CN203602570U - 一种移动式低浓度煤层气浓缩装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，它包括设置在矿用平板矿车上的PLC集中控制系统，外壳内的一级防爆空气压缩机通过高压胶管顺序连接气体预处理系统、一级变压吸附浓缩系统，特点在于：一级变压吸附浓缩系统通过高压胶管顺序连接外壳内的二级防爆空气压缩机、二级变压吸附浓缩系统。该装置采用模块化整合在矿用平板矿车上，实现快速连接与移动，适合随采随抽、移动抽采的要求，二级防爆空气压缩机、二级变压吸附浓缩系统使用，结合浓缩方法采用两级变压吸附技术浓缩低浓度煤层气，日处理能力≥2.4万m3，产品气中甲烷含量≥80%，甲烷回收率≥60%，装置浓缩后单位成品气能耗为≤1.2kWh/Nm3。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低浓度煤层气浓缩装置及浓缩方法，尤其是采用移动式两级变压吸附技术，实现低浓度煤层气（煤矿瓦斯）浓缩的装置。
背景技术
煤层气，又被称为煤矿瓦斯，是一种与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，主要成分为CH4。我国煤层气资源丰富，居世界第三，埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米。甲烷浓度在1%-30%之间的煤层气，称为低浓度煤层气，其主要通过煤矿瓦斯抽放系统进行开采。低浓度煤层气的开发利用可以有效减少风排瓦斯的数量，改善矿井安全生产条件，提高瓦斯事故防范水平，还可以有效减排温室气体并产生巨大的经济效益。
煤层气是一种优质洁净的能源，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料，在我国目前能源结构依然以煤为主的状况下，开发利用煤层气资源具有重要现实意义。
抽采煤层气同时也是预防煤矿瓦斯事故的重要手段，在采煤之前先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%，加大煤层气的利用率，对于提高瓦斯事故防范水平，具有明显的安全效应。
煤层气是一种对生态环境破坏性极强的温室气体，其温室效应约为二氧化碳的21倍，若直接排放到大气中，将会对环境造成极大的破坏。
煤层气的综合利用对于改善和优化我国日趋严峻的能源结构，改善矿井安全生产条件，保障煤矿安全生产、降低煤矿生产成本、减少大气污染具有重要的经济与社会效益。
近年来，我国煤层气抽采量逐年提高，由2005年的22.3亿立方米增加到2011年的115亿立方米。2012年上半年，我国煤层气抽采量达到64.3亿立方米，同比增长22.8%，其中，煤矿瓦斯抽采50.6亿立方米，利用16.3亿立方米，根据《煤矿安全规程》第一百四十八条相关规定，煤层气利用时甲烷含量不得低于30%，因此，导致在煤矿瓦斯总排量中占较大比例的低浓度煤层气被空放，煤层气整体利用率仅为32.3%，尤其是广大中小煤矿，由于煤矿煤层气抽放过程中，受钻孔与抽放系统密闭不严等因素影响，煤层气利用率更低。2010年前，我国对煤层气的利用基本上只局限于甲烷浓度在30%以上的部分，造成我国低浓度煤层气利用率偏低的主要原因是缺乏有效的、经济的低浓度煤层气利用技术及装备，尤其是适合中小煤矿煤层气抽放特点、可在矿井各抽放地点以及矿井之间移动的低浓度煤层气浓缩利用技术与装备，这也成为制约我国煤层气产业发展的根本原因。
目前，我国低浓度煤层气利用方式主要是提纯后民用和发电、内燃机直接发电、催化氧化气轮机发电等方式，提纯方法主要有低温深冷法、膜分离法与变压吸附法三种，其中：
①低温深冷法产品气甲烷浓度与回收率高，但装置运行成本与一次性投资额大，并只在分离大量气流时才具有经济性，不适合中小规模低浓度煤层气抽采浓缩提纯处理；
②Mehra工艺与金属基液体吸收剂工艺，前者利用碳氢溶剂分离氮气，后者利用金属基液体吸收剂分离甲烷与氮气，但两者均仅处于试验研究阶段，没有投入商业化运行，技术发展不够成熟；
③膜分离法具有灵活便捷的技术优点，但受膜材料选择与制膜工艺影响，现阶段气体分离效果不够理想，另外投资成本高，限制了其大规模的推广；
④变压吸附法操作方便，工艺实用性强，近些年得到较快应用，如变压吸附提取低浓度煤层气甲烷技术，产品气中CH4含量≥96%以上，O2≤0.1%，使用效果良好，但该类技术只适合应用于地面固定式、大规模低浓度煤层气处理，同时设备投资大，运行成本高，对于中低规模低浓度煤层气处理来说，由于低浓度煤层气抽采量有限，大型变压吸附浓缩技术工艺运行时间、服务年限与运行经济性多与现场实际需求不符。
