CN109107276A - 一种气、水、煤粉分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气、水、煤粉分离装置及分离方法，所述分离装置包括分离器，所述的分离器竖直设置，所述分离器的中间为圆柱体结构，所述分离器的两端为半球形封头结构；所述分离器的上端设置有出气口，所述分离器的下端设置有固体出口，所述分离器的中上部位置设置有混合物入口，所述分离器内部的中上部位置安装有增温螺旋管，所述混合物入口和增温螺旋管连接。本发明通过分离器将气、水、煤粉三相混合物转化为固液—气两相，固液相留在分离器内，气相进入气水分离装置进行水蒸气和煤层气分离，留在分离器的固液相通过重力分离作用进行分离，实现气、水、煤粉的分离、收集和再利用。

Description

一种气、水、煤粉分离装置及分离方法

技术领域

本发明涉及煤层气与煤炭开采技术领域，尤其涉及一种气、水、煤粉分离装置及分离方法。

背景技术

中国构造煤广泛发育且构造煤煤层气资源丰富，煤层气作为一种清洁能源受到广泛关注。采用地面原位煤层气井将煤层气和煤炭共同采出可以作为构造煤煤层气开发的重要手段。但煤层气井钻进过程中产出的煤粒与水呈混合物状态致使气、水、煤难以有效分离收集，且煤粒所含煤层气部分已经解吸呈游离气状态，部分仍然赋存于煤粒内部尚未解吸，增加了分离难度。虽然现有的多相分离技术日趋成熟，但是，仍然难以解决含气煤粒与水混合物的分离难题。

目前的二相分离和三相分离主要是应用于油田的重力沉降、过滤除砂、离心除砂以及旋流器除砂等设备。但分离物质主要是大密度砂粒、轻密度油体和伴生气，而相对低密度小颗粒煤粉、水和煤层气的分离难以达成。广泛应用的洗煤设备虽然可以对煤水混合物进行分离，但却不能分离出煤层气。煤矿井下常用的瓦斯、煤水分离装置与方法主要是对已喷出瓦斯和煤水的分离，也不能解决含未解吸煤层气的气水煤混合物的分离难题。如何设计一种气、水、煤粉分离装置及分离方法是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种气、水、煤粉分离装置及分离方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种气、水、煤粉分离装置，包括分离器，所述的分离器竖直设置，所述分离器的中间为圆柱体结构，所述分离器的两端为半球形封头结构；所述分离器的上端设置有出气口，所述分离器的下端设置有固体出口，所述分离器的中上部位置设置有混合物入口，所述分离器内部的中上部位置安装有增温螺旋管，所述混合物入口和增温螺旋管连接；所述分离器内部的中下部位置安装有搅拌式微波增温器，所述分离器的中下部位置安装有出液管，所述的出液管上安装有浊液沉淀池，所述分离器内部的中下部位置还安装有固液分离挡板，所述的固液分离挡板位于出液管的下部；所述的出气口上安装有第一出气管，所述的第一出气管上安装有除雾罐，所述的除雾罐内安装有除雾段，所述的除雾罐上安装有第二出气管，所述的第二出气管上安装有气水分离装置，所述的气水分离装置包括水箱和气体收集罐，所述的水箱为T型结构，所述的第二出气管伸入水箱的底部，所述的除雾罐和水箱之间连接有排液管，所述水箱的竖直段内安装有液体分离挡板，所述水箱的竖直段上连接有施压箱体，所述的施压箱体内安装有封隔器，所述得封隔器竖直设置且可在施压箱体内移动，所述的施压箱体外设置有施压电机，所述的施压电机和封隔器连接，所述的施压箱体上设置有进水口，所述的进水口位于施压箱体靠近水箱的一侧，所述水箱的上端安装有第三出气管，所述的第三出气管和气体收集罐连接。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述的固液分离挡板上设置有可开合的出料门，所述的液体分离挡板上设置有可开合的过液口。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述的增温螺旋管为螺旋向下的盘管结构，所述的增温螺旋管外安装有电加热装置，所述增温螺旋管的上端设置有若干圆孔。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述分离器的中下部设置有液位控制器，所述的出液管上安装有控制阀门，所述的液位控制器和控制阀门连接。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述的除雾段为若干中空圆管连接成的多层交错的网状结构，所述的除雾段和外部水源连通。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述的分离器上设置有观察窗。

优选的，所述的一种气、水、煤粉分离装置，所述第二出气管靠近除雾罐的一端安装有控制阀一，所述第二出气管靠近水箱的一端安装有控制阀二，所述的第三出气管上安装有控制阀三，所述的施压箱体和水箱之间安装有控制阀四，所述的进水口上安装有控制阀五。

