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煤层气回收解决方案

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蚌埠压缩机总厂生产的煤气压缩机/天然气压缩机
煤矿在形成过程中在高压和厌氧条件下产生大量气体,其成分主要为甲烷,吸附在煤炭上,成为煤层气,俗称瓦斯。在煤炭开采过程中,由于压力降低,煤层气从煤炭上释放出来。为了确保煤矿生产安全,煤层气被抽放排出地面 ,开采出的煤层气被称为井下抽放煤层气(CMM)或矿井气,其甲烷体积分数为20%~80%。随着能源开发力度的不断加大和开采技术的不断提高,

  矿区开始将煤层气作为资源进行开采,即采取地面钻孔、水力压裂技术预抽煤层气,开采出的煤层气被称为地面钻井开采煤层气(CBM),其甲烷体积分数90%以上。我国煤层气资源丰富,浅煤层气资源量达30×1012m3 ,居世界第3位,与我国其他种类天然气储量相当。目前,由于受气源开采规模的限制,煤层气主要应用于城镇气源、工业燃料和发电,车载压缩煤层气的使用较少。

  随着抽放工艺和技术的发展,井下抽放煤层气中甲烷体积分数不断提高,井下抽放煤层气也可用管道输送。

基于上述各流程和诸因素考虑,将煤层气回收的主要装备按照流程和功能整合到以下各个功能撬块上:脱硫撬、低压气处理撬、膜分离撬、低压压缩机撬、高压压缩机撬、高压脱水撬、冷却机组撬以及CNG加气储运装置、仪表控制及站控系统等。

  以下对各个功能撬块进行逐一介绍:

  1.脱硫撬

  1)脱硫撬的功能

  有一些天然气从煤矿出来时,仍含有重烃和一些有害杂质,如H2O、CO2、H2S及各种形态的硫化物等。其中的H2S是一种有害杂质,它的存在不仅会引起设备和管路腐蚀、催化剂中毒,而且更严重地威胁人身安全,是必须消除或控制的环境污染物之一。

  干法脱硫其工艺具有流程短、一次投入少、年消耗费用低等优势。且该脱硫剂无毒、高硫容,操作简便,无需二次脱硫、脱硫产物为单质硫,不产生二次污染,是环境友好型的脱硫技术。

  2)脱硫撬主要设备组成

  吸收塔、气提塔、闪蒸罐、贫/富换热器、溶液循环泵、富液过滤器、电气控制系统及管道阀门、成分检测设备等。

  2.低压气处理撬

  1)低压气处理撬的功能

  低压处理撬主要是为后续设备(压缩增压撬)提供洁净、稳定压力的气体来源,同时具有计量、安全放空和紧急切断的作用。

  2)设备主要组成

  防尘降噪方舱、重力分离器、缓冲器、三相分离器、智能流量计、调压器、气动控制阀、紧急切断阀、电气控制系统等。伴生气回收撬图见图 1。



3.低压压缩机撬

  低压压缩机是为回收工程的第一阶段压缩,增压后的气体有利于进行脱烃处理,同时为二级压缩提供条件。其上游接口为低压气处理撬,后续连接脱烃撬或高压压缩机撬。



设备主要组成

  主要设备组成为:天然气压缩机、防爆电动机、风冷却系统、润滑系统、仪表控制系统、PLC电气控制系统、防尘降噪方舱等


4.膜分离撬

  膜分离撬的功能

  膜分离工艺就是在尽量回收伴生气中轻烃的同时,使伴生气的烃/水露点达到外输天然气的标准。采用膜分离技术处理放空天然气,可以有效降低回收天然气烃露点温度,并提高重烃回收率。低压压缩机压缩后的气体经过分离和过滤后进入膜分离撬,分离出的烃回收利用,产生的干气进入高压压缩机继续压缩。

目前膜技术在天然气处理过程中已经工业化的应用,

  5.高压压缩机撬

  1) 高压压缩机撬的功能

  从低压压缩系统流程可知低压压缩的天然气经过冷却、膜分离除烃提纯后压力一般在3.0MPa左右,为达到CNG储运要求,就要对气体继续进行压缩,高压压缩机撬就是把低压气体压缩到25MPa。

  2) 设备主要组成

  主要设备组成为:天然气压缩机、防爆电动机、冷却系统、润滑系统、仪表控制系统、电气控制系统、防尘降噪方舱等。

  6.高压脱水撬

  1)高压脱水撬的功能

  按照脱水装置在工艺流程中的位置分为前置脱水工艺(低压压缩之后)和后置脱水工艺(高压压缩之后),本系统指的是后置高压脱水工艺。

  天然气的高压储运对杂质含量要求十分严格。为防止水合物及低温下析出的CO2固体堵塞后续设备的低温部位,一般管输要求将H2O脱至露点-10℃及CO2含量2%以下,对液化天然气装置要求脱至H2O为1PPm,CO2为50PPm以下。

  SY/T7546--1996《汽车用压缩天然气》技术要求中对于汽车用天然气的露点要求为:低于最高操作压力下最低环境温度5℃(ST/T 7506(计算确定)),同时要求硫化氢(H2S)含量≤20mg/m3;二氧化碳(CO2)含量(V/V)≤3%。

  因此天然气在进入CNG储运设备之前应进行脱水处理。目前高压脱水的方法主要有甘醇吸收法脱水、吸附法脱水、低温法脱水、空冷法脱水、冷剂制冷脱水膨胀法脱水等。目前我公司使用较多是吸附法脱水中的一种分子筛脱水法,其宜用于深度干燥的场合(水含量1PPm以下),分子筛采用3A型,脱水后的气体常压露点可达到≤-60℃,同时可以将残余CO2脱至50PPm以下。

  7.加气储运撬

  1)加气储运撬的功能

   由上述各流程可知,经过高压脱水后的高压干气直接接入加气柱,由加气柱给高压拖车(CNG车)加气,最后拖运至卸气站。

  2)设备主要组成

   CNG卸气柱、CNG加气柱、CNG拖车、CNG高压储气瓶组等。

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