CN109332154B - 一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法，包括分离仓，所述的分离仓上设置有进料口，所述的进料口上安装有粉碎机，所述分离仓的上端安装有输气管，所述的输气管上安装有集气瓶；所述的分离仓内安装有第一筛网，所述的第一筛网上安装有第一排煤管，所述的第一排煤管伸出分离仓，所述的第一筛网上还安装有激振器，所述的激振器竖直设置，所述激振器的下端安装有声波换能器，所述分离仓的外部安装有振动电机和超声波发生器，所述振动电机和激振器连接。本发明的分离装置结构简单、安全可靠，适合于气、水、煤混合物的分离。

Description

一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法
技术领域
本发明涉及煤和煤层气的开采技术领域，尤其涉及一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法。
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，部分仍然赋存于煤粉内部尚未解吸，增加了分离难度。虽然现有的多相分离技术、煤吸附/解吸甲烷技术日趋成熟，但是，仍然难以解决含气煤粉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。
激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器使使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而使物体进行振动。激振器还可作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的筛分、输送、成型和捣固等工作。激振器可产生单向的或多向的，简谐的或非简谐的激励力。
超声波具有机械振动效应、热效应和空化效应等特点，在筛网上面叠加一个高频率低振幅的超声振动波，超微细粉体接受巨大的超声加速度，使筛面上的物料始终保持悬浮状态，从而抑制粘附、摩擦、平降、楔入等堵网因素，从而解决了强吸附性、易团聚、高静电、高精细、高密度、轻比重等筛分难题。将超声振动引入传统振动筛网，可以改善超微细分体的筛分性能。重庆大学提出了用可控声震法促进煤层气解吸、扩散和渗流新技术，从而提高煤层气抽采率。超声热效应和振荡能使煤表面势能提高并使煤体内部质点发生微位移产生新的微裂隙网络，甲烷分子被煤吸附的几率降低，促进了煤层气的解吸和扩散。实验研究证实，超声波对提高煤层气解吸有很好的效果，且具有安全、高效、环保、经济等优势。高频超声振动作用于煤粒，会促进煤层气解吸。基于此，确有必要开发一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种气、水、煤混合物的分离装置与分离方法。
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、煤混合物的分离装置，包括分离仓，所述的分离仓上设置有进料口，所述的进料口上安装有粉碎机，所述分离仓的上端安装有输气管，所述的输气管上安装有集气瓶；所述的分离仓内安装有第一筛网，所述的第一筛网上安装有第一排煤管，所述的第一排煤管伸出分离仓，所述的第一筛网上还安装有激振器，所述的激振器竖直设置，所述激振器的下端安装有声波换能器，所述分离仓的外部安装有振动电机和超声波发生器，所述振动电机和激振器连接，所述超声波发生器和声波换能器连接，所述声波换能器的上端安装有第二筛网，所述分离仓的下端安装有第二排煤管，所述的第二排煤管竖直设置，所述第二排煤管的上端和第二筛网连接，所述第一排煤管伸出分离仓的一端和第二排煤管的下端都安装有水浴解吸罐，所述的分离仓内还安装有水仓，所述的水仓位于第二筛网的下部，且所述的水仓和第二筛网连通，所述分离仓的下端安装有输水管，所述的输水管和水仓连通，所述的输水管上安装有水槽。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的输气管上沿气体流动方向依次安装有压力表、气体流量计、排气管和压力变送器，所述输气管远离分离仓的一端和集气瓶连接。