CN102424767A

CN102424767A - 低浓度瓦斯发电的处理方法

Info

Publication number: CN102424767A
Application number: CN2011102664817A
Authority: CN
Inventors: 白阳
Original assignee: ZHENGZHOU TONGMING ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU TONGMING ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102424767B

Abstract

本发明涉及低浓度瓦斯发电的处理方法，可有效解决利用低浓度瓦斯进行发电，防止对环境的污染，节约能源的问题，方法是，首先，由抽放泵站将低浓度瓦斯送入水沉式放散阀进行调压，然后，经第一水封式放散阻火器将气体大颗粒杂质过滤，再进入管道气体冷却置换器除去二氧化碳，进入水沉式防水阀，除去气体中游离的液体，然后瓦斯气体进入管道气体冷却置换器进一步除去二氧化碳、游离的液体，之后再经水封式放散阻火器对瓦斯气体进行水封隔断，然后瓦斯气体再经冷凝脱水系统，对气体中的杂质进行降温冷却，脱水，之后，瓦斯气体经干式阻火器和防爆电磁阀进入气缸中燃烧做功、发电，本发明安全可靠，处理后的瓦斯气体可有效用于发电，减少环境污染。

Description

低浓度瓦斯发电的处理方法

技术领域

本发明涉及瓦斯，特别是一种低浓度瓦斯发电的处理方法。

背景技术

瓦斯储量巨大，仅我国就有36万亿立方的储量，各大煤矿每年瓦斯抽采量超过100亿立方，但是由于技术限制、地质条件等因素的制约，造成现在煤矿抽采中浓度<10%的低浓瓦斯的总排放量占比例很大，超过60%-70%，含体积浓度的甲烷为3％～8％的低浓度瓦斯利用难度大，利用比例极低，目前各矿还是以直接排放于大气中为主，这种处理方式一方面是大量宝贵的资源白白的大量浪费，另一方面是对生态环境的构成的极大破坏，同时此浓度下的瓦斯气存在很大安全隐患，对矿区周边构成了巨大的安全威胁与生态破坏，虽有用瓦斯进行发电，但由于设备和方法上的问题，并未有真正得到实施和对低浓度瓦斯的充分利用。尤其是对浓度为3％～8％的低浓度瓦斯利用，因其含氧（O₂）过低，甲烷（CH₄）含水较大，含氮较多，含二氧化碳过高，温度过高，稍有不慎，就会出现爆炸，因此，出于安全原因，至今未见有公开报导如何处理和利用低浓度瓦斯的问题，故，如何处理低浓度瓦斯是人们关心的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种低浓度瓦斯发电的处理方法，可有效解决利用低浓度瓦斯进行发电，防止对环境的污染，节约能源的问题。

本发明解决的技术方案是，包括安装设备和按设备工艺流程对低浓度瓦斯进行处理，首先，由抽放泵站将甲烷含量体积浓度为3-25%的低浓度瓦斯送入水沉式放散阀进行调压，然后，经第一水封式放散阻火器将气体大颗粒杂质过滤，并使气体的压力始终保持在30KPa以下，再进入管道气体冷却置换器，除去瓦斯中的一部分二氧化碳，冷却后将气体中的液体分离出来，除去二氧化碳和液体后的瓦斯气体再进入水沉式防水阀，除去气体中部分游离的液体，然后瓦斯气体再进入管道气体冷却置换器进一步除去二氧化碳、游离的液体，使二氧化碳体积含量≤0.1%，之后再经水封式放散阻火器对瓦斯气体进行水封隔断，然后瓦斯气体再经冷凝脱水系统，，对气体中的杂质进行降温冷却，脱水，之后，瓦斯气体经干式阻火器和防爆电磁阀进入低浓度瓦斯发电机组的气缸中燃烧做功、发电。

本发明设备工艺消除了目前困扰低浓度瓦斯发电利用中的二氧化碳过高、气体压力波动、气体温度过高等问题，本系统对瓦斯输送系统中的安全保护采用三级阶段式灭焰、泄压工艺，发明了水沉式水封泄压技术，将泄压、调压、稳压与安全保护相结合。效果显著安全可靠。拓宽了低能瓦斯发电的实际应用范围，处理后的瓦斯气体可有效用于发电，减少瓦斯对环境的污染，经济和社会效益巨大。

附图说明

图1为本发明的设备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合工艺流程图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1所示，本发明在具体实施中，是由以下方法实现的：