一种气、水、煤粉分离装置的分离方法为：将气、水、煤粉混合物从混合物入口处送至分离器内，在分离器内，气、水、煤粉混合物首先经过螺旋增温器的增温，使煤粉中的煤层气(主要成分为甲烷)在高温下快速解吸出来，解吸出的煤层气从增温螺旋管上的圆孔处排出，并通过第一出气管进入除雾罐内，在除雾罐内通过除雾段的冷却，由于增温而汽化的部分水蒸气通过冷凝形成液态水而排入水箱，解吸气体通过第二出气管进入气水分离装置，此时，水箱内具有一定水位，控制阀三和控制阀四处于关闭状态，控制阀一、控制阀二和控制阀五处于打开状态，液体分离档板上的过液口处于打开状态，解吸气体进入水箱，开始排水集气，当气体达到一定量时，水位下移至液体分离档板位置上方，关闭控制阀二和控制阀五，关闭液体分离挡板上的过液口，打开控制阀三和控制阀四，施压电机工作带动封隔器由右向左移动，施压箱体内的液体将压迫水箱上方气体进入气体收集罐，但液体最高移动位置不能超出水箱最顶端；解吸后的固液混合物从螺旋增温器底部排出并下落至分离器中下部，开启搅拌式微波增温器，对煤粉和水进行搅拌，使剩余煤粉中未解吸的气体全部解吸，解吸的气体由除雾段冷凝后进入气水分离装置并最终由气体收集罐收集，解吸后的煤粉和水由于重力分离作用，固相煤粉在下，水相在上，随着气、水、煤粉混合物持续的、连续的进入，固相煤粉与水相会在分离器底部越聚越多，通过观察窗可以对固相煤粉和液相位置进行观察，并在分离器内部设置液位控制器，如果水位超过设定位置，则控制阀门打开，液体自动由出液管流出至浊液沉淀池内，如果固相煤粉增多至一定位置，关闭固液分离挡板上的出料门，将上部煤粉和水与下部煤粉隔开，然后打开固体出口，将下部的煤粉从固体出口处排出收集。

本发明的优点在于：本发明首先通过分离器将气、水、煤粉三相混合物转化为固液—气两相进行分离，固液相留在分离器内，气相进入气水分离装置，利用气水分离装置将部分汽化的水蒸气和煤层气分离，并分别收集，留在分离器的固液相通过重力分离作用进行分离，并分别收集，整个过程在常压下进行，气、水、煤粉分离效果好，实现气、水、煤粉的分离、收集和再利用。

进一步，在分离的过程中，出料门为打开状态，使煤粉可沉入分离器底部，待煤粉积聚一定高度时，关闭出料门，使底部煤粉和上部煤粉、水隔离，防止排煤粉的过程中水被排出，保证分离效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种气、水、煤粉分离装置，包括分离器1，所述的分离器竖直设置，所述分离器1的中间为圆柱体结构，所述分离器1的两端为半球形封头结构；所述分离器1的上端设置有出气口2，所述分离器1的下端设置有固体出口3，所述分离器1的中上部位置设置有混合物入口4，所述分离器1内部的中上部位置安装有增温螺旋管5，所述混合物入口4和增温螺旋管5连接；所述分离器1内部的中下部位置安装有搅拌式微波增温器6，所述分离器1的中下部位置安装有出液管7，所述的出液管7上安装有浊液沉淀池8，所述分离器1内部的中下部位置还安装有固液分离挡板9，所述的固液分离挡板9位于出液管7的下部；所述的出气口2上安装有第一出气管10，所述的第一出气管10上安装有除雾罐11，所述的除雾罐11内安装有除雾段12，所述的除雾罐11上安装有第二出气管13，所述的第二出气管13上安装有气水分离装置14，所述的气水分离装置14包括水箱15和气体收集罐16，所述的水箱15为T型结构，所述的第二出气管13伸入水箱15的底部，所述的除雾罐11和水箱15之间连接有排液管17，所述水箱15的竖直段内安装有液体分离挡板18，所述水箱15的竖直段上连接有施压箱体19，所述的施压箱体19内安装有封隔器20，所述得封隔器20竖直设置且可在施压箱体19内移动，所述的施压箱体19外设置有施压电机21，所述的施压电机21和封隔器20连接，所述的施压箱体19上设置有进水口22，所述的进水口22位于施压箱体19靠近水箱15的一侧，所述水箱15的上端安装有第三出气管23，所述的第三出气管23和气体收集罐16连接。

