[发明专利]矿井乏风中的甲烷富集处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对矿井乏风中低浓度甲烷(CH₄)的富集装置，特别是一种可以将乏风中甲烷的低浓度(0.1％-0.7％)提高到比较高浓度(2％-4％)的矿井乏风中的甲烷富集处理装置。

背景技术

随着能源需求的不断增长，发展分布式能源成为节约能源、解决当前能源危机的主要途径之一，而丰富、廉价、大量存在的乏风资源就是可靠的气源保证。矿井乏风系指甲烷浓度低于0.75％的煤矿通风瓦斯，瓦斯抽排系统将这部分瓦斯随回风巷直接排放到大气中。由于乏风中甲烷含量极低，如果利用现有技术进行分离提纯，耗能要远远超过获取甲烷的能量，很不经济。现有煤矿开采中这种浓度的甲烷未经处理不能直接燃烧，无法利用和获取收益，因长期以来只能空排，用于通风的耗电量大，故造成了巨大的能源浪费和环境污染。而影响含低浓度甲烷气的乏风排放，又是某些煤矿通风不足，造成矿井瓦斯超限的原因之一。因此，实现对含低浓度甲烷气的乏风处理，达到清洁排放和富集瓦斯的能量利用的目的，将造福人类、造福后代。

乏风目前处理方法主要有：其一是在矿井地面处理装置中将乏风作为燃烧空气。它的基本构成是风机和连接乏风口和锅炉的管线。实际应用中要求管线长度不能太长、甲烷浓度不能太低，所以应用也受限制。其二是利用乏风绝热燃烧将甲烷氧化为CO₂。由于甲烷浓度太低，不足以支持燃烧，因此不能采用常规燃烧法。乏风甲烷绝热燃烧采用热逆向流反应技术，有非催化燃烧和催化燃烧两种方式，前者反应器中心为陶瓷蓄热层，后者为催化剂床层。乏风绝热燃烧方法是直接对乏风进行处理的，所以它的处理量比较大，设备体积也过于庞大。同时，乏风的浓度也不是太稳定，尤其是乏风浓度很低且没有较高浓度甲烷气参混时，这种方法实现就更为困难了。其三采用内置分子筛吸附剂的分离吸附容器的变压吸附方法或膜分离的方法提高乏风中甲烷的浓度。尽管这种变压吸附方法具有能耗低、吸附剂成本较低、初期投资少、运转周期短、气体处理量大等优点，但是仅局限于对成品气进行提纯，不适于对含低浓度(0.1％-0.7％)甲烷气提浓。膜分离与变压吸附两种方法中甲烷提浓的成本相当，但二者成本的构成不同。在膜分离方法的成本中主要是投资成本较大，而运行成本比例较小。因此，开发适应对含低浓度甲烷气提浓，特别是对乏风的处理装置已成为当前科技人员的重要研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿井乏风中的甲烷富集处理装置，它解决了现有处理装置存在的提高乏风中甲烷的浓度困难、只对成品气进行提纯的问题，其设计合理，运行稳定，操控准确，结构紧凑，显著减少占用面积和投资成本，提高了设备的使用效率，充分利用煤矿乏风中的甲烷作为清洁能源，不仅实现了通风瓦斯的清洁排放，而且能促进煤矿通风的积极性，推进煤矿的安全生产。

本发明所采用的技术方案是：该矿井乏风中的甲烷富集处理装置包括与矿井回风系统的地面回风口连通的内置分子筛吸附剂的分离吸附容器组和甲烷存储器及其甲烷富集处理控制装置，其技术要点是：所述地面回风口通过顺序连通的乏风滤清器、乏风加压泵、乏风干燥预处理装置和乏风压力平衡装置连接所述分离吸附容器组，所述分离吸附容器组中至少有两个分离吸附容器，所述分离吸附容器之间利用连接电磁阀接通，所述甲烷存储器采用分离甲烷暂存容器和富集甲烷存储器，所述分离吸附容器顶部排风口通过排空口电磁阀与大气接通，所述分离吸附容器底部进风口通过进风口电磁阀与所述乏风压力平衡装置连接，底部出风口通过出风口电磁阀和分离甲烷输送泵与分离甲烷暂存容器连接，所述分离甲烷暂存容器通过离甲烷加压输送机连接富集甲烷储存容器；所述乏风滤清器设置乏风流量传感器、乏风源压力调节阀、乏风压力传感器、乏风甲烷浓度传感器、乏风湿度传感器和乏风温度传感器，所述乏风干燥预处理装置带有温度传感器和湿度传感器，所述乏风压力平衡装置设置有压力传感器，所述分离吸附容器带有压力传感器和连续压力测试表，所述分离甲烷暂存容器设置压力传感器、甲烷浓度传感器和甲烷流量传感器，所述富集甲烷存储器设置压力传感器。