低浓度瓦斯气体是指以体积计：甲烷3%-25%、氧气11%-15%、氮气54%-72%、二氧化碳0.1%-4%、可燃杂质气体0-2%、不可燃杂质气体4%-7%，总含量为100％，相对湿度≥70%、温度≤57℃的瓦斯气体，将瓦斯气体由的抽送泵站(泵站出口压力30KPa-50KPa)送入水沉式放散阀1，进行调压，然后送入第一水封式放散阻火器2，将气体中的大颗粒固体杂质过滤，并使气体的压力始终保持在30KPa以下，消除炙焰，保证安全，再进入第一管道气体冷却置换器3，第一管道气体冷却置换器3内装有置换剂，所述的置换剂是质量浓度为12％-14％碱性溶液，温度为12℃-20℃，在置换剂的作用下，将气体中的二氧化碳除去一部分，使瓦斯气体中的二氧化碳体积含量≤2.5%，并对进入的气体进行冷却至温度≤53℃（即下降4℃以上），同时将产生的液体从气体中置换分离出来；除去部分二氧化碳和降温后的瓦斯气体进入水沉式放水阀4内将气体中游离态的液体全部分离出管道并且收集，瓦斯气体再进入第二管道气体冷却置换器5，进一步对瓦斯气体中的二氧化碳、游离态水进行冷却置换分离，然后再进入水沉式放水阀6，经水沉式放水阀6，将第二管道气体冷却置换器5产生的液体进行分离和收集（在实际操作中，可根据根据气体中二氧化碳的最高含量以及气体的温度最高值确定气体冷却置换装置的数量及水沉式防水阀的数量），瓦斯气体中二氧化碳体积含量≤0.1%；之后瓦斯进入第二水封式放散阻火器7，进一步对气体进行水封隔断，同时气体中的杂质进行过滤除尘，瓦斯气体进入管道气体冷凝脱水系统8进行降温冷却，使瓦斯气体的相对湿度在30%-50%、温度23℃-27℃，然后，瓦斯气体重力脱水器13对气体进行脱水处理，使气体稳定在温度为23℃-27℃、压力为3KPA-10KPA、相对湿度为30%-50%，甲烷含量为3%-25%、氧气为11%-17%、氮气为72%-54%、二氧化碳为0-0.1%、可燃杂质气体为0-2%、不可燃杂质气体为0-5%，最后气体经干式阻火器9和防爆电磁阀10进入低浓度瓦斯发电机组11的气缸中燃烧做功、发电，实现对低浓度瓦斯发电的处理。

所述的管道气体输送中利用的水沉式放散阀、水封式放散阻火器对管道中的气体压力进行调压、稳压、气体阻隔，其中水封式放散阻火器还具有消除大颗粒杂质的作用。

所述的气体冷却置换器依次安装在第一水沉式放散阻火器和第二水沉式放散阻火器之间，安装设备数量根据管道瓦斯中气体的温度、与二氧化碳的含量确定。

所述的水沉式防水阀安装在气体冷却置换器之后，用于管道中液体的分离与收集。

所述的管道气体冷凝脱水系统（8）包括壳体及壳体内装的冷凝器（12）、储水箱（14）、冷水机组（15）、重力脱水器（13）；本系统的内循环为冷凝器（12）经管道同储水箱（14）相连，储水箱（14）经管道同冷水机组（15）相连，冷水机组（15）经管道同冷凝器（12）相连，本系统的外围管道连接为从第二水封式放散阻火器出来的气体，经本系统的冷凝器（12）后，通过主管道同重力脱水器（13）相连，重力脱水器（13）同干式阻火器（9）相连。

所述的水沉式放散阀（1），为专利申请号201120227198.9的水沉式放散阀，均为申请人独创的设备；第一水封式放散阻火器2和第二水封式放散阻火器7结构相同，均为申请人独创的设备，专利申请号为201120328321.6；所述的第一管道气体冷却置换器3、第二管道气体冷却置换器5结构相同，均为申请人独创的设备，专利申请号为201120328322.0；所述的水沉式放水阀6为申请人独创的设备，专利申请号为201120328318.4；其它设备的部件均为市售产品（现有产品）。

本发明经在实际中试验，以瓦斯气体组份含量以体积计：甲烷3%，气体的相对湿度为70%、温度为≤47℃、出口压力≤30KPA、氧气为14.5%、氮气为72.5%、二氧化碳为1.5%、可燃杂质气体为1.5%、不可燃杂质气体为7%；当甲烷含量为8%时，气体的相对湿度为70%、温度≤47℃、出口压力≤30KPA、氧气为14.07%、氮气为67.93%、二氧化碳为1.5%、可燃杂质气体为1.5%、不可燃杂质气体为7%；当甲烷含量为15%时，气体的相对湿度为70%、温度≤47℃、出口压力≤30KPA、氧气为12.5%、氮气为62.5%、二氧化碳为1.5%、可燃杂质气体为1.5%、不可燃杂质气体为7%；三种低浓度瓦斯气体按上述方法进行试验，均取得了相同或相近似的结果，并经反复多次，均取得了完全满意的有益的技术效益。