综上所述，我国现阶段缺乏适用于中小规模低浓度煤层气抽采、经济有效的煤层气浓缩技术与装备，致使大量煤层气被排空，导致低浓度利用率极低。因此，结合国内中小煤矿瓦斯抽放随采随抽、移动抽放、抽采规模有限等特点，研究和开发单位能耗低、移动方便、性能优良的低浓度煤层气浓缩利用技术与装备，对于有效控制我国煤矿瓦斯灾害，提高低浓度煤层气利用率，改善能源消耗结构、减少环境污染具有重要现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有地面固定式大规模低浓度煤层气浓缩装置移动不便、对于中小规模煤层气处理适用性差，无法满足中小型矿井瓦斯抽放条件，以及现阶段国内煤层气利用领域缺乏针对中小规模低浓度煤层气处理技术装备不利影响，提供一种可灵活移动的低浓度煤层气变压吸附浓缩装置，该装置既可单独使用也可多台联合高效运转组成大规模煤层气浓缩系统，满足我国中小煤矿煤层气抽采多采用随采随抽、移动抽放的特殊要求，并可在各抽放地点与矿井之间灵活移动，为提高中小型煤矿煤层气抽采的利用水平提供可靠的装备保障，采用移动式两级变压吸附技术，实现低浓度煤层气浓缩甲烷并利用的目标，同时实现煤层气资源的合理化高效利用并有效减小煤层气的排放造成的大气污染。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种移动式低浓度煤层气浓缩装置及浓缩方法。
一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，它包括设置在矿用平板矿车上的PLC集中控制系统，外壳内的一级防爆空气压缩机通过高压胶管顺序连接气体预处理系统、一级变压吸附浓缩系统，特点在于：一级变压吸附浓缩系统通过高压胶管顺序连接外壳内的二级防爆空气压缩机、二级变压吸附浓缩系统。
其中：气体预处理系统顺序包括活性炭除油器、数个过滤器、数个精密过滤器、一级气体压缩系统空气储罐管连接。
其中：一级变压吸附浓缩系统包括气体预处理系统连接管顺序管连接由一级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、一级变压吸附产品气储罐，两个一级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为CMS-220。
其中：一级变压吸附浓缩系统连接管管连接二级防爆空气压缩机。
其中：二级变压吸附浓缩系统包括二级防爆空气压缩机连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐、由二级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐，两个二级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
其中：第一辆矿用平板矿车载有一级防爆空气压缩机，第二辆矿用平板矿车载有气体预处理系统，第三辆矿用平板矿车载有一级变压吸附浓缩系统，第四辆矿用平板矿车载有二级防爆空气压缩机，第五辆矿用平板矿车载有二级变压吸附浓缩系统。
便于理解介绍一下一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，利用矿井瓦斯抽放系统排放的低浓度煤层气，由PLC集中控制系统控制移动式低浓度煤层气浓缩装置，顺序进行一级气体压缩、气体预处理、一级变压吸附浓缩后氧气排空，特点在于：一级变压吸附浓缩后的一级变压吸附产品气顺序进行二级气体压缩、二级变压吸附浓缩氮气排空后入二级变压吸附成品气储罐。
或一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，利用矿井瓦斯抽放系统排放的低浓度煤层气，由PLC集中控制系统控制，将低浓度煤层气通过一级防爆空气压缩机压入气体预处理系统，即通过活性炭除油器除油、数个过滤器、数个精密过滤器除水及除尘后，压入一级气体压缩系统空气储罐，气体进入一级变压吸附浓缩系统，即由立式两塔结构变压吸附塔进行混合气体除氧排空后，气体进入一级变压吸附产品气储罐，特点在于：一级变压吸附产品气储罐中的气体由二级防爆空气压缩机压入二级变压吸附浓缩系统，即压缩至二级气体压缩系统空气储罐后进入立式两塔结构变压吸附塔进行混合气体除氮排空后，进入二级变压吸附成品气储罐。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置采用模块化设计，整套装置由五个模块组成，均被整合在标准轨距煤矿用平板矿车上，从而实现快速连接与移动，满足了煤层气随采随抽、移动抽采的要求，二级防爆空气压缩机10、二级变压吸附浓缩系统11使用，结合一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法采用两级变压吸附技术浓缩低浓度煤层气，日处理能力达到2.4万立方米以上，产品气中甲烷含量可达80%以上，甲烷回收率可达60%以上，装置浓缩后单位成品气能耗为≤1.2kWh/Nm3，该装置既可单独使用，又可构成多机联合运转的低浓度煤层气浓缩系统。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是一种移动式低浓度煤层气浓缩装置原理示意图；
图2是一种移动式低浓度煤层气浓缩装置结构示意图；
图3是一种移动式低浓度煤层气浓缩装置PLC集中控制系统原理示意图；
