1 引言 煤层气，俗名瓦斯，甲烷在煤炭形成的过
2013-06-30 01:00
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1 引言 煤层气，俗名瓦斯，甲烷在煤炭
1 引言
煤层气，俗名瓦斯，甲烷在煤炭形成的过程中被煤体所吸附，即成为煤层气[1]。瓦斯无色无味，易燃易爆，在煤层开发的过程中会解析分离并分散，当空气中的瓦斯浓度在5.5%～16%之间、有明火发生时，极易发生爆炸事故[2]。
我国是煤炭大国，对煤层气资源（主要成分甲烷是一种清洁能源）的开发利用，不仅可以显著的降低煤矿发生事故的危险性，而且在节能、经济方面都有很大贡献。我国这几年煤层气的开发利用有较快的发展，己实现了初步的商业规模开发。我国煤层气多分布于储量低、分布分散的小型气田，如何运输是一个需加以解决的问题。采用低温液化的方法可以使气体体积缩小为原来的约1/625，获得的液化产品（LNG）可以通过槽车运输等方式，非常适合煤层气产地分散的特点，是煤层气开发利用中十分重要的一个环节[3,4]。
2 国内煤层气液化发展
因为煤层气液化技术的良好应用前景，中科院、上海交大、哈工大和中国石油大学（北京）先后展开了关于煤层气液化技术的研究。其中哈工大在液化工艺的推广应用方面处于领先。其于2007 年8 月在大庆庆深气田新建在天然气液化技术试验中心——“哈工大—大庆肇州液化天然气试验中心”即包括一套针对低浓度煤层气设计的日产5 立方米LNG 的煤层气液化装置[5]。
2012 年7 月，山西省煤层气行业协会发布消息称，山西省重点招商引资煤层气项目，由中国（香港）联盛投资集团投资建设的山西沁水顺泰能源煤层气液化项目正式投产，日产能力达50 万立方米，是目前我国最大的非常规天然气液化工厂[6][7]。
2012 年10 月26 日，国内首个世行贷款煤层气开发利用项目，在山西晋城市沁水县东山村动工。该项目采用目前世界最新深冷冻技术实施就地液化。项目总投资13.5 亿元，项目建设内容包括煤层气开发工程和煤层气液化工程两部分，建成后可年产煤层气2.5 亿立方米，日液化煤层气100 万立方米，年产液化煤层气20 万吨[8]。
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2012 年12 月，重庆能源集团与香港中华煤气下属全资子公司易高环保投资有限公司在香港签署了投资、建设和运营煤矿煤层气液化项目合同，该项目是全球最大的煤层气液化项目，将于2012 年第一季度在重庆能源集团松藻矿区开工，2012 年竣工。竣工后，每年可提供9100 万立方米液化煤层气，为重庆市提供新的清洁能源[9]。
3 煤层气液化技术
煤层气的液化本身所采用的流程与天然气液化相似，主要有：混合制冷剂液化流程和膨胀机液化流程两种工艺[10,11,12,13]。
（１）混合制冷剂液化流程
混合制冷剂液化流程是采用N2 和C1~C5 烃类混合物作为制冷剂。与纯组分制冷剂不同的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的温度范围之内，因而可以与被液化气体的冷却曲线很好地匹配，从而有效地减少了换热温差，提高了能量利用效率。近年来工业上还发展了一些改进型的混合制冷剂液化流程，如壳牌公司设计的双混合制冷剂液化流程(DMR)。
煤层气的液化研究中，混合制冷剂液化工艺应用也比较多。哈工大的范庆虎等人针对大庆庆深的煤层气气源条件，提出一种采用MRC 的煤层气液化分离工艺（如图1 所示）。该工艺采用低温液化分离（精馏）的方法对含有大量氮氧的低浓度煤层气进行提纯、液化，并重点分析了混合制冷剂组分的变化对液化单元中换热器内部最小温差的影响以及精馏塔理论塔板数对LNG 中含氧量的影响[5]。李红艳、贾林祥等人在文献[14]中还对哈工大采用MRC流程的煤层气液化系统实验平台进行了介绍。
（２）膨胀机液化流程
膨胀机液化流程通过膨胀机进行等熵膨胀过程从而达到降温的目的。调峰型液化装置采用膨胀机液化流程较多。采用膨胀机制冷的煤层气液化工艺研究也很多[15]。国能煤层气研究发展中心的杨克剑介绍的一种专利技术及其工业化试验装置采用的就是膨胀机制冷。它采用低温精馏的方法将空气和煤层气分开， 同时将提纯后的煤层气利用膨胀机液化 [16]。是该流程的制冷、分离和液化部分流程图。
