煤矿瓦斯作为一种非常规天然气资源,在我国储量巨大。但其中大部分为低浓度瓦斯,通常直接排空,未能得到有效利用,这不仅造成了能源浪费,且加重了温室效应。而利用低浓度瓦斯制LNG不仅避免了瓦斯直接放空所造成的温室效应,也实现了低浓度瓦斯的清洁、高效利用。本文基于瓦斯制LNG相关工艺的研究现状及四川某煤矿抽采出的低浓度瓦斯的特点,确定了针对低浓度瓦斯制LNG的工艺路线,包括预处理与瓦斯液化制LNG两个阶段。通过分别考察膜分离法、吸附分离法、深冷分离法、水合物分离法及溶剂吸收法等5种瓦斯提浓技术,以及深冷分离、催化燃烧、焦炭燃烧、吸附分离等4种瓦斯脱氧工艺,确定具有瓦斯提浓与脱氧两方面的作用吸附分离法作为瓦斯预处理工艺。通过考察级联式制冷、混合制冷剂制冷和氮膨胀制冷3种制冷液化工艺,选择氮膨胀制冷作为瓦斯液化制LNG的制冷工艺。采用平衡吸附模型对瓦斯提浓、脱氧预处理工艺进行了计算。某吸附剂能将甲烷浓度为28%的低浓度瓦斯富集为甲烷浓度达62.9%的中高浓度瓦斯,并且氧气浓度从15.12%下降至7.26%。基于预处理结果和爆炸相关理论,设置压缩机出口压力为300kPa,瓦斯气出二级冷箱温度-150℃,精馏塔操作压力190kPa,控制出精馏塔顶甲烷含量为26%,并借助ASPEN HYSYS对瓦斯液化制LNG过程进行模拟。模拟结果表明,该工艺获得的LNG中甲烷含量为99%；液化阶段甲烷回收率为79.6%,液化率为81.2%；工艺在压缩段、深冷段及精馏段均无爆炸隐患,能安全实现低浓度瓦斯制LNG。在分析精馏塔顶出口气相甲烷浓度对甲烷回收率影响的基础上,对工艺操作参数进行了优化,采用控制精馏塔顶甲烷浓度并降低精馏塔顶压力的方案。优化后的工艺在保证安全情况下可从塔底获得甲烷含量99%的LNG产品；同时使液化阶段甲烷回收率提升至90.5%,液化率升高至92.2%。