图4是一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法原理示意图。
图中：1. 一级防爆空气压缩机，2. 气体预处理系统，3. 活性炭除油器，4. 过滤器，5. 精密过滤器，6. 一级气体压缩系统空气储罐，7. 一级变压吸附浓缩系统，8. 一级变压吸附塔，9. 一级变压吸附产品气储罐，10. 二级防爆空气压缩机，11. 二级变压吸附浓缩系统，12. 二级气体压缩系统空气储罐，13. 二级变压吸附塔，14. 二级变压吸附成品气储罐，15. 矿用平板矿车，16. 外壳，201. 一级气体压缩，202. 气体预处理，203. 一级变压吸附浓缩，204. 二级气体压缩，205. 二级变压吸附浓缩。
具体实施方式
实施例一
参见图1、图2、图3，一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，它包括设置在矿用平板矿车15上的PLC集中控制系统，外壳16内的一级防爆空气压缩机1通过高压胶管顺序连接气体预处理系统2、一级变压吸附浓缩系统7，特点在于：一级变压吸附浓缩系统7通过高压胶管顺序连接外壳内的二级防爆空气压缩机10、二级变压吸附浓缩系统11。
其中：气体预处理系统2顺序包括活性炭除油器3、两个过滤器4、三个精密过滤器5、一级气体压缩系统空气储罐6管连接。
其中：一级变压吸附浓缩系统7包括气体预处理系统2连接管顺序管连接由一级变压吸附塔8构成的立式两塔结构变压吸附塔、一级变压吸附产品气储罐9，两个一级变压吸附塔8内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为CMS-220。
其中：一级变压吸附浓缩系统7连接管管连接二级防爆空气压缩机10。
其中：二级变压吸附浓缩系统11包括二级防爆空气压缩机10连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐12、由二级变压吸附塔13构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐14，两个二级变压吸附塔13内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
其中：第一辆矿用平板矿车载有一级防爆空气压缩机1，第二辆矿用平板矿车15载有气体预处理系统2，包括活性炭除油器3、两个过滤器4、三个精密过滤器5、一级气体压缩系统空气储罐6，第三辆矿用平板矿车载有一级变压吸附浓缩系统7，包括由一级变压吸附塔8构成的立式两塔结构变压吸附塔、一级变压吸附产品气储罐9，第四辆矿用平板矿车载有二级防爆空气压缩机10，第五辆矿用平板矿车载有二级变压吸附浓缩系统11，包括二级气体压缩系统空气储罐12、由二级变压吸附塔13构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐14。
便于理解介绍一下一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，参见图1、图2、图3、图4，一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，利用矿井瓦斯抽放系统排放的低浓度煤层气，由PLC集中控制系统控制移动式低浓度煤层气浓缩装置，顺序进行一级气体压缩201、气体预处理202、一级变压吸附浓缩203后氧气排空，特点在于：一级变压吸附浓缩203后的一级变压吸附产品气顺序进行二级气体压缩204、二级变压吸附浓缩205氮气排空后入二级变压吸附成品气储罐14。
便于理解介绍一下具体的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，参见图1、图2、图3、图4，一种移动式低浓度煤层气浓缩装置的浓缩方法，利用矿井瓦斯抽放系统排放的低浓度煤层气，由PLC集中控制系统控制，将低浓度煤层气通过一级防爆空气压缩机1压入气体预处理系统2，即通过活性炭除油器3除油、两个过滤器4、三个精密过滤器5除水及除尘后，压入一级气体压缩系统空气储罐6，气体进入一级变压吸附浓缩系统7，即由立式两塔结构变压吸附塔进行混合气体除氧排空后，气体进入一级变压吸附产品气储罐9，特点在于：一级变压吸附产品气储罐9中的气体由二级防爆空气压缩机10压入二级变压吸附浓缩系统11，即压缩至二级气体压缩系统空气储罐12后进入立式两塔结构变压吸附塔进行混合气体除氮排空后，进入二级变压吸附成品气储罐14。
Claims (9)
1. 一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，它包括设置在矿用平板矿车上的PLC集中控制系统，外壳内的一级防爆空气压缩机通过高压胶管顺序连接气体预处理系统、一级变压吸附浓缩系统，特征在于：一级变压吸附浓缩系统通过高压胶管顺序连接外壳内的二级防爆空气压缩机、二级变压吸附浓缩系统。
2.根据权利要求1所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：气体预处理系统顺序包括活性炭除油器、数个过滤器、数个精密过滤器、一级气体压缩系统空气储罐管连接。
