[实用新型]煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，尤其是涉及一种煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置。

背景技术

我国是一个产煤大国，煤层气储量十分丰富。据估计，深埋在2000m以内的煤层气储量为34.5万亿m³，占世界煤层气储量的12.5％，居世界第三。煤层气的主要成分是甲烷，其产生的温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏是二氧化碳的7倍。据有关部门估算，全国煤矿低浓度煤层气对空排放量占全部工业生产甲烷排放量的1/3左右。在煤层气开采过程中，由于各种因素的制约，大量低浓度的煤层气遗留在矿井之中，成为煤矿安全生产的最大隐患。因此，如何高效利用煤矿瓦斯作为洁净的能源和化工原料具有重要的战略意义。

在煤层气的综合利用上，其关键点在于如何将低浓度乏气富集成高浓度矿物资源。变压吸附工艺是现今煤层气浓缩技术中的主流研究方向，其优势在于设备投资少、能耗低、吸附剂成本低等，但由于吸附剂性能较差对甲烷和氮气的分离系数较低，提浓甲烷的难度较大，从而制约着变压吸附的大规模应用。

变温吸附是利用吸附剂的平衡吸附量随温度的升高而降低的特性，采用低温吸附、高温脱附的操作方式。在甲烷吸附过程中，温度是影响甲烷吸附特征的主要物理参数，经测定表明，在压力为5MPa时，温度每升高1℃，甲烷吸附量下降0.12cm³/g；煤炭科学研究总院重庆研究院的实验表明，温度每升高1℃，煤吸附甲烷的能力下降8％。因此，降低温度能够显著增加甲烷在吸附剂上的饱和吸附量，从而提高吸附剂对甲烷的分离特性，但是单纯的变温吸附也不能将甲烷很好的提浓。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置，其将变压吸附和变温吸附两者集成一体，能有效解决现有技术采用单纯变压吸附方式存在吸附剂性能较差、分离系数较低，以及采用单纯变温吸附方式不能将甲烷很好提浓的问题，同时结构简单、设计合理、使用操作方便且浓缩效率好。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置，其特征在于：包括配气系统、吸附系统、冷源供应系统、真空泵和气体收集及浓度检测系统，所述配气系统、真空泵和气体收集及浓度检测系统均与吸附系统连接，所述气体收集及浓度检测系统还与真空泵连接，所述冷源供应系统安装在吸附系统上，所述吸附系统包括并联设置的第一吸附塔和第二吸附塔，所述第一吸附塔和第二吸附塔的结构相同且均包括吸附管，所述吸附管上由内向外依次设置有电加热套和保温炉，所述保温炉上设置有用于测量吸附管内温度的热电偶，所述吸附管的出口安装有第一压力表，所述第一吸附塔的吸附管进口连接有第一电磁阀，所述第一吸附塔的吸附管出口连接有第二电磁阀，所述第二吸附塔的吸附管进口连接有第三电磁阀，所述第二吸附塔的吸附管出口连接有第四电磁阀，所述第一吸附塔的吸附管进口与第一电磁阀之间通过管道连接有第五电磁阀，所述第二吸附塔的吸附管进口与第三电磁阀之间通过管道连接有第六电磁阀，所述第五电磁阀和第六电磁阀通过第五手动阀与真空泵的进口连接，所述第一吸附塔的吸附管出口与第二电磁阀之间通过管道连接有第七电磁阀，所述第二吸附塔的吸附管出口与第四电磁阀之间通过管道连接有第八电磁阀，所述第七电磁阀与第八电磁阀连接。

上述的煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置，其特征在于：所述冷源供应系统包括低温恒温槽、第一冷却环和第二冷却环，所述第一冷却环安装在第一吸附塔的吸附管与电加热套之间，所述第二冷却环安装在第二吸附塔的吸附管与电加热套之间，所述低温恒温槽通过第九电磁阀与第一冷却环的进口连接，所述第一冷却环的出口通过第十电磁阀与低温恒温槽连接，所述低温恒温槽通过第十一电磁阀与第二冷却环的进口连接，所述第二冷却环的出口通过第十二电磁阀与低温恒温槽连接。

上述的煤层气浓缩真空变压变温耦合吸附实验装置，其特征在于：所述配气系统包括第一气路单元、第二气路单位和混气罐，所述第一气路单元和第二气路单位均由第一过滤器、稳压阀、质量流量计、第一止回阀和第二过滤器组成，所述第一过滤器、稳压阀、质量流量计、第一止回阀和第二过滤器通过管道依次相连接，所述第一气路单元和第二气路单位的第二过滤器均与混气罐连接，所述混气罐的顶部安装有第二压力表。