由上述情况表明，本发明设备简单、独特，易安装使用，工艺步骤简单，易操作，效果好，安全性高，经反复试验和试用，设备运行和工艺操作非常安全，没有发生任何安全隐患，表明本发明方法稳定可靠，而且经反复试用和测试，低浓度瓦斯折合纯量情况下（煤矿专业术语，意为100%的甲烷气体状态下）平均每1m³气体发电3度，而且大大降低了瓦斯气体对环境的污染，完全符合低碳环保的技术要求，经济和社会效益巨大。

Claims

1.一种低浓度瓦斯利用发电的处理方法，其特征在于，低浓度瓦斯气体是指以体积计：甲烷3%-25%、氧气11%-15%、氮气54%-72%、二氧化碳0.1-4%、可燃杂质气体0-2%、不可燃杂质气体4%-7%，总含量为100％，相对湿度≥70%、温度≤57℃的瓦斯气体，将瓦斯气体由煤矿抽放泵站瓦斯排放出口，出口压力30Kpa-50Kpa，送入水沉式放散阀（1），，进行调压，使气压在30KPa，然后送入第一水封式放散阻火器（2），将气体中的大颗粒固体杂质过滤，并使气体的压力始终保持在30KPa以下，消除炙焰，保证安全，再进入第一管道气体冷却置换器（3），第一管道气体冷却置换器（3）内装有置换剂，所述的置换剂是质量浓度为12％-14％碱性溶液，温度为12℃-20℃，在置换剂的作用下，将气体中的二氧化碳除去一部分，使瓦斯气体中的二氧化碳体积含量≤2.5%，并对进入的气体进行冷却至温度≤53℃，同时将产生的液体从气体中置换分离出来；除去部分二氧化碳和降温后的瓦斯气体进入水沉式放水阀（4）内将气体中游离态的液体全部分离出管道并且收集，瓦斯气体再进入第二管道气体冷却置换器（5），进一步对瓦斯气体中的二氧化碳、游离态水进行冷却置换分离，然后再进入水沉式放水阀（6），经水沉式放水阀（6），将第二管道气体冷却置换器（5）产生的液体进行分离和收集，瓦斯气体中二氧化碳体积含量≤0.1%；之后瓦斯进入第二水封式放散阻火器（7），进一步对气体进行水封隔断，同时气体中的杂质进行过滤除尘，瓦斯气体进入管道气体冷凝脱水系统（8）进行降温冷却，使瓦斯气体的相对湿度在30%-50%、温度23℃-27℃，然后，瓦斯气体重力脱水器（13）对气体进行脱水处理，使气体稳定在温度为23℃-27℃、压力为3KPA-10KPA、相对湿度为30%-50%，甲烷含量为3%-25%、氧气为11%-17%、氮气为72%-54%、二氧化碳为0-0.1%、可燃杂质气体为0-2%、不可燃杂质气体为0-5%，最后气体经干式阻火器（9）和防爆电磁阀（10）进入低浓度瓦斯发电机组（11）的气缸中燃烧做功、发电。

2.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯发电的处理方法，其特征在于，所述的管道气体输送中利用的水沉式放散阀、水封式放散阻火器对管道中的气体压力进行调压、稳压、气体阻隔，其中水封式放散阻火器还具有消除大颗粒杂质的作用。

3.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯发电的处理方法，其特征在于，所述的气体冷却置换器依次安装在第一水沉式放散阻火器和第二水沉式放散阻火器之间，安装设备数量根据管道瓦斯中气体的温度、与二氧化碳的含量确定。

4.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯发电的处理方法，其特征在于，所述的水沉式防水阀安装在气体冷却置换器之后，用于管道中液体的分离与收集。

5.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯发电的处理方法，其特征在于，所述的管道气体冷凝脱水系统（8）包括壳体及壳体内装的冷凝器（12）、储水箱（14）、冷水机组（15）、重力脱水器（13）；本系统的内循环为冷凝器（12）经管道同储水箱（14）相连，储水箱（14）经管道同冷水机组（15）相连，冷水机组（15）经管道同冷凝器（12）相连，本系统的外围管道连接为从第二水封式放散阻火器出来的气体，经本系统的冷凝器（12）后，通过主管道同重力脱水器（13）相连，重力脱水器（13）同干式阻火器（9）相连。

6.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯发电的处理方法，其特征在于，所述的水沉式放散阀（1），为专利申请号201120227198.9的水沉式放散阀；第一水封式放散阻火器（2）和第二水封式放散阻火器（7）结构相同，均为专利申请号201120328321.6的水封式放散阻火器；第一管道气体冷却置换器（3）、第二管道气体冷却置换器（5）结构相同，均为专利申请号201120328322.0的管道气体冷却置换器；水沉式放水阀（6）为专利申请号为201120328318.4的水沉式放水阀。