CN106338585A - 一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置 - Google Patents

一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置 Download PDF

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戚豹
宗义江
徐志鹏
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Abstract

本发明公开了一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，属于气体提取装置领域。包括实验容器、进气管道、出气管道、支架以及蒸汽加热器、活性炭和蒸汽管道，实验容器内排有铜管和吸附器，铜管上端与外置的蒸汽加热器连通，蒸汽可在铜管内循环流动，活性炭放置于吸附器内，所述进气管道、出气管道和蒸汽管道内分别置有风速传感器、瓦斯浓度传感器、温度传感器中的相关传感器和阀门，各传感器均由引出接线外接设于实验容器上的仪表；所述进气管道位于实验容器下部，所述出气管道分为瓦斯气体出口管道和其他气体出口管道，且它们分别位于实验容器顶部和底部。本发明具有能耗低、工艺简单、成本低、绿色环保、操作灵活方便、常温下连续运行等优点。

Description

一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置
技术领域
本发明涉及气体提取装置领域，具体地涉及一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置。
背景技术
我国每年矿井风流瓦斯(又称“矿井乏风”“煤矿风排瓦斯”，指含低浓度瓦斯的回风风流，甲烷浓度低于0.75％。)排入大气的甲烷相当于西气东输1年的输气量，产生的温室气体效应约为2亿吨二氧化碳当量。风排瓦斯虽然浓度极低，但总量特别巨大，所含的甲烷约占我国煤矿瓦斯甲烷总量的81％，1年的排放量在150亿m3以上，相当1140-1700万吨标准煤，而且基本没有利用。据有关部门统计，我国煤矿乏风瓦斯中的纯甲烷排放量由2000年83亿m3增加到2008年的161亿m3，2016年我国排瓦斯量高达350亿m3。可以看出，矿井乏风量呈逐年上升的趋势。同时，由于CH4具有很强的温室效应，相当于CO2温室效应的21.5倍，对臭氧层的破坏能力是CO2的7倍，如此巨大的排放量无疑是对环境的巨大危害。随着国家能源资源的不断减少，充分利用不可再生的化学能源、是解决当前能源危机的主要途径之一，而丰富廉价、现实存在的乏风资源为我们提供了可靠的气源保证。
我国经济目前处在快速增长期，经济的发展与能源的供给矛盾越来越突出，而丰富廉价的、而且是现实存在的风流瓦斯是一个较大的能源资源。如果能通过合适的技术对煤矿风流瓦斯进行分离，并加以利用，将产生巨大的节能环保效益。因此，开发利用矿井风流瓦斯(瓦斯体积浓度小于1％的井下混合气体)就成为煤矿安全技术中的重要课题。
目前,国内外大部分煤矿将乏风直接排放到大气中,由于乏风中含有甲烷且排放量大,造成了巨大的环境污染和能源浪费。提纯煤矿乏风中低浓度甲烷主要是实现CH4和N2的分离,而CH4/N2体系的分离一直被认为是一项很困难的工作。和13X沸石分子筛相比,活性炭对CH4有较强吸附能力和吸附选择性。在压力0.2～0.5Mpa下,活性炭AC-1对CH4/N2的分离系数为3.485～3.657,活性炭AC-2对CH4/N2的分离系数为3.080-3.388。不同的活性炭,微孔孔径是决定活性炭选择吸附CH4的主要因素。当温度在20～30℃变化时,温度对CH4的吸附量和CH4/N2的分离系数的影响并不明显。在保证尾气中CH4浓度低于0.001％的前提下,活性炭AC-1在0.4Mpa,处理量700ml/min,可将乏风中CH4浓度从0.503％提纯到1.162％；在0.3Mpa,处理量600ml/min,可将CH4浓度提纯到1.138％。活性炭AC-2在0.4Mpa,处理量500ml/min,可将乏风中CH4的浓度从0.503％提纯到1.132％；在0.3Mpa,处理量400ml/min,可将CH4浓度提纯到1.112％。