搅拌式微波增温器采用现有技术中的可搅拌式加热装置，其对煤粉和水进行搅拌，可使剩余煤粉中未解吸的气体全部解吸。

优选的，所述的固液分离挡板9上设置有可开合的出料门24，所述的液体分离挡板18上设置有可开合的过液口25。

在分离的过程中，出料门为打开状态，使煤粉可沉入分离器底部，待煤粉积聚一定高度时，关闭出料门，使底部煤粉和上部煤粉、水隔离，防止排煤粉的过程中水被排出，保证分离效果；解吸气体刚进入水箱时过液口为打开状态，使气体进入水箱上部，当气体将水位压缩至液体分离挡板附近时，过液口关闭，保证施压箱体内的液体将水箱内的气体压缩至气体收集罐。

优选的，所述的增温螺旋管5为螺旋向下的盘管结构，所述的增温螺旋管5外安装有电加热装置26，所述增温螺旋管5的上端设置有若干圆孔27。

增温螺旋管外安装电加热装置，在气、水、煤粉混合物进入增温螺旋管后，可快速进行加热，使煤粉中的气体快速解吸出来，解吸出的气体从圆孔处排出，并进入出气管。

优选的，所述分离器1的中下部设置有液位控制器28，所述的出液管7上安装有控制阀门29，所述的液位控制器28和控制阀门29连接。

分离器的中下部设置液位控制器，如果水位超过设定位置，则控制器控制控制阀门打开，液体自动由出液管流出至浊液沉淀池内，实现液体的自动回收。

优选的，所述的除雾段12为若干中空圆管连接成的多层交错的网状结构，所述的除雾段12和外部水源连通。

在增温螺旋管增温时，部分水会因汽化而变成水蒸气，并和解吸出的气体一起从圆孔处排出，排出的气体和水蒸气首先进入除雾罐，除雾段的中空圆管内填充有循环冷却水，通过除雾段的冷却作用，水蒸气通过冷凝形成液态水流入水箱。

优选的，所述的分离器1上设置有观察窗30。

分离器上设置观察窗，可以对固相和液相位置进行观察。

优选的，所述第二出气管13靠近除雾罐11的一端安装有控制阀一31，所述第二出气管13靠近水箱15的一端安装有控制阀二32，所述的第三出气管23上安装有控制阀三33，所述的施压箱体19和水箱15之间安装有控制阀四34，所述的进水口22上安装有控制阀五35。

各控制阀的设置，方便对气水分离装置的控制，进而实现水蒸气和煤层气的分离。

本发明首先通过分离器将气、水、煤粉三相混合物转化为固液—气两相进行分离，固液相留在分离器内，气相进入气水分离装置，利用气水分离装置将部分汽化的水蒸气和煤层气分离，并分别收集，留在分离器的固液相通过重力分离作用进行分离，并分别收集，部分夹杂在煤粉中的煤层气通过微波加热器搅拌进行解吸，然后收集，整个过程在常压下进行，气、水、煤粉分离效果好，实现气、水、煤粉的分离、收集和再利用。

一种气、水、煤粉分离装置的分离方法为：将气、水、煤粉混合物从混合物入口处送至分离器内，在分离器内，气、水、煤粉混合物首先经过螺旋增温器的增温，使煤粉中的煤层气(主要成分为甲烷)在高温下快速解吸出来，解吸出的煤层气从增温螺旋管上的圆孔处排出，并通过第一出气管进入除雾罐内，在除雾罐内通过除雾段的冷却，由于增温而汽化的部分水蒸气通过冷凝形成液态水而排入水箱，解吸气体通过第二出气管进入气水分离装置，此时，水箱内具有一定水位，控制阀三和控制阀四处于关闭状态，控制阀一、控制阀二和控制阀五处于打开状态，液体分离档板上的过液口处于打开状态，解吸气体进入水箱，开始排水集气，当气体达到一定量时，水位下移至液体分离档板位置上方，关闭控制阀二和控制阀五，关闭液体分离挡板上的过液口，打开控制阀三和控制阀四，施压电机工作带动封隔器由右向左移动，施压箱体内的液体将压迫水箱上方气体进入气体收集罐，但液体最高移动位置不能超出水箱最顶端；解吸后的固液混合物从螺旋增温器底部排出并下落至分离器中下部，开启搅拌式微波增温器，对煤粉和水进行搅拌，使剩余煤粉中未解吸的气体全部解吸，解吸的气体由除雾段冷凝后进入气水分离装置并最终由气体收集罐收集，解吸后的煤粉和水由于重力分离作用，固相煤粉在下，水相在上，随着气、水、煤粉混合物持续的、连续的进入，固相煤粉与水相会在分离器底部越聚越多，通过观察窗可以对固相煤粉和液相位置进行观察，并在分离器内部设置液位控制器，如果水位超过设定位置，则控制阀门打开，液体自动由出液管流出至液体回收槽内，如果固相煤粉增多至一定位置，关闭固液分离挡板上的出料门，将上部煤粉和水与下部煤粉隔开，然后打开固体出口，将下部的煤粉从固体出口处排出收集。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：包括分离器，所述的分离器竖直设置，所述分离器的中间为圆柱体结构，所述分离器的两端为半球形封头结构；所述分离器的上端设置有出气口，所述分离器的下端设置有固体出口，所述分离器的中上部位置设置有混合物入口，所述分离器内部的中上部位置安装有增温螺旋管，所述混合物入口和增温螺旋管连接；所述分离器内部的中下部位置安装有搅拌式微波增温器，所述分离器的中下部位置安装有出液管，所述的出液管上安装有浊液沉淀池，所述分离器内部的中下部位置还安装有固液分离挡板，所述的固液分离挡板位于出液管的下部；所述的出气口上安装有第一出气管，所述的第一出气管上安装有除雾罐，所述的除雾罐内安装有除雾段，所述的除雾罐上安装有第二出气管，所述的第二出气管上安装有气水分离装置，所述的气水分离装置包括水箱和气体收集罐，所述的水箱为T型结构，所述的第二出气管伸入水箱的底部，所述的除雾罐和水箱之间连接有排液管，所述水箱的竖直段内安装有液体分离挡板，所述水箱的竖直段上连接有施压箱体，所述的施压箱体内安装有封隔器，所述得封隔器竖直设置且可在施压箱体内移动，所述的施压箱体外设置有施压电机，所述的施压电机和封隔器连接，所述的施压箱体上设置有进水口，所述的进水口位于施压箱体靠近水箱的一侧，所述水箱的上端安装有第三出气管，所述的第三出气管和气体收集罐连接。