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的第一筛网为中间高两端低的伞状结构，且所述的第一筛网为多层结构，且多层第一筛网之间上下平行安装，且由上层第一筛网至下层第一筛网网孔逐渐减小，多层所述第一筛网的上端都固定在激振器上，所述最下层的第一筛网的两端都安装有第一排煤管，所述第一排煤管和第一筛网连接处安装有第一挡板，所述第一挡板竖直设置，且第一挡板位于第一排煤管上端开口远离第一筛网的一侧，所述分离仓和第一排煤管之间安装有第一固定板。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的第二筛网为中间高两端低的伞状结构，所述第二筛网的上端和声波换能器的上端连接，所述第二筛网的两端都安装有第二排煤管，所述第二排煤管和第二筛网的连接处安装有第二挡板，所述的第二挡板位于第二排煤管上端开口远离第二筛网的一侧。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的第一排煤管和第二排煤管都通过快速插拔装置和水浴解吸罐连接，所述的水浴解吸罐上安装有集气管，所述集气管远离水浴解吸罐的一端安装有水箱，所述的水箱内安装有集气量筒，所述的集气量筒开口向下，所述集气管远离水浴解吸罐的一端伸入集气量筒内。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的水槽内安装有滤布。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述的快速插拔装置包括固定端和快速插拔端，所述的固定端安装在第一排煤管和第二排煤管上，所述的快速插拔端安装在水浴解吸罐上，所述的固定端包括密封垫，所述的密封垫内安装有母接头和卡簧，所述的卡簧位于母接头正上部，所述密封垫的上端安装有O型密封胶垫，所述的快速插拔端包括空心螺栓，所述的空心螺栓内安装有公接头，所述的公接头和空心螺栓之间安装有O型密封胶垫，所述公接头的下端设置有与卡簧配合的卡槽。
优选的，所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，所述第一筛网和第二筛网的网面都为波浪状起伏结构。
一种气、水、煤混合物的分离装置的分离方法为：将混合物通过粉碎机使煤破碎成相对均匀的颗粒，混合物从进料口进入分离仓，落入第一筛网，第一筛网因为有上下多层，使不同级别的颗粒上至下分开，水相和较细的煤粉颗粒通过逐层筛选落入下部第二筛网上；部分游离气和部分自然解吸气由输气管排出，并由集气瓶收集；较粗的煤颗粒通过筛除后由第一排煤管送至水浴解吸罐内；水相和较小颗粒煤粉落入第二筛网上后，水相从第二筛网进入下部水仓，并通过输水管进入水槽进行收集，较细煤粉颗粒在高频振动下使颗粒呈悬浮状态，避免堵塞孔网，并沿第二筛网的斜面下落至第二排煤管，并由第二排煤管送至水浴解吸罐内；且在振动过程中由于超声波作用、振荡作用使煤层气快速从煤粉中解吸出来，解吸出来的煤层气上浮，并最终通过输气管进入集气瓶；进入各个水浴解吸罐的煤粉，通过控制不同温度进行解吸，解吸后的煤层气由集气量筒进行收集，解吸、收集完毕后通过快速插拔装置更换水浴解吸罐，后将更换掉的水浴解吸罐打开，将煤倾倒出来，并统一收集，三相分离完毕。
本发明的优点在于：本发明的分离装置通过由多层第一筛网和激振器组成的机械高频振动筛网组合，实现了对混合物的多次不同孔网度筛分，尽可能地提高了混合物的分离效率；利用超声波的振动筛分和激励解吸煤层气两个功能，促进煤粉中的煤层气解吸出来，装置整体结构简单，安全可靠，适合于气、水、煤混合物的分离。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明快速插拔装置的结构示意图。
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、煤混合物的分离装置，包括分离仓1，所述的分离仓1上设置有进料口2，所述的进料口2上安装有粉碎机3，所述分离仓1的上端安装有输气管4，所述的输气管4上安装有集气瓶5；所述的分离仓1内安装有第一筛网6，所述的第一筛网6上安装有第一排煤管7，所述的第一排煤管7伸出分离仓1，所述的第一筛网6上还安装有激振器8，所述的激振器8竖直设置，所述激振器8的下端安装有声波换能器9，所述分离仓1的外部安装有振动电机10和超声波发生器11，所述振动电机10和激振器8连接，所述超声波发生器11和声波换能器9连接，所述声波换能器9的上端安装有第二筛网12，所述分离仓1的下端安装有第二排煤管13，所述的第二排煤管13竖直设置，所述第二排煤管13的上端和第二筛网12连接，所述第一排煤管7伸出分离仓的一端和第二排煤管13的下端都安装有水浴解吸罐14，所述的分离仓1内还安装有水仓15，所述的水仓15位于第二筛网12的下部，且所述的水仓15和第二筛网12连通，所述分离仓1的下端安装有输水管16，所述的输水管16和水仓15连通，所述的输水管16上安装有水槽17。
