CN217052150U - 一种采空区煤层气开采分离装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于地质勘查技术领域，具体为一种采空区煤层气开采分离装置。解决了目前采空区中的煤层气抽采利用率较低，多种气体资源存在浪费的技术问题。该装置包括打入采空区的抽采井以及配套的抽油机；抽采井内下入套管，抽油机的抽油杆伸入套管内；套管顶部通过管路连接有沉淀池，套管和抽采井之间的环空通过管路连接有CO2薄膜分离装置，CO2薄膜分离装置设有混合气体出口和CO2气体出口，混合气体出口连接有内设脱氧催化剂的脱氧罐，CO2气体出口连接有CO2输送管路；脱氧罐的出口连接有N2薄膜分离装置，N2薄膜分离装置设有CH4气体出口和N2气体出口，分别连接有CH4输送管路和N2输送管路；N2输送管路连接有N2储集罐。
Description
技术领域
本实用新型属于地质勘查技术领域，具体为一种采空区煤层气开采分离装置。
背景技术
煤炭采空区由于其负压效应，会导致残余煤层中的煤层气解吸并聚集到其中，将采空区中的煤层气抽采出来，是一种开采煤层气的新思路。由于采空区内气体组分复杂（主要为N2、CO2、CH4、H2O等），现阶段的处理方案一般有低浓度煤层气（CH4）提纯和低浓度煤层气燃爆发电等。而低浓度煤层气提纯方案由于成本较高，所以目前采空区煤层气抽采项目一般采用第二种方案。但是利用低浓度煤层气燃爆发电，无法用于农村的生活用气。这样不仅需要建设配套的发电厂，而且若该区域采空区煤层气资源枯竭后，发电厂便只能废弃。根本问题在于，这种抽采方案仅仅能够利用CH4，其余气体资源都浪费了。
发明内容
本实用新型为解决目前采空区中的煤层气抽采利用率较低，多种气体资源存在浪费的技术问题，提供一种采空区煤层气开采分离装置。
本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种采空区煤层气开采分离装置，包括打入采空区的抽采井以及配套的抽油机；抽采井内下入套管，抽油机的抽油杆伸入套管内；套管顶部通过管路连接有沉淀池，套管和抽采井之间的环空通过管路连接有CO2薄膜分离装置，CO2薄膜分离装置设有混合气体出口和CO2气体出口，混合气体出口连接有内设脱氧催化剂的脱氧罐，CO2气体出口连接有CO2输送管路；脱氧罐的出口连接有N2薄膜分离装置，N2薄膜分离装置设有CH4气体出口和N2气体出口，分别连接有CH4输送管路和N2输送管路；N2输送管路连接有N2储集罐。
其中所述采空区是指其内部赋存有低浓度CH4混合气体，具有抽采开发价值的采空区。这些混合气体除了CH4以外，一般还有CO2、N2、O2和采空区积水等。
采空区煤层气抽采时，水从套管中间抽出，低浓度CH4混合气体从套管和井壁的环空中抽出。
CO2薄膜分离装置的主要作用将CO2和其余混合气体实现分离达到分离CO2的效果。
脱氧罐的作用是通过脱氧催化剂，将混合气体中的O2通过催化剂反应掉，达到去除混合气体中O2的目的，防止CH4在特定的浓度区间发生爆炸。
N2薄膜分离装置的主要作用是允许CH4通过但不允许N2通过，达到分离N2和CH4的效果。
沉淀池通过管路与盐分过滤装置相连接，盐分过滤装置的主要作用是采用薄膜过滤+催化剂反应的途径，将采空区积水中多余的盐类离子分离，使水质达到能够用于农业灌溉的标准。
CO2输送管路通过注入井将CO2注入地下地质封存，或者注入盐碱地的地下地质封存，达到CO2地质封存和盐碱地改造的目的。
进一步的，CH4输送管路通过分支管路输送至农村家庭使用， N2储集罐通过输送管路输送至化肥厂生产化肥，农业灌溉和农业化肥可以应用于高标准农田建设。