2.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述的固液分离挡板上设置有可开合的出料门，所述的液体分离挡板上设置有可开合的过液口。

3.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述的增温螺旋管为螺旋向下的盘管结构，所述的增温螺旋管外安装有电加热装置，所述增温螺旋管的上端设置有若干圆孔。

4.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述分离器的中下部设置有液位控制器，所述的出液管上安装有控制阀门，所述的液位控制器和控制阀门连接。

5.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述的除雾段为若干中空圆管连接成的多层交错的网状结构，所述的除雾段和外部水源连通。

6.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述的分离器上设置有观察窗。

7.根据权利要求1所述的一种气、水、煤粉分离装置，其特征在于：所述第二出气管靠近除雾罐的一端安装有控制阀一，所述第二出气管靠近水箱的一端安装有控制阀二，所述的第三出气管上安装有控制阀三，所述的施压箱体和水箱之间安装有控制阀四，所述的进水口上安装有控制阀五。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的气、水、煤粉分离装置的分离方法，其特征在于：将气、水、煤粉混合物从混合物入口处送至分离器内，在分离器内，气、水、煤粉混合物首先经过螺旋增温器的增温，使煤粉中的煤层气(主要成分为甲烷)在高温下快速解吸出来，解吸出的煤层气从增温螺旋管上的圆孔处排出，并通过第一出气管进入除雾罐内，在除雾罐内通过除雾段的冷却，由于增温而汽化的部分水蒸气通过冷凝形成液态水而排入水箱，解吸气体通过第二出气管进入气水分离装置，此时，水箱内具有一定水位，控制阀三和控制阀四处于关闭状态，控制阀一、控制阀二和控制阀五处于打开状态，液体分离档板上的过液口处于打开状态，解吸气体进入水箱，开始排水集气，当气体达到一定量时，水位下移至液体分离档板位置上方，关闭控制阀二和控制阀五，关闭液体分离挡板上的过液口，打开控制阀三和控制阀四，施压电机工作带动封隔器由右向左移动，施压箱体内的液体将压迫水箱上方气体进入气体收集罐，但液体最高移动位置不能超出水箱最顶端；解吸后的固液混合物从螺旋增温器底部排出并下落至分离器中下部，开启搅拌式微波增温器，对煤粉和水进行搅拌，使剩余煤粉中未解吸的气体全部解吸，解吸的气体由除雾段冷凝后进入气水分离装置并最终由气体收集罐收集，解吸后的煤粉和水由于重力分离作用，固相煤粉在下，水相在上，随着气、水、煤粉混合物持续的、连续的进入，固相煤粉与水相会在分离器底部越聚越多，通过观察窗可以对固相煤粉和液相位置进行观察，并在分离器内部设置液位控制器，如果水位超过设定位置，则控制阀门打开，液体自动由出液管流出至液体回收槽内，如果固相煤粉增多至一定位置，关闭固液分离挡板上的出料门，将上部煤粉和水与下部煤粉隔开，然后打开固体出口，将下部的煤粉从固体出口处排出收集。