优选的，所述的输气管4上沿气体流动方向依次安装有压力表18、气体流量计19、排气管20和压力变送器21，所述输气管4远离分离仓的一端和集气瓶5连接。
优选的，所述的第一筛网6为中间高两端低的伞状结构，且所述的第一筛网6为多层结构，且多层第一筛网6之间上下平行安装，且由上层第一筛网6至下层第一筛网6网孔逐渐减小，多层所述第一筛网6的上端都固定在激振器8上，所述最下层的第一筛网6的两端都安装有第一排煤管7，所述第一排煤管7和第一筛网6连接处安装有第一挡板22，所述第一挡板22竖直设置，且第一挡板22位于第一排煤管7上端开口远离第一筛网6的一侧，所述分离仓1和第一排煤管7之间安装有第一固定板23。
优选的，所述的第二筛网12为中间高两端低的伞状结构，所述第二筛网12的上端和声波换能器9的上端连接，所述第二筛网12的两端都安装有第二排煤管13，所述第二排煤管13和第二筛网12的连接处安装有第二挡板24，所述的第二挡板24位于第二排煤管13上端开口远离第二筛网12的一侧。
优选的，所述的第一排煤管7和第二排煤管13都通过快速插拔装置25和水浴解吸罐14连接，所述的水浴解吸罐14上安装有集气管26，所述集气管26远离水浴解吸罐14的一端安装有水箱27，所述的水箱27内安装有集气量筒28，所述的集气量筒28开口向下，所述集气管26远离水浴解吸罐14的一端伸入集气量筒28内。
优选的，所述的水槽17内安装有滤布29。
优选的，所述的快速插拔装置25包括固定端30和快速插拔端31，所述的固定端30安装在第一排煤管7和第二排煤管13上，所述的快速插拔端31安装在水浴解吸罐14上，所述的固定端30包括密封垫32，所述的密封垫32内安装有母接头33和卡簧34，所述的卡簧34位于母接头33正上部，所述密封垫32的上端安装有O型密封胶垫35，所述的快速插拔端31包括空心螺栓36，所述的空心螺栓36内安装有公接头37，所述的公接头37和空心螺栓36之间安装有O型密封胶垫35，所述公接头37的下端设置有与卡簧34配合的卡槽38。
优选的，所述第一筛网6和第二筛网12的网面都为波浪状起伏结构。
一种气、水、煤混合物的分离装置的分离方法为：将混合物通过粉碎机使煤破碎成相对均匀的颗粒，混合物从进料口进入分离仓，落入第一筛网，第一筛网因为有上下多层，使不同级别的颗粒上至下分开，水相和较细的煤粉颗粒通过逐层筛选落入下部第二筛网上；部分游离气和部分自然解吸气由输气管排出，并由集气瓶收集；较粗的煤颗粒通过筛除后由第一排煤管送至水浴解吸罐内；水相和较小颗粒煤粉落入第二筛网上后，水相从第二筛网进入下部水仓，并通过输水管进入水槽进行收集，较细煤粉颗粒在高频振动下使颗粒呈悬浮状态，避免堵塞孔网，并沿第二筛网的斜面下落至第二排煤管，并由第二排煤管送至水浴解吸罐内；且在振动过程中由于超声波作用、振荡作用使煤层气快速从煤粉中解吸出来，解吸出来的煤层气上浮，并最终通过输气管进入集气瓶；进入各个水浴解吸罐的煤粉，通过控制不同温度进行解吸，解吸后的煤层气由集气量筒进行收集，解吸、收集完毕后通过快速插拔装置更换水浴解吸罐，后将更换掉的水浴解吸罐打开，将煤倾倒出来，并统一收集，三相分离完毕。
本发明的分离装置通过由多层第一筛网和激振器组成的机械高频振动筛网组合，实现了对混合物的多次不同孔网度筛分，尽可能地提高了混合物的分离效率；利用超声波的振动筛分和激励解吸煤层气两个功能，促进煤粉中的煤层气解吸出来，装置整体结构简单，安全可靠，适合于气、水、煤混合物的分离。
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 (9)

