后几年里，该装置不断被完善，已能在低浓度煤层气开采中发挥一定的作用。

七、结语

总之，在煤矿资源开采过程中，低浓度煤层气技术的应用发挥着举足轻重的作用。在一系列研究中，该技术不断完善，能够防止瓦斯爆炸、突出事故的不断发生，保证施工人员的生命安全，使煤矿生产处于有序地运行中。同时，它能够使低浓度煤层气资源得到有效地开采，提高煤炭资源的利用率，满足不同领域的需求，缓解日益加重的能源危机，不断推动我国煤炭开采事业前行。

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