CN220551101U - 一种联合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于甲烷抽排装置技术领域，具体公开了一种联合装置，包括重力除尘器、原生甲烷储气罐、二氧化碳气体储气罐、两相分离器、容器和残余甲烷气体储气罐。原生甲烷储气罐通过第一管道与重力除尘器连接，二氧化碳气体储气罐与第一管道连接，两相分离器通过第二管道与第一管道连接，容器通过二氧化碳气体导气管与两相分离器连接，残余甲烷气体储气罐通过残余甲烷气体导气管与两相分离器连接。本实用新型能够在甲烷抽采过程中对产生的原生甲烷气体、二氧化碳气体、残余甲烷气体等混合气体进行收集、捕获、分离及利用，有效避免煤层内造成的瓦斯超限问题，其气体的分离、驱替、收集及储存效果达到最佳。

Description

一种联合装置

技术领域

本实用新型属于甲烷抽排装置技术领域，特别涉及一种联合装置。

背景技术

我国煤炭资源丰富，煤层气储藏量巨大，拥有巨大开发价值及潜力，煤层气资源的高效开发不仅可有效改变我国现有的能源架构，且有利于减少碳排放。

煤与甲烷相伴相生，煤层中以甲烷气体为主要成分的吸附剂，其主要吸附在煤基质颗粒表面少部分游离于孔隙中，其特点是可以自生自储，而如何将甲烷从煤层中解吸或捕获是煤层气开发中的关键问题。

向煤层中注入二氧化碳气体，将煤层的甲烷驱替出来，产生的驱替效果是目前提高煤层气采收率的重要手段。二氧化碳与甲烷气体通过煤层内部的自身结构，在煤层表面会发生竞争吸附作用，解吸出大量的甲烷气体，不仅提高煤层气的采收效率及煤层增透效果，避免事故的发生并达到强化抽采的目的。

现有技术中，消突技术的关键点一是抽排大量的甲烷气体；二是能够释放煤体的部分能量，形成煤体运动卸压空间。但同样，在甲烷排放过程中也就会直接导致了在大量的甲烷涌出及积聚现象，甚至还会出现突出及喷孔现象等问题。甲烷在抽排过程中，甲烷气体自身中会混杂其他的气体杂质，致使甲烷气体排放速率缓慢，从而向抽采泵、重力除尘器及两相分离器形成负反馈，导致分离的效率差，从而影响甲烷采收率、二氧化碳的驱替效应及煤炭开采的进程的问题，造成了环境污染及清洁不当等缺陷。

为避免环境污染并达到捕获新鲜甲烷气体、实现二氧化碳气体再利用及残余甲烷进行储能等功效，因此，亟待开发一种联合装置。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的是提供一种联合装置，具体提供了一种捕获甲烷并减少碳排放的联合装置，可有效捕获新鲜的甲烷气体，又可以将二氧化碳气体驱替甲烷并收集整合为一个整套的工作系统。

本实用新型的技术方案是：一种联合装置，包括：

重力除尘器，设置有第一进口端、第一出口端，所述第一进口端上设置有进气管道，所述第一出口端上设置有出气管道，所述进气管道、出气管道构成第一管道，进气管道进气端设置有第一阀门，所述第一进口端与进气管道连接处设置有第二阀门，所述第一出口端与出气管道连接处设置有第三阀门，且进气管道上设置有抽采泵；

原生甲烷储气罐，设置有第二进口端，所述第二进口端与第一出口端通过出气管道连接；

二氧化碳气体储气罐，与进气管道连接且连接处设置有第四阀门；

两相分离器，设置有第三进口端、第二出口端、第三出口端，所述第三进口端通过第二管道与进气管道连接，且进气管道与所述第二管道连接处设置有第五阀门，第三进口端与第二管道连接处设置有第六阀门；