本实用新型提出的技术不仅可以将现有采空区内的CH4资源充分运用到广大的农村地区，解决农村“用气荒”的问题，还能够将CO2进行地质封存，达“碳减排”的目的，在碳交易市场上产生经济效益；其次，分离的大量N2可用于化肥工业，生产的化肥又可以用于农业生产；再次，煤层气抽采的排采水经过净化处理，也可以用于农业灌溉，达到一举多得，经济循环的目标，对于当前“振兴农村”来讲是一项具有实践意义的发展思路，也是服务“高标准农田建设”的一项循环经济体制。
附图说明
图1本实用新型结构示意图。
1-采空区，2-CO2薄膜分离装置，3-盐碱地，4-脱氧罐，5-N2薄膜分离装置，6-N2储集罐，7-化肥厂，8-沉淀池，9-盐分过滤装置，10-农业灌溉，11-农业化肥、12-高标准农田，13-抽油机，14-水，15-低浓度CH4混合气体，16-农村生活用气，17-抽采井，18-套管，19-CO2储气系统。
具体实施方式
本实用新型提出一种服务于高标准农田建设的采空区煤层气开采方案，通过N2利用和CO2封存的农村循环经济收益来反哺低浓度煤层气（CH4）提纯的成本，项目抽采的煤层气也可以用于农村日常做饭、取暖等使用，同时生产的化肥和水均可用于高标准农田建设，提高农业生产率，一举多得。
一种采空区煤层气开采分离装置，包括打入采空区1的抽采井17以及配套的抽油机13；抽采井17内下入套管18，抽油机13的抽油杆伸入套管18内；套管18顶部通过管路连接有沉淀池8，套管18和抽采井17之间的环空通过管路连接有CO2薄膜分离装置2，CO2薄膜分离装置2设有混合气体出口和CO2气体出口，混合气体出口连接有内设脱氧催化剂的脱氧罐4，CO2气体出口连接有CO2输送管路；脱氧罐4的出口连接有N2薄膜分离装置5，N2薄膜分离装置5设有CH4气体出口和N2气体出口，分别连接有CH4输送管路和N2输送管路；N2输送管路连接有N2储集罐6，实现采空区多种混合气体以及水的分离与高效利用。
沉淀池8通过管路与盐分过滤装置9相连接；所述CO2输送管路通过注入井将CO2注入地下/盐碱地地质封存。注入井还与外部CO2储气系统19相连接。
CH4输送管路通过分支管路输送至农村家庭使用；N2储集罐通过输送管路输送至化肥厂7。
图1是本实用新型中一种服务于高标准农田建设的采空区煤层气开采分离方案的实施例示意图。
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型：
结合图1所示：一种采空区煤层气开采分离装置，包括采空区1、CO2薄膜分离装置2、盐碱地3、脱氧罐4、N2薄膜分离装置5、N2储集罐6、化肥厂7、沉淀池8、盐分过滤装置9、农业灌溉10、农业化肥11、高标准农田12、抽油机13、抽采井17、套管18。
CO2薄膜分离装置2包括圆柱形筒体以及安装在筒体内的由亲CO2纳米高分子材料做成的分离筛管，混合气体出口开在分离筛管下游一侧的筒体上；CO2气体出口开在分离筛管的上游一侧的筒体上；N2薄膜分离装置5包括圆柱形筒体以及安装在筒体内的CH4/N2分离薄膜，CH4气体出口开在分离薄膜的下游一侧的筒体上，N2气体出口开在分离薄膜的上游一侧的筒体上。
其中所述采空区1是指其内部赋存有低浓度CH4混合气体，具有抽采开发价值的采空区。这些混合气体除了CH4以外，一般还有CO2、N2、O2和采空区积水等。
进一步的，所述盐碱地3是指无法进行农业耕种的盐碱地，可以将CO2注入到其下部的咸水层，不仅能够将CO2进行地质封存，还能改善盐碱地的PH性质，将其转化为可以正常耕种的农用耕地。
进一步的，采空区煤层气抽采时，水从套管中间抽出，低浓度CH4混合气体从套管和井壁的环空中抽出。
进一步的，CO2薄膜分离装置2的主要作用是采用亲CO2纳米高分子材料，达到分离CO2的效果。
进一步的，脱氧罐4的目的是将混合气体中的O2通过催化剂反应掉，达到去除混合气体中O2的目的，防止CH4在特定的浓度区间发生爆炸。
进一步的，N2薄膜分离装置5的主要作用是允许CH4通过但不允许N2通过的高分子纳米材料，达到分离N2的效果。
