該成果來源于“十三五”國家重大專項課題，開發以低壓、短流程提質為技術核心的低濃度煤層氣提質關鍵技術與裝備，以及提質與制LNG、CNG、民用燃氣和工業燃氣分級利用的集成工藝，形成適應性更強、經濟性更好、產品利用途徑更廣的低濃度煤層氣短流程提質利用工業化成套技術，為煤礦區提供低濃度煤層氣提質利用的成套技術和裝備，擴大低濃度煤層氣利用途徑和經濟利用半徑，從而解決煤礦區低濃度煤層氣利用率低的問題。研究吸附壓力小于0.3MPa的低壓、短流程變壓吸附工藝，研究吸附劑在0.3MPa以下低壓工況條件下吸附解吸特性，氣體流速、氣體濃度等因素對吸附穿透曲線的影響。研究吸附時間、提濃比例等因素對吸附效率的影響，形成各因素對吸附分離效率影響的量化關系方程，確定短流程吸附分離的最佳工藝參數和工藝流程。研究吸附劑原料配方的優化，改進吸附劑制備過程中添加劑的種類和用量,研究吸附劑磨粉、捏合、炭化、活化調控過程的工藝參數改進，開發適合低壓短流程提質的碳分子篩吸附劑。研究低濃度煤層氣低壓短流程提質工藝中吸附塔塔內壓力、溫度、濃度梯度、氣流分布等參數，優化吸附塔高徑比、進出氣口位置、支撐塔板結構等，研究氣缸壓緊裝置、防爆控制箱等吸附塔配套裝置。通過FLUENT軟件流場模擬提質工況條件，研究不同氣體分布方式、空塔氣速等對吸附床層阻力降及吸附塔內無效空間的影響，確定最優的空塔氣速和最佳分子篩填充量。研究低濃度煤層氣短流程提質工藝流程、設備特性、控制參數、程控閥動作響應等參數間的相互聯系，開發變壓吸附塔在線故障自動診斷技術及自動切塔的運行程序。
該成果研制的撬裝式低濃度煤層氣短流程提質利用裝置，允許的原料煤層氣濃度為15%以上，真正實現低濃度煤層氣的提質利用。解決我國煤層氣分布“偏、散、小”導致的難以利用的問題。撬裝式裝備具有設計緊湊、移動方便等特點，非常適合于煤層氣氣源不穩定、偏散小的特點，它可根據氣源條件的變化，進行靈活地移動搬遷，提高裝置利用率。
該成果已在甘肅省蘭州市窯街煤電集團海石灣煤礦推廣應用，可將甲烷濃度為18%左右，二氧化碳濃度為30%以上的煤層氣經過一次提質后制成甲烷濃度30%以上，二氧化碳濃度1%以下的提質產品氣。裝置應用后，有效較低了分散氣源低濃度煤層氣利用工藝的成本，為低濃度煤層氣利用提供了技術支持。
圖1 撬裝裝置實物圖