1.一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：包括分离仓，所述的分离仓上设置有进料口，所述的进料口上安装有粉碎机，所述分离仓的上端安装有输气管，所述的输气管上安装有集气瓶；所述的分离仓内安装有第一筛网，所述的第一筛网上安装有第一排煤管，所述的第一排煤管伸出分离仓，所述的第一筛网上还安装有激振器，所述的激振器竖直设置，所述激振器的下端安装有声波换能器，所述分离仓的外部安装有振动电机和超声波发生器，所述振动电机和激振器连接，所述超声波发生器和声波换能器连接，所述声波换能器的上端安装有第二筛网，所述分离仓的下端安装有第二排煤管，所述的第二排煤管竖直设置，所述第二排煤管的上端和第二筛网连接，所述第一排煤管伸出分离仓的一端和第二排煤管的下端都安装有水浴解吸罐，所述的分离仓内还安装有水仓，所述的水仓位于第二筛网的下部，且所述的水仓和第二筛网连通，所述分离仓的下端安装有输水管，所述的输水管和水仓连通，所述的输水管上安装有水槽。
2.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的输气管上沿气体流动方向依次安装有压力表、气体流量计、排气管和压力变送器，所述输气管远离分离仓的一端和集气瓶连接。
3.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的第一筛网为中间高两端低的伞状结构，且所述的第一筛网为多层结构，且多层第一筛网之间上下平行安装，且由上层第一筛网至下层第一筛网网孔逐渐减小，多层所述第一筛网的上端都固定在激振器上，最下层的所述第一筛网的两端都安装有第一排煤管，所述第一排煤管和第一筛网连接处安装有第一挡板，所述第一挡板竖直设置，且第一挡板位于第一排煤管上端开口远离第一筛网的一侧，所述分离仓和第一排煤管之间安装有第一固定板。
4.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的第二筛网为中间高两端低的伞状结构，所述第二筛网的上端和声波换能器的上端连接，所述第二筛网的两端都安装有第二排煤管，所述第二排煤管和第二筛网的连接处安装有第二挡板，所述的第二挡板位于第二排煤管上端开口远离第二筛网的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的第一排煤管和第二排煤管都通过快速插拔装置和水浴解吸罐连接，所述的水浴解吸罐上安装有集气管，所述集气管远离水浴解吸罐的一端安装有水箱，所述的水箱内安装有集气量筒，所述的集气量筒开口向下，所述集气管远离水浴解吸罐的一端伸入集气量筒内。
6.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的水槽内安装有滤布。
7.根据权利要求5所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述的快速插拔装置包括固定端和快速插拔端，所述的固定端安装在第一排煤管和第二排煤管上，所述的快速插拔端安装在水浴解吸罐上，所述的固定端包括密封垫，所述的密封垫内安装有母接头和卡簧，所述的卡簧位于母接头正上部，所述密封垫的上端安装有O型密封胶垫，所述的快速插拔端包括空心螺栓，所述的空心螺栓内安装有公接头，所述的公接头和空心螺栓之间安装有O型密封胶垫，所述公接头的下端设置有与卡簧配合的卡槽。
8.根据权利要求1所述的一种气、水、煤混合物的分离装置，其特征在于：所述第一筛网和第二筛网的网面都为波浪状起伏结构。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的气、水、煤混合物的分离装置的分离方法，其特征在于：将混合物通过粉碎机使煤破碎成相对均匀的颗粒，混合物从进料口进入分离仓，落入第一筛网，第一筛网因为有上下多层，使不同级别的颗粒上至下分开，水相和较细的煤粉颗粒通过逐层筛选落入下部第二筛网上；部分游离气和部分自然解吸气由输气管排出，并由集气瓶收集；较粗的煤颗粒通过筛除后由第一排煤管送至水浴解吸罐内；水相和较小颗粒煤粉落入第二筛网上后，水相从第二筛网进入下部水仓，并通过输水管进入水槽进行收集，较细煤粉颗粒在高频振动下使颗粒呈悬浮状态，避免堵塞孔网，并沿第二筛网的斜面下落至第二排煤管，并由第二排煤管送至水浴解吸罐内；且在振动过程中由于超声波作用、振荡作用使煤层气快速从煤粉中解吸出来，解吸出来的煤层气上浮，并最终通过输气管进入集气瓶；进入各个水浴解吸罐的煤粉，通过控制不同温度进行解吸，解吸后的煤层气由集气量筒进行收集，解吸、收集完毕后通过快速插拔装置更换水浴解吸罐，后将更换掉的水浴解吸罐打开，将煤倾倒出来，并统一收集，三相分离完毕。
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