张进华，刘书贤，秦 强，何立新

(北京低碳清洁能源研究院，北京 102209)

0 引 言

煤层气是煤炭伴生的非常规油气资源，主要成分是CH4、N2、O2和少量低碳烃类，以吸附态、游离态等形式赋存于煤层中。煤层气抽放由来已久，主要为了解决煤矿开采过程中可能带来的瓦斯突出事故，保证煤炭开采安全；抽放的煤层气中含有大量CH4，其温室效应是CO2的21倍，直接排放对生态环境破坏极强；开发利用煤层气兼具资源、安全和环保3重功能，意义重大。煤层气抽采方式包括地面抽采和井下抽采，地面抽采的煤层气，CH4含量高，体积分数多在90%以上，类似于常规天然气，氧含量较低，可通过天然气管道直接安全输送利用。我国这种高品质煤层气资源较少，约占煤层气总量的1%左右[1]；目前开采的煤层气主要以井下抽采为主，抽采过程中混入大量空气，CH4体积分数多在3%～60%，氧气体积分数8%～20%，此外，还有大量无法直接利用的乏风瓦斯(CH4体积分数低于0.75%)。

我国非常重视煤层气的开采和利用，近年来煤层气抽采量逐年增加；2017年全国煤层气抽采量178 亿m3，井下抽采量128 亿m3，但利用率较低，总体利用率52.81%，井下抽放煤层气利用率更低，仅有38.28%。造成这一现象的主要原因是低浓度煤层气利用困难，只能焚烧和放空。为了利用这部分低浓度煤层气，CH4的富集提浓技术引起广大学者关注[2]，但是煤层气中含有大量氧气，常压下CH4在空气中爆炸极限为5%～16%，且随着压力的增加爆炸范围迅速扩大，这为低浓度煤层气富集利用带来一定困难。……