进一步的，盐分过滤装置9的的主要作用是采用薄膜过滤+催化剂反应的途径，将采空区积水中多余的盐类离子分离，使水质达到能够用于农业灌溉的标准。
工作原理：采空区煤层气抽采时，水从套管中间抽出，低浓度CH4混合气体从套管和井壁的环空中抽出；抽出的混合气体经过CO2薄膜分离装置2后，分离的CO2注入盐碱地3中，达到CO2地质封存和盐碱地改造的目的；剩余的混合气体经过脱氧罐4中的催化剂后，混合气体中的O2通过催化剂反应，防止CH4在特定的浓度区间发生爆炸；剩余的混合气体再经过N2薄膜分离装置5后，高纯度CH4通过管道输送到附近农村，用于农村生活用气；剩余的高纯度N2则通过管道输送到附近的化肥厂，生产的化肥将用于农业耕种；井口抽出的水经过沉淀池沉淀除杂和暴晒杀菌后，再经过盐分过滤装置9，将多余的盐类离子分离，使水质达到能够用于农业灌溉的标准，然后用于农业灌溉10。农业灌溉10和农业化肥11应用于已经改造好的盐碱地，进行高标准农田建设12。
CO2的分离技术及装置，N2的分离技术及装置、盐分过滤以及脱氧催化剂的应用，都是现有公知技术，有多种方案可供选择使用。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种采空区煤层气开采分离装置，包括打入采空区（1）的抽采井（17）以及配套的抽油机（13）；抽采井（17）内下入套管（18），抽油机（13）的抽油杆伸入套管（18）内；其特征在于，套管（18）顶部通过管路连接有沉淀池（8），套管（18）和抽采井（17）之间的环空通过管路连接有CO2薄膜分离装置（2），CO2薄膜分离装置（2）设有混合气体出口和CO2气体出口，混合气体出口连接有内设脱氧催化剂的脱氧罐（4），CO2气体出口连接有CO2输送管路；脱氧罐（4）的出口连接有N2薄膜分离装置（5），N2薄膜分离装置（5）设有CH4气体出口和N2气体出口，分别连接有CH4输送管路和N2输送管路；N2输送管路连接有N2储集罐（6）。
2.如权利要求1所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，沉淀池（8）通过管路与盐分过滤装置（9）相连接。
3.如权利要求2所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，所述CO2输送管路通过注入井将CO2注入地下地质封存。
4.如权利要求3所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，所述CO2输送管路通过注入井将CO2注入盐碱地的地下地质封存。
5.如权利要求4所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，注入井还与外部CO2储气系统（19）相连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，CO2薄膜分离装置（2）包括圆柱形筒体以及安装在筒体内的由亲CO2纳米高分子材料做成的分离筛管，混合气体出口开在分离筛管下游一侧的筒体上；CO2气体出口开在分离筛管的上游一侧的筒体上；N2薄膜分离装置（5）包括圆柱形筒体以及安装在筒体内的CH4/N2分离薄膜，CH4气体出口开在分离薄膜的下游一侧的筒体上，N2气体出口开在分离薄膜的上游一侧的筒体上。
7.如权利要求1-5任一项所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，CH4输送管路通过分支管路输送至农村家庭使用。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种采空区煤层气开采分离装置，其特征在于，N2储集罐（6）通过输送管路输送至化肥厂（7）。
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