3. 根据权利要求1所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统包括气体预处理系统连接管顺序管连接由一级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、一级变压吸附产品气储罐，两个一级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为CMS-220。
4. 根据权利要求2所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统包括气体预处理系统连接管顺序管连接由一级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、一级变压吸附产品气储罐，两个一级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为CMS-220。
5. 根据权利要求1所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统连接管管连接二级防爆空气压缩机，二级变压吸附浓缩系统包括二级防爆空气压缩机连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐、由二级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐，两个二级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
6. 根据权利要求2所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统连接管管连接二级防爆空气压缩机，二级变压吸附浓缩系统包括二级防爆空气压缩机连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐、由二级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐，两个二级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
7. 根据权利要求3所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统连接管管连接二级防爆空气压缩机，二级变压吸附浓缩系统包括二级防爆空气压缩机连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐、由二级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐，两个二级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
8. 根据权利要求4所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：一级变压吸附浓缩系统连接管管连接二级防爆空气压缩机，二级变压吸附浓缩系统包括二级防爆空气压缩机连接管顺序管连接二级气体压缩系统空气储罐、由二级变压吸附塔构成的立式两塔结构变压吸附塔、二级变压吸附成品气储罐，两个二级变压吸附塔内充填碳分子筛吸收剂为非极性碳素材料，产品号为3KT-172。
9. 根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种移动式低浓度煤层气浓缩装置，其特征在于：第一辆矿用平板矿车载有一级防爆空气压缩机，第二辆矿用平板矿车载有气体预处理系统，第三辆矿用平板矿车载有一级变压吸附浓缩系统，第四辆矿用平板矿车载有二级防爆空气压缩机，第五辆矿用平板矿车载有二级变压吸附浓缩系统。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110551542A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-10 | 中国矿业大学 | 利用低浓度瓦斯制备高浓度甲烷气体的控制系统及方法 |
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2013
- 2013-11-19 CN CN201320737344.1U patent/CN203602570U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110551542A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-10 | 中国矿业大学 | 利用低浓度瓦斯制备高浓度甲烷气体的控制系统及方法 |
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