低浓度煤层气脱氧技术研究进展.pdf

第43卷 第4期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．43 No．4 2014年4月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Apr．2014 低浓度煤层气脱氧技术的研究进展 张 慧，潘红艳，赵 敏，郑蓓蕾，林 倩 (贵州大学化学与化工学院，贵州 贵阳 550025) 摘 要：针对低浓度煤层气在开发利用中氧含量较高会导致安全隐患的问题，提出了低浓度煤层气应用的关键是 脱氧，综述了几种常见的脱氧方法及其在低浓度煤层气脱氧中的应用，重点阐述了非金属还原法脱氧技术及其应用。 关键词：低浓度煤层气；脱氧；还原 中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671—9905(2014)04-0044-05 煤层气 (俗称瓦斯)是与煤伴生、共生，大量存 应用的现状，并重点介绍了非金属还原法在低浓度 在于煤层中的清洁气体能源，主要成分为CH。我 煤层气脱氧方面的应用及前景。 国埋深2000m浅煤层气资源量为36．81×10¨m，相 当于490×109t标准煤或38×10。m。天然气，位居世 1常见脱氧方法 界第三位 [1-21~根据煤层资源的不同，煤层气分为地 1．1膜分离法 面抽采煤层气和井下抽采煤层气。地面抽采煤层气 膜分离法是基于不同气体组分在压力推动下透 通常CH 含量在95％以上，可直接加以利用。井下 过膜的传递速率不同，从而达到分离的目的。该技 抽采煤层气，由于抽采过程掺进了大量空气，因此 术的关键是膜材料应同时具有较高的选择性和透过 煤层气中CH 浓度普遍偏低，其中约2／3浓度低于 性。 30％，属低浓度煤层气，对其利用 目前仅限于燃烧和 目前，该技术主要应用于空气 中02／N体系 发电，利用率仅 占排放总量的5％ 7％，其余全部排 的脱氧，常见的气体分离膜材料主要有高分子有 空。这不仅浪费了资源，还造成了大气污染 (CH 的 机膜、无机膜和有机 一无机杂化膜。有机膜 以其 温室效应是CO 的2l倍，对臭氧的破坏能力是CO： 取材广泛、成本低廉、膜组件装填密度大等优势， 的7倍 1I3J。因此低浓度煤层气的开发利用不仅能 在富集 0，或脱氧方面的应用较为广泛，如 Wang 提高煤层气利用率，弥补能源短缺，减少甲烷排空造 等 ．【制得六氟 四酸二酐 (6FDA)型聚酰亚胺膜， 成的温室效应，降低环境污染，同时还增强煤矿生产 由于其 自身特殊的芳环结构和引入 了取代基团， 安全。 使其透过性和选择性得以提高，O，的渗透速率为 低浓度煤层气 C}{4浓度为6％～25％，含有大 33．1×10cm ·ffrm ·s·cmHg)～，O2]N，的分离系 量0[4】。按照煤矿安全规程要求，瓦斯浓度低于 数为4．2。Ismail等 制得高选择性聚砜中空纤维膜， 30％不能贮存和输送；甲烷在空气中的浓度达到 并用硅橡胶涂层涂敷消除中空纤维皮层的微孔，用 5％～16％时，遇明火会爆炸。如果对低浓度含氧煤 于分离 O2／N，物系，分离系数可以达到7．32。与有 层气直接富集提浓，随CH浓度不断降低，O浓度 机膜相比，无机膜的物化性质稳定，但由于膜厚度相 不断上升，势必会穿透爆炸极限，存在危险[5-61，因此 对较大，0，的渗透速率较低，如Shiflett和Foley9[用 氧气是低浓度含氧煤层气得以合理利用的关键制约 多孔碳膜分离 O／N，在25qC时OzlN 的分离系数可 因素。本文叙述低浓度含氧煤层气脱氧的特点，综 达30，其分离性能优于 目前文献上所报道的高分子 述了近年来常见的脱氧技术及其在低浓度煤层气中 膜，但由于碳膜厚度较大