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能耗低、工艺简单且操作灵活的低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，包括实验容器、进气管道、支架和出气管道，其特征在于，所述装置还包括蒸汽加热器、蒸汽管道和活性炭，所述实验容器内排有铜管和多组吸附器，实验容器壁上开有多个安装进气管道和出气管道的孔；所述铜管上端通过蒸汽管道与外置的蒸汽加热器连通，蒸汽可在铜管内循环流动；所述活性炭放置于吸附器内；所述进气管道内置有风速传感器、瓦斯浓度传感器和阀门，出气管道内置有瓦斯浓度传感器和阀门，蒸汽管道内置有温度传感器和阀门，且各传感器由相应的引出接线外接设于实验容器上的仪表；所述进气管道位于实验容器下部，所述出气管道分为瓦斯气体出口管道和其他气体出口管道，且瓦斯气体出口管道位于实验容器顶部，其他气体出口管道位于实验容器底部。
优选地，所述铜管呈“S”形盘旋在实验容器内，且所述多组吸附器均匀置于铜管的包围区内。
优选地，所述蒸汽管道内从连接蒸汽加热器的一端开始依次装有蝶阀四和温度传感器；所述进气管道内从进气口处开始依次装有蝶阀一、风速传感器和瓦斯浓度传感器一；所述瓦斯气体出口管道内从连接实验容器的一端开始依次装有蝶阀三和瓦斯浓度传感器三，且所述实验容器内的顶部正对瓦斯气体出口管道处设有瓦斯浓度传感器四；所述其他气体出口管道内从连接实验容器的一端开始依次装有蝶阀二和瓦斯浓度传感器二。
优选地，所述瓦斯气体出口管道的出口处设有抽风机一，所述其他气体出口管道的出口处设有抽风机二。
优选地，所述吸附器由螺栓固定在实验容器的内壁上，所述蒸汽加热器也由螺栓固定在实验容器一侧。
3.有益效果
(1)本发明利用活性炭的化学性质及物理性质对甲烷气体进行吸附，方便且易于控制。
(2)所述铜管呈“S”形盘旋在实验容器内，且所述各吸附器均匀置于铜管的包围区内。使得吸附器上下均有铜管通热蒸汽对所述吸附器加热，促使吸附器受热均匀，有助于甲烷气体从活性炭内脱离出来。
(3)所述进气管道、出气管道和蒸汽管道内均设有相关传感器和蝶阀，实验时观察传感器相应仪表的数值，根据需要通过各蝶阀控制调节气体流量，推动低浓度风流瓦斯甲烷提取实验的成功。
(4)所述出气管道的出气口处均设有抽风机，加快气体抽取速度，提高实验效率。
本发明具有能耗低、工艺简单、成本低、绿色环保、操作灵活方便、常温下连续运行等优势。另外，研究成功的实验装置可以服务于教学和科研，研究成果成功应用到现场后，将会取得巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明所提供的实验装置的结构示意图。
其中，1-进气管道，2-其他气体出口管道，3-瓦斯气体出口管道，4-蒸汽管道，5-实验容器，6-铜管，7-支架，8-蒸汽加热器，9-吸附器，10-瓦斯浓度传感器四，11-固定螺栓，12-引出接线，101-蝶阀一，102-风速传感器，103-瓦斯浓度传感器一，201-蝶阀二，202-瓦斯浓度传感器二，203-抽风机二，301-蝶阀三，302-瓦斯浓度传感器三，303-抽风机一，401-蝶阀四，402-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，包括实验容器5、进气管道1、支架7和出气管道，其特征在于，所述装置还包括蒸汽加热器8、蒸汽管道4和活性炭，所述实验容器5内排有铜管6和多组吸附器9，实验容器5壁上开有多个安装进气管道1和出气管道的孔；所述铜管6上端通过蒸汽管道4与外置的蒸汽加热器8连通，蒸汽可在铜管6内循环流动；所述活性炭放置于吸附器9内；所述进气管道1内置有风速传感器102、瓦斯浓度传感器和阀门，出气管道内置有瓦斯浓度传感器和阀门，蒸汽管道4内置有温度传感器402和阀门，且各传感器由相应的引出接线12外接设于实验容器5上的仪表；所述进气管道1位于实验容器5下部，所述出气管道分为瓦斯气体出口管道3和其他气体出口管道2，且瓦斯气体出口管道3位于实验容器5顶部，其他气体出口管道2位于实验容器5底部。
在本实施例中，所述铜管6呈“S”形盘旋在实验容器5内，且所述多组吸附器9均匀置于铜管6的包围区内。