容器，通过二氧化碳气体导气管与所述第二出口端连接，且二氧化碳气体导气管上设置有第七阀门，所述容器内放置有饱和碳酸钠溶液；

残余甲烷气体储气罐，通过残余甲烷气体导气管与所述第三出口端连接，且残余甲烷气体导气管上设置有第八阀门和质量流量计。

进一步地，所述第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门均为逆止阀

进一步地，所述残余甲烷气体储气罐进口端设置有第九阀门。

进一步地，所述重力除尘器内部从第一进气口端到第一出气口端依次设置有第一层分离筛、第二层分离筛、第三层分离筛。

更进一步地，所述第一层分离筛、第二层分离筛、第三层分离筛分别通过第一卡扣、第二卡扣、第三卡扣卡设在重力除尘器内部。

进一步地，所述第一层分离筛的过滤目数为40目～80目，第二层分离筛过滤目数为100目～140目，第三层分离筛过滤目数为160目～200目。

进一步地，所述两相分离器内部设置有气体分离膜且气体分离膜将两相分离器内部分割为处理前腔和处理后腔，所述容器通过所述二氧化碳气体导气管与所述处理前腔连接，所述残余甲烷气体储气罐通过残余甲烷气体导气管与所述处理后腔连接。

更进一步地，所述气体分离膜通过气体分离膜卡扣设置在两相分离器内部。

进一步地，所述气体分离膜采用无机陶瓷材料。

本实用新型的工作方法：

1、检查整个装置系统无误后，将钻杆沿钻头钻出圆形孔洞深入至煤层内部，将煤体进行破坏，为煤体产生一定的卸压空间，然后将钻杆沿着煤层内部进行撤出，此目的是为了防止煤与甲烷涌出和突出；

2、打开第一阀门及第二阀门，并启动抽采泵，待抽采泵启动3s后，重力除尘器也将自动启动，使得煤层内部的甲烷等混合气体沿着钻杆向上抽出，防止气体产生高负压；抽出的甲烷等混合气体沿着重力除尘器中的第二阀门进入至重力除尘器内部；将含有原生甲烷的混合气体通过重力除尘器内部进行气体的分离，提取纯净的原生甲烷气体；此阶段是为了使重力除尘器内部降低气流流速和改变流向，较大颗粒的灰尘在重力和惯性力作用下，与气分离，沉降到重力除尘器底部，进行有害杂质的分离去除，并且防止煤尘抑扬，并将重力除尘器内部的分离的甲烷气体流速控制在2.5m/s；

3、关闭第一阀门、抽采泵及第二阀门，当抽采泵关闭10s后，重力除尘器也将自动关闭，目的是将提取的纯净甲烷气体进行预先处置及处理；打开第三阀门，将处理后纯净的甲烷气体流入至原生甲烷气体储气罐内，再关闭第三阀门，得到了捕获后新鲜的甲烷气体；通过原生甲烷气体储气罐收集并捕获新鲜的原生甲烷气体；待反应完全后，打开第一阀门和第五阀门，将反应后的二氧化碳气体及残余甲烷气体的混合气体流经第一管路和第二管路，并打开第六阀门将混合气体进入至两相分离器内将二氧化碳气体和残余甲烷气体进行有效分离，并将两相分离器内气体流速控制在1.5m/s内；

4、关闭第六阀门，打开第八阀门及第七阀门，使之将二氧化碳气体及残余甲烷气体通过二氧化碳导气管及残余甲烷气体导气管进行分离；其中二氧化碳气体通过二氧化碳导气管注入到内置饱和碳酸钠的容器内，与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，用于工业脱硫脱硝，废水处理，消防灭火。而残余的甲烷气体通过残余甲烷导气管经质量流量计内，测定其质量流量，并将残余的甲烷气体通过残余甲烷导气管流入至残余甲烷的储气罐内，进行能源的储存，避免能源的耗散。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型占用空间小，能够在甲烷抽采过程中对产生的原生甲烷气体、二氧化碳气体、残余甲烷气体等混合气体进行收集、捕获、分离及利用，有效避免煤层内造成的瓦斯超限问题；同样改善了环境；本实用新型便于加工，操作简便，安全可靠；其气体的分离、驱替、收集及储存效果达到最佳。

