[发明专利]低压处理煤层气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理煤层气的方法，具体地说，本发明涉及一种在低压条件下利用生成水合物的方法对含氧煤层气进行处理、以使煤层气得到综合利用的方法。

背景技术

在煤层中，多数都伴随有煤层气，煤层气主要包含两种，一种是地面抽取的煤层气，这种煤层气中的甲烷含量一般＞90％，易于处理和利用；另一种是井下抽取的煤层气，也称瓦斯气，其中混有大量空气，甲烷含量低，一般在5％～60％左右。由于甲烷的爆炸极限是5％～15％，因而瓦斯气的利用具有相当大的困难和风险，煤矿常常将瓦斯气直接放空，造成了大量的浪费。而同时甲烷是一种温室效应很强的气体，其温室效应约为CO₂的21倍，在大气环境中，甲烷对全球温室效应的贡献率高达18％，仅次于CO₂。据报道世界煤炭开采活动每年排放的甲烷约占全球甲烷排放量的5％～8％，而我国煤层气年排放量约占全球的1/4；另据估计我国煤层气的总量约为27×10¹²m³。合理有效地利用这些煤层气，无论对于安全生产还是环境保护，都具有重要意义。

CN85103557B公开了一种利用变压吸附技术从煤矿瓦斯气中分离和富集甲烷的方法，但是，甲烷在浓缩提纯过程中排放废气的氧含量也被浓缩提高，废气中甲烷摩尔分率不可避免地会经过5％～15％的爆炸气体组成的范围，使排放废气管道内始终存在爆炸危险，方案难于实施。

CN1873285A公开了一种利用水合物进行煤层气富集和储运的方法，该方法主要是在低温(260～285K)、高压(2MPa～10MPa)下，利用使煤层气中的甲烷与水形成甲烷水合物的方法来分离浓缩甲烷，但该方法避开了煤层气中常混有空气而含有氧气的这一重要问题，其实施例中所处理的煤层气的组成中均没有O₂。因为按实际瓦斯气组成，在该方法中所给的2MPa～10MPa的压力下，几乎都处在甲烷的爆炸极限之内，安全生产难于实现。

CN1718680A和CN1952569A提出了用液化煤层气的方法来达到分离提纯甲烷的目的。但CN1718680A公开的方法中回避了煤层气中含氧的问题，只提到采用脱氧的办法先除掉煤层气中的氧；而CN1952569A公开的方法中则限定煤层气中的氧小于2％。采用深冷液化瓦斯气的方法来净化分离煤层气，在0.1MPa绝压下，CH₄、N₂、O₂和CO₂的沸点分别为-162℃、-196℃、-133℃和-78℃，即，必须在低于-162℃的低温条件下才能将最难除去的N₂脱除，若煤层气中的氧和CO₂含量高，在-162℃下，氧和CO₂会在制冷设备上结冰而堵塞设备和降低致冷效率，对于空气含量达40％～60％的瓦斯气，液化需很高的能耗和高昂的设备费用。

而煤层气中的脱氧一般采用催化脱氧工艺，该工艺主要是使用脱氧催化剂在300℃左右氧气与甲烷反应而被除掉，一般除掉1％的氧气会使催化剂床层上升150℃，而催化剂的耐温上限一般在500℃左右，每段脱氧限度约为1.5％，因而一旦煤层气中氧含量很高，就要求多段脱氧，不但工艺复杂，操作困难，同时还副产大量热，1％的氧同时消耗0.5％的甲烷，造成甲烷收率低，生产实施不经济。

目前，瓦斯发电技术在我国已经是较为成熟的技术。瓦斯发电机组生产厂家——胜利油田动力机械集团公司，可以生产和利用低浓度瓦斯(其中甲烷浓度6％～25％)发电机组，2005年9月淮南矿业集团与胜利油田动力机械集团公司在淮南矿区谢一矿建设了低浓度瓦斯发电厂，进行低浓度瓦斯细水雾输送机发电技术工业性试验，所用瓦斯气中甲烷浓度在10％左右，试验取得了较为圆满的成功。在瓦斯发电工业中，为避开甲烷的爆炸极限，提高生产安全性，实际是用甲烷浓度15％～25％左右的瓦斯气进行发电。由于用瓦斯气进行发电的经济效益并不是很高，对于更高甲烷浓度例如甲烷浓度≥30％的瓦斯气，如果用来发电，将远不如将其中的甲烷富集起来生产天然气的经济价值高。

因此，寻找其它安全地处理煤层气的方法，对于合理有效地利用煤层气、提高企业经济效益，具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种低压处理煤层气的方法，以在较低压力条件下安全地处理煤层气尤其是含氧煤层气，提高生产安全性。

本发明的另一目的在于提供一种低压处理煤层气的方法，以在较低压力条件下对煤层气进行处理，在安全操作的同时降低过程的能耗和过程的操作难度。