论文--煤层瓦斯吸附装置设计.docx

煤层瓦斯吸附装置设计摘要：本课题是通过对国内外制约煤层气开发的因素和能源需求的分析,指出了研究煤层气的解吸吸附机理的意义对煤层气进行吸附，并且进行液化，从而更好的利用煤层气本文对离心式气液分离器进行设计，离心式气液分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管它依靠离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了强度分析、理论校核以及分离器内气液两相流的数值模拟关键词：煤层气；脱水；脱碳；液化81. 引言在我国的能源工业中，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70％左右，预计到2050年还将占50％以上因此，煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源当前我国煤矿安全生产状况不容乐观，安全生产体系并不完善，特别是煤矿生产更是矿难频发，形势严峻，煤矿安全问题成为构建社会主义和谐社会的极大障碍，是政府在新的行政过程中亟待解决的问题下面我将从我国煤矿生产现状出发，对煤矿生产存在的主要问题进行了简单的分析和论述；基于此，对我国煤矿安全生产体系建立健全的过程中所应采取的对策措施作了初步的思考和探寻。

1．1 我国煤矿安全生产现状分析1.1.1 我国目前煤矿安全生产形势我国95％的煤矿开采是地下作业煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8％至89.6％（2002－2005年）；煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的71％煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的，造成的损失是极其惨重的 由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下特别是煤矿重大及特大瓦斯（煤尘）灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉 实际上，这些瓦斯事故的发生不是偶然的，它是以往煤矿生产过程中存在问题的集中暴露，涉及许多方面既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人为因素以及国家的体制、管理、经济政策，社会的传统观念，煤矿企业的文化素质等等1.1.2天然气在世界能源结构中的重要性 煤，石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱,天然气在日本等某些能源消费大国已经成为第二大能源19世纪前期，人类以煤炭代替柴薪为主要能源，实现了工业革命，带来了世界资本主义的发展，是第一次能源革命20世纪中期，开始以石油代替煤炭为主要能源，带来了世界经济的繁荣，是第二次能源革命。

进入21世纪，全世界将出现以天然气代替石油为主要能源的又一次能源消费结构大变革，预计2010年，天然气在世界能源结构中将占35-40%，成为第一大能源，将是第三次能源革命，21世纪是清洁能源的时代 目前世界天然气占能源比重的25%,自1990年以来每年以23%的速率增长能源结构的变化反映社会经济的进步，落后的能源结构必然不利于经济的发展 以煤炭为主要能源是基于我国能源发展的历史，单一的煤炭能源不仅造成严重的环境污染，而且会制约我国经济的高速发展开发利用煤层气资源，不仅可以弥补煤炭供应缺口，而且可以改善能源质量开发天然气资源，优化能源结构已经成为我国能源安全战略的重要组成部分中国的经济起飞发生在人类第三次能源革命时期，中国的经济发展必将以清洁能源的大规模使用为特征西方工业革命是以牺牲地球自然环境为代价的，21世纪的中国担负着发展绿色环保能源工业的历史使命 世界能源经济正在由石油能源经济向天然气能源经济过渡世界石油能源经济的巅峰期已经结束，英国石油、壳牌石油、埃克森美孚石油公司正在疯狂抢购LNG生产权，广东LNG接收站启动了本世纪最大的能源市场－中国天然气市场的国际竞争。