2、本实用新型可对煤层间瓦斯气体进行处理，甲烷的捕获和二氧化碳的回收及利用统筹为一个整体，同时具备捕获甲烷及回收利用二氧化碳的能力。大大提高了工作效率，减少了碳排放；装置内的抽采泵是将煤层间甲烷气体向上抽出；装置内重力除尘器其特点在于进行甲烷气体内的杂质清除；装置内两相分离器其特点在于分离二氧化碳气体和甲烷气体，将分离得到的甲烷气体排入出气管内并流经质量流量计测得其质量流量，达到捕获甲烷的目的；装置内两相分离器其特点在于分离二氧化碳和甲烷气体，将得到的二氧化碳气体排入装有饱和碳酸钠溶液的容器中，二氧化碳与饱和碳酸钠反应，生成碳酸氢钠达到回收二氧化碳的目的，而得到的碳酸氢钠可用于烟气脱硫脱硝，减少大气污染，实现工业的再利用，残余甲烷气体的储气罐是用来储存能量，避免能源资源的浪费。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型除尘器的内部结构示意图；

图3是实用新型两相分离器的内部结构示意图。

其中，1-第一阀门、2-第四阀门、3-二氧化碳气体储气罐、4-抽采泵、5-第五阀门、6-第二阀门、7-重力除尘器、71-第一层分离筛、710-第一卡扣、72-第二层分离筛、720-第二卡扣、73-第三层分离筛、730-第三卡扣、8-第三阀门、9-原生甲烷储气罐、10-第六阀门、11-第二管道、12-两相分离器、121-气体分离膜、122-气体分离膜卡扣、13-第八阀门、14-第七阀门、15-容器、16-质量流量计、17-第九阀门、18-残余甲烷气体储气罐、19-二氧化碳气体导气管、20-残余甲烷气体导气管、21-第一管道。

具体实施方式

下面结合附图1到附图3，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，本实用新型中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不涉及到任何创新。

实施例

如图1所示的一种联合装置，包括重力除尘器7、原生甲烷储气罐9、二氧化碳气体储气罐3、两相分离器12、容器15和残余甲烷气体储气罐18。

重力除尘器7设置有第一进口端、第一出口端，第一进口端上设置有进气管道，第一出口端上设置有出气管道，进气管道、出气管道构成第一管道21，进气管道进气端与煤层相连并伸入煤层内，且进气管道位于煤层下方的连接处设置有第一阀门1，第一进口端与进气管道连接处设置有第二阀门6，第一出口端与出气管道连接处设置有第三阀门8，且进气管道上设置有抽采泵4。重力除尘器7用于对抽出的甲烷等混合气体进行气体的分离，提取得到纯净的原生甲烷气体。

原生甲烷储气罐9设置有第二进口端，第二进口端与第一出口端通过出气管道连接。原生甲烷储气罐9用于存储原生甲烷气体。

二氧化碳气体储气罐3与进气管道连接且连接处设置有第四阀门2。二氧化碳气体储气罐3内部存储有二氧化碳气体，可将二氧化碳气体注入煤层中中进行反应，以将残余的甲烷气体进行辅助排出。

两相分离器12设置有第三进口端、第二出口端、第三出口端，第三进口端通过第二管道11与进气管道连接，且进气管道与第二管道11连接处设置有第五阀门5，第三进口端与第二管道11连接处设置有第六阀门10。两相分离器12用于将二氧化碳气体和残余甲烷气体进行有效分离。

容器15通过二氧化碳气体导气管19与第二出口端连接，且二氧化碳气体导气管19上设置有第七阀门14，容器15内放置有饱和碳酸钠溶液。二氧化碳气体通过二氧化碳气体导气管19通入容器15内与饱和碳酸钠溶液进行反应生成碳酸氢钠，可用于工业脱硫脱硝，废水处理，消防灭火。