在本实施例中，所述蒸汽管道4内从连接蒸汽加热器8的一端开始依次装有蝶阀四401和温度传感器402；所述进气管道1内从进气口处开始依次装有蝶阀一101、风速传感器102和瓦斯浓度传感器一103；所述瓦斯气体出口管道3内从连接实验容器5的一端开始依次装有蝶阀三301和瓦斯浓度传感器三302，且所述实验容器5内的顶部正对瓦斯气体出口管道3处设有瓦斯浓度传感器四10；所述其他气体出口管道2内从连接实验容器5的一端开始依次装有蝶阀二201和瓦斯浓度传感器二202。
在本实施例中，所述瓦斯气体出口管道3的出口处设有抽风机一303，所述其他气体出口管道2的出口处设有抽风机二203。
在本实施例中，所述吸附器9由螺栓11固定在实验容器5的内壁上，所述蒸汽加热器8也由螺栓11固定在实验容器一侧。
用上述的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置从矿井风流瓦斯中提取甲烷气体，步骤如下：
a.将矿井风流瓦斯从进气管道1通入实验容器5内；
b.吸附器9内的活性炭吸附其中的甲烷气体，吸附后的其他气体在抽风机二203的作用下经其他气体出口管道2被抽离；
c.上述其他气体抽离结束后，蒸汽加热器8加热，热蒸汽充斥在铜管6内对吸附器9进行加热，使吸附的甲烷气体脱离活性炭的束缚；
d.上述甲烷气体在抽风机一303的作用下经瓦斯气体出口管道3被抽取，从而完成对矿井风流瓦斯中甲烷的提取。
在本实施例中，实验期间须注意观察仪表数值，并通过各阀门进行控制调节流量。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，包括实验容器(5)、进气管道(1)、支架(7)和出气管道，其特征在于，所述装置还包括蒸汽加热器(8)、蒸汽管道(4)和活性炭，所述实验容器(5)内排有铜管(6)和多组吸附器(9)，实验容器(5)壁上开有多个安装进气管道(1)和出气管道的孔；所述铜管(6)上端通过蒸汽管道(4)与外置的蒸汽加热器(8)连通，蒸汽可在铜管(6)内循环流动；所述活性炭放置于吸附器(9)内；所述进气管道(1)内置有风速传感器(102)、瓦斯浓度传感器和阀门，出气管道内置有瓦斯浓度传感器和阀门，蒸汽管道(4)内置有温度传感器(402)和阀门，且各传感器由相应的引出接线(12)外接设于实验容器(5)上的仪表；所述进气管道(1)位于实验容器(5)下部，所述出气管道分为瓦斯气体出口管道(3)和其他气体出口管道(2)，且瓦斯气体出口管道(3)位于实验容器(5)顶部，其他气体出口管道(2)位于实验容器(5)底部。
2.根据权利要求1所述的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，其特征在于，所述铜管(6)呈“S”形盘旋在实验容器(5)内，且所述多组吸附器(9)均匀置于铜管(6)的包围区内。
3.根据权利要求1所述的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，其特征在于，所述蒸汽管道(4)内从连接蒸汽加热器(8)的一端开始依次装有蝶阀四(401)和温度传感器(402)；所述进气管道(1)内从进气口处开始依次装有蝶阀一(101)、风速传感器(102)和瓦斯浓度传感器一(103)；所述瓦斯气体出口管道(3)内从连接实验容器(5)的一端开始依次装有蝶阀三(301)和瓦斯浓度传感器三(302)，且所述实验容器(5)内的顶部正对瓦斯气体出口管道(3)处设有瓦斯浓度传感器四(10)；所述其他气体出口管道(2)内从连接实验容器(5)的一端开始依次装有蝶阀二(201)和瓦斯浓度传感器二(202)。
4.根据权利要求1所述的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，其特征在于，所述瓦斯气体出口管道(3)的出口处设有抽风机一(303)，所述其他气体出口管道(2)的出口处设有抽风机二(203)。
5.根据权利要求1所述的一种低浓度风流瓦斯甲烷提取实验装置，其特征在于，所述吸附器(9)由螺栓(11)固定在实验容器(5)的内壁上，所述蒸汽加热器(8)也由螺栓(11)固定在实验容器一侧。
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