1.2中国天然气能源经济形势1)中国国家能源安全战略——世界第二大能源消费国，处于工业化中期，目前石油进口依存度已经超过40%，中国经济发展的能源基础不在国内，迫使中国趟进了动荡的世界石油地缘政治的浑水2)中国的大气环保义务——煤炭能源经济的环保成本太高，世界十大烟雾污染城市中国占7个，北京08年奥运会的环保压力 (3)煤矿安全生产与社会安全——2005年阜新煤矿214人、山西细水69人、新疆神龙83人、广东大兴123人、七台河171人、唐山106人，全国连续发生重大、特别重大煤矿瓦斯爆炸事故4)大庆要靠天然气实现可持续发展——大庆油田注水采油，5000万吨原油缺口，庆深气田与俄罗斯天然气管道协议5)西气东输、陕气进京——管道气供气不足、北京天然气荒、新疆200辆液化天然气槽车4500公里运往沈阳6)东南沿海进口液化天然气接收站——广东、福建在建，已报国务院有12个1.2.1中国的煤层气利用前景 我国丰富的煤层气资源可作为后备战略资源国家已将煤层气开发利用列入“十一五”规划的能源发展计划之中，并将在为煤层气勘探开发利用提供财政支持和鼓励政策去年11月在美国召开的“煤层气推向市场战略合作伙伴计划”已经正式启动，中国是13个成员国之一。

中国煤层气走向市场将逐渐掀起一轮新的能源热潮 未来15年中国天然气需求的年增长率将达到12%，两倍于国民生产总值的增速到2020年，中国天然气供应中的51%将来自国内气田的开采，39%将来自液化天然气进口，届时中国沿海将建成12个进口液化天然气接收站，另外的10%可能来自俄罗斯和中亚国家的管道天然气进口2005年我国通过海运进口的液化天然气已达到320万吨，2010年将达到1900万吨，2015年将达到3300万吨1.3低温液化煤层气的先进性和可行性原料煤层气经过压缩、预处理（主要为去除水分、二氧化碳、硫化氢等）、再经低温换热后（终温-162℃）,变成液态的煤层气，称为液化煤层气，简称LCPM低温液化工艺技术：（1） 级联式（或阶式）流程；（2） 膨胀制冷流程；（3） 混合（制冷剂）制冷流程三种流程中，国际上应用最多的是混合制冷流程，而混合流程又派生多种分支，应用最多的是C3/MRC，即带丙烷予冷的混合制冷流程据2000年统计资料用C3/MRC流程生产LNG占总产量约90%说明C3/MRC流程具有较大优势，一是投资较低，其次是生产成本亦较低表1. LCPM产品组分组分甲烷氮合计体积%99.760.24100LCPM的物化特性：无毒、无气味，但它是一种窒息剂。

氧气通常占空气体积的20.9%大气中的氧气含量低于18%时，会引起窒息在空气中含高浓度天然气时由于缺氧会产生恶心和头晕，然而一旦从暴露环境中撤离，则症状会很快消失液化煤层气是低温流体燃料，在泄露时，可以迅速的吸热汽化这时，一是可以有效地降低泄露点周围的温度，使其不宜燃烧，二是可以吸收周围空气中的水分，迅速结冰，阻碍燃烧而且汽化了的煤层气由于质量比空气还要轻，会迅速在空气中逸散所以LCPM燃料相对其他烃类燃料，更为安全但是，泄露的LCPM燃料如果飞溅在皮肤、眼睛上，那是很危险的低温灼伤比烫伤还难愈合液体密度（0.1MPa、110k）：424.8Kg/m气化量（0.1MPa、110k）：591Nm/m或1391Nm/t气化后燃点650℃，爆炸极限4.7%～15%液化煤层气的优点：(1) 煤层气液化后便于进行经济可靠的运输用专门的LCPM槽车、轮船、进行长距离运输到销售地，它比管道输气和压缩煤层气（CCPM）运输可节省大量投资及大幅度运输成本，而且方便可靠，风险小，适应性强2)储存效率高、占地少、投资省据有关资料统计，建成1MPa的6座l000m的煤层气球罐的投资，要比建成1座储气量相当的0.5MPa的100mLCPM储罐的投资高出80倍之多。

