[发明专利]煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯气体的分离方法。

背景技术

煤矿瓦斯是吸附在煤层中的一种非常规天然气，其主要成分甲烷是一种洁净、优质的能源，也是影响煤矿安全生产的主要因素。我国瓦斯资源丰富，陆上煤田埋深2000m以上浅范围内的瓦斯资源量为31×10¹²m³，与我国陆上常规天然气储量相当。目前，煤矿在开采煤层前，通常首先对煤层赋存瓦斯进行抽采，但是，气源分散使铺设管网投资大、矿井瓦斯资源量有限使管网投资无法回收、抽采的瓦斯浓度不稳定、愁采瓦斯中低浓度瓦斯量占较大比例、低浓度瓦斯安全输送和利用技术抽采瓦斯中低浓度瓦斯量占较大比例、低浓度瓦斯安全输送和利用技术缺乏等因素限制了矿井瓦斯抽采利用，通常CH₄浓度低于30％的抽采瓦斯绝大部分被直接排放到大气中，这不仅浪费能源，而且造成环境污染和气候破坏。鉴于煤矿瓦斯巨大的资源前景和环境效应，现今许多科技工作者对瓦斯分离提纯做了大量研究，目前主要有变压吸附法、低温分离法等分离技术，但是现在有的瓦斯分离方法普遍存在着分离成本高，要求抽采瓦斯气体中甲烷浓度必须达到40％以上，才能实现瓦斯混合气体的分离，抽采瓦斯气体甲烷含量低于30％的瓦斯混合气体分离困难。现有分离方法处理得到的分离产物为气态或液态，稳定性差，安全性不足，需要在特制的瓦斯储存罐中以进行储存和运输，储存运输的成本高。

发明内容

本发明为了解决现有的分离煤矿瓦斯混合气体方法中对于瓦斯气体的分离和储存运输成本高的问题，解决了抽采瓦斯气体中甲烷浓度低于30％的瓦斯混合气体分离困难的问题，而提供了一种煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法。

本发明煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法按照以下步骤进行：一、将促进剂加入搅拌反应釜中，使用真空泵抽出反应釜中空气，其中促进剂由浓度为0.05～0.5mol/L的十二烷基硫酸钠溶液和/或浓度为0.5～5mol/L四氢呋喃溶液组成，促进剂的加入量为每升反应釜容积中加入0.3～0.8L；二、采用气体增压系统将煤矿瓦斯混合气体压入反应釜，瓦斯气体与反应釜中的促进剂进行搅拌，在操作温度为0～6℃，操作压力为3～11MPa的条件下进行水合固化；三、步骤二中水合固化完毕后气体排入空气中，水合物进入储存罐，即实现了煤矿瓦斯混合气体的分离。

本发明煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法的分离原理是：煤矿抽采瓦斯中的的主要成分CH₄、N₂、O₂等均可在一定温度、压力条件下形成水合物，但在相同温度条件下，CH₄、N₂、O₂等生成水合物的相平衡压力相差很大，如在0℃时，CH₄、N₂、O₂的水合物相平衡压力分别为2.56MPa、14.30MPa和11.10MPa，因此本发明通过控制实验压力使易生成水合物的CH₄从气态变为固态，实现了达到CH₄与其他组分气体的分离，进而将分离得到的甲烷水合物以固态瓦斯形式进行储存和运输。本发明分离得到的的甲烷水合物稳定性好，可在简易的绝热货舱或冷藏车中储存，达到了低浓度瓦斯安全输送和利用的目的，减少了储存运输的成本。本发明将促进剂和待分离的瓦斯气体混合物相接触，利用促进剂改善水合固化分离条件，提高瓦斯气体混合物的分离速度和效率，降低运行成本；本方明分离得到的CH₄水合物在常温常压下分解出为CH₄和水，分解出的水可回收再利用，减少水资源的浪费。

本发明的方法在操作温度为0～6℃，操作压力为3～11MPa的条件下进行，压力损失小，降低了煤矿抽采瓦斯气体的分离成本，经过本发明的分离方法生成的水合物相中CH₄浓度比瓦斯气体混合物中CH₄浓度提高了12.42％以上，分离效率高，通过本发明的方法将甲烷浓度低于30％的煤矿瓦斯气体进行分离，有利于甲烷浓度低于30％的煤矿瓦斯气体的回收利用。

本发明的方法操作简单，设备性能要求低，降低了分离煤矿抽采瓦斯混合气体的成本，本发明分离产物甲烷水合物为固态瓦斯形式，可以在简易的绝热货舱或冷藏车中储存输送，减少了储存运输的成本，且本发明的分离方法能够有效的实现甲烷浓度低于30％的煤矿瓦斯混合气体的分离。

具体实施方式