[实用新型]一种提高煤层气利用效率的设备

说明书

一种提高煤层气利用效率的设备，所述设备包括：煤层气输送管道、甲烷常压吸附单元、催化剂预热单元与催化氧化反应器；所述催化氧化反应器包括催化燃烧单元、煤层气预热单元与余热回收单元；所述催化剂预热单元用于预热所述催化燃烧单元中的催化剂床层；所述煤层气预热单元的入口与所述煤层气输送管道的出口相连，所述煤层气预热单元的出口与所述催化燃烧单元的入口相连。本实用新型可以实现超低浓度瓦斯高效、经济地利用，以大幅度提高煤层气效率。

技术领域

本实用新型属于清洁能源技术领域，具体涉及一种提高煤层气利用效率的设备。

背景技术

煤层气也称为瓦斯，是一种清洁能源，目前利用起来的煤层气较少，预计国家煤层气利用的十三五规划末，也仅有30％的煤层气总资源能够得到利用。如图1所示，浓度低于10％的瓦斯(称为超低浓度瓦斯)，包括风排瓦斯(浓度在0.2％左右)都没有得到利用，而直接排放到大气。

目前，国内煤矿每年排放到大气的超低浓度瓦斯中有300亿立方米甲烷。如果把它们作为燃料使用可以替代近一亿吨燃煤，减排二氧化硫93万吨，NOx 52万吨，减排颗粒物126万吨。甲烷是重要的温室气体，排放300亿立方米甲烷相当于排放二氧化碳5.5亿吨。因此，减排这些瓦斯有重大的意义，而把这些超低浓度瓦斯作为燃料加以利用，更可以补充国内天然气供应量的不足。

超低浓度瓦斯的浓度低、风量大会加大瓦斯利用的成本，影响瓦斯利用效率。变压吸附(PSA)方法可以提高超低浓度瓦斯浓度，但给超低浓度瓦斯加压所消耗的电量巨大，故经济上不可行。CN104014223A公开了一种乏风甲烷吸附器，采用变温吸附方法吸附风排瓦斯中的甲烷，其中采用了很多小滤芯，并且吸附材料的厚度较薄，该技术方案是基于实验室的小规模装置实验提出的，在大规模的工业生产中还要突破很多技术问题。另外，该吸附器仅能将甲烷浓度提高到1％，表明结构设计上还不完善。

CN103306717A公布了一种先吸附浓缩，再蓄热式氧化的方案。把风排瓦斯的浓度先浓缩到1％，再进入蓄热式氧化装置中氧化，瓦斯氧化释放出的热量再进行发电、供热等余热利用。

该方法存在的问题是：

1)瓦斯浪费大。瓦斯氧化装置需要消耗全部瓦斯的20％，来维持其1100-1200℃的操作温度。

2)热量利用率低。该装置排放到大气中烟气的温度在130℃以上，带走了大量的热量。

3)发电效率低。掺混到风排瓦斯中的较高浓度瓦斯直接在瓦斯发电机发电，每立方米可以至少发电3.5kWh，而掺混到风排瓦斯中，制蒸汽发电每立方米瓦斯仅能发电2.5kWh。掺混越多，发电损失越大。

4)设备效率低、占地面积大。氧化装置用大量蜂窝陶瓷蓄热体蓄积瓦斯氧化释放出的热量，设备占地较大。国内多数煤矿都建在山区，平地少，实施该技术的占地成本非常高。

5)超低浓度瓦斯利用规模受限制。煤矿中浓度高的瓦斯流量相小，且不稳定，而风排瓦斯的流量大、浓度低。没有足够的可掺混高浓度瓦斯，影响风排瓦斯的利用(风排瓦斯中的甲烷总量占全部煤层气的50％以上)。

6)造成大量固态废弃物、污染环境。每台蓄热氧化装置都使用几十立方米的蜂窝陶瓷蓄热体。一个项目的氧化装置所用蓄热体总量在1000立方米左右。这些蓄热体要1-2年更换一次，造成大量固废弃物，形成新的环境污染。

7)设备的投资大、经济效益差。蓄热氧化技术发电的投资为1.1万元/kW，不仅远远高于火电的0.45万元/kW，也高于低浓度瓦斯发电的0.65万元/kW，投资回报期通常在6年以上。这也阻碍了该技术在国内煤矿大规模应用。

另外，该方法中的瓦斯浓度较低(低于1.0％)，如果瓦斯浓度升高，蓄热式装置内部温度难以控制，会烧毁装置，因此该方法在技术上有待完善。

实用新型内容