3)有利于城市负荷的平衡调节一些城市燃气化以后，由于民用气量冬用多、夏用少，或者因用气的化工厂检修或者天然气厂本身进行技术改造，甚至是输气管网出故障等，都会造成定期或不定期的供气的不平衡，而建设LCPM储罐就能起到削峰填谷的作用它比地面高压储气罐和地下储气库建设节省土地、资金、工期，而且方便、灵活，不受地质条件限制4)生产过程中释放出的冷量可回收利用例如可将LCPM汽化时产生的冷量，用作冷藏、冷冻、低温粉碎等因此，有的调峰装置就和冷冻厂进行联合建设按目前LCPM生产的工艺技术水平，可将LCPM液化生产所耗能量的50%加以回收利用5)LCPM可作为优质的车用燃料与汽车烧汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点；即使与压缩天然气(CNG)汽车相比，它也具有储存效率高、加一次气续行程远，目前一般为500㎞以上，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小；建站不受供气管网限制等6)生产使用比较安全LCPM的燃点650℃，比汽油高230多度；LCPM爆炸极限4.7%～15%，汽油为1%～5%，高出2.5～4.7倍；LCPM密度为0.47左右，汽油为O.7左右；它与空气相比更轻，所以稍有泄漏立即飞散并迅速吸热，不致引起自燃爆炸。

7)有利于环境保护，减少城市污染目前我国城市污染源主要来自大量烧煤和车辆排放的尾气所造成的若汽车改烧LCPM，其有害物大为减少它与汽油车相比： CH减少72%；NOx减少39%；CO减少24%；SO2减少90%以上2 液化与分离的方案的设计煤层气和天然气一样，主要成分是甲烷甲烷的临界温度为 190.7K（即约 -82.45℃）， 临界压力为 46.4 bar，也就是说，至少要在-82.45℃以下，并增加其压力（到 46.4 bar）， 它才能变成液体如果压力是一个大气压，其液化温度则 是-161.5℃因此煤层气液化只能在低温下实现煤层气的液化流程与天然气一 样，有复叠式制冷液化循环、混合制冷剂制冷液化循环、带膨胀机的制冷液化循环等煤层气通常流量不大，原料气压力也低，在低温液化分离的过程 中能生产出洁净的氮气，不仅可以用做分子筛净化器的再生气体，而且可以用 来补充气体制冷循环的泄漏因此，装置采用了一种带氮气膨胀的低温液化分离的方案低温液化分离法的原理是先将气体混合物冷凝为液体，然后再按各组分蒸发温度的不同将它们分离这是很适合含氧煤层气分离的方案首先，因为这 种方案分离的纯度最高，其他方法都很难达到这样高的纯度；其次，是因为这 种方案比较安全，其分离过程是在低压和低温下进行的，即使处在甲烷的燃烧 爆炸范围内也不容易产生燃烧和爆炸；第三，是这种方案最经济，它不仅可以 同时分离和脱除氧、氮，而且能直接生产出液体煤层气（LNG）.3 流程简述由于含氧煤层气压力通常很低，因此必须经压缩机压缩以提高其压力，才可以进行后续的净化、液化、分离等工序。

净化的方法与原料气的组分有关，多数含氧煤层气除含有水蒸汽以外只含有少量的二氧化碳等酸性气体，因此可以用分子筛同时脱出水分和二氧化碳本试验装置的流程就采用了分子筛净化的方案 参见图 1，自排放管道来的原料气，压力是微正压，温度是常温，先经过气液分离器 1 分液（主要是游离水），气液分离器1也起着气体缓冲罐的作用，然后气体经过滤器 2 除去灰尘过滤后的气体进入原料气压缩机 3 进行压缩压缩后的气体经冷却器 4 冷 却后，再进入气液分离器 5 分离冷凝水分水后的原料气进入分子筛干燥器， 用于脱水和脱除二氧化碳分子筛干燥器设两台，一台 6-1 工作，一台 6-2 加热再生然后冷却备用每 12 小时切换一次过滤、压缩后的原料气进入干燥器塔 6-1，原料气中的水分和 二氧化碳被干燥器塔中的分子筛所吸附，脱除了水分和二氧化碳的气体从塔 6-1。