残余甲烷气体储气罐18通过残余甲烷气体导气管20与第三出口端连接，且残余甲烷气体导气管20上设置有第八阀门13和质量流量计16。将残余的甲烷气体通过残余甲烷导气管20流入至残余甲烷的储气罐18内，进行能源的储存，避免能源的耗散。

利用上述装置能够有效捕获煤层中新鲜的甲烷气体并减少二氧化碳气体的排放，并将二氧化碳气体驱替甲烷并收集整合为一个整套的有机工作系统，实现工业再利用，同时，大大提高能源的储能性能，加快煤层的卸压及增透效果，并保证收集状态均为封闭状态。

优选的，第二阀门6、第三阀门8、第四阀门2、第五阀门5、第六阀门10、第七阀门14、第八阀门13均为逆止阀

优选的，残余甲烷气体储气罐18进口端设置有第九阀门17。第九阀门17为质量流量计阀门，且第九阀门17为逆止阀。

优选的，如图2所示，重力除尘器7内部从进第一气口端到第一出气口端依次设置有第一层分离筛71、第二层分离筛72、第三层分离筛73。其中，第一层分离筛71、第二层分离筛72、第三层分离筛73均为过滤孔径不同的金属网。

优选的，第一层分离筛71、第二层分离筛72、第三层分离筛73分别通过第一卡扣710、第二卡扣720、第三卡扣730卡设在重力除尘器7内部。在实际使用中可便于拆卸、安装，便于后期的维护。

优选的，第一层分离筛71的过滤目数为40目，第二层分离筛72过滤目数为100目，第三层分离筛73过滤目数为160目。

优选的，如图3所示，两相分离器12内部设置有气体分离膜121且气体分离膜121将两相分离器12内部分割为处理前腔和处理后腔，容器15通过二氧化碳气体导气管19与处理前腔连接，残余甲烷气体储气罐18通过残余甲烷气体导气管20与处理后腔连接。其中，二氧化碳气体导气管19、残余甲烷气体导气管20均为软管。

优选的，气体分离膜121通过气体分离膜卡扣122设置在两相分离器12内部。

优选的，气体分离膜121采用无机陶瓷材料。

其中，第一管道21，抽采泵4，重力除尘器7，原生甲烷气体储气罐9，第二管道11，两相分离器12，二氧化碳储气罐3，残余甲烷气体储气罐18均由硬质合金制作或包覆。

其中，第一阀门1为为煤层底部的阀门，第二阀门6位于重力除尘器7左侧的进气阀门，第三阀门8位于重力除尘器7上部的排气阀门，第四阀门2为二氧化碳气体储气罐阀门，第五阀门5为管道切换阀门，第六阀门10为两相分离器12的进气阀门，第七阀门14为二氧化碳气体导气管19的阀门，第八阀门13为残余甲烷气体导气管20的阀门。

其中，各部件连接处均安装有“O”型密封环以保持装置良好的气密性。

其中，第一层分离筛71、第二层分离筛72、第三层分离筛73均为金属材质，且相互平行设置。

上述实施例的工作方法是：

1、检查整个装置系统无误后，将钻杆沿钻头钻出圆形孔洞深入至煤层内部，将煤体进行破坏，为煤体产生一定的卸压空间，然后将钻杆沿着煤层内部进行撤出，此目的是为了防止煤与甲烷涌出和突出；

2、打开第一阀门1及第二阀门6，并启动抽采泵4，待抽采泵4启动3s后，重力除尘器7也将自动启动，使得煤层内部的甲烷等混合气体沿着钻杆向上抽出，防止气体产生高负压；抽出的甲烷等混合气体沿着重力除尘器7中的第二阀门6进入至重力除尘器7内部；将含有原生甲烷的混合气体通过重力除尘器7内部的第一层分离筛71，第二层分离筛72、第三层分离筛73自下而上进行气体的分离，提取纯净的原生甲烷气体；此阶段是为了使重力除尘器7内部降低气流流速和改变流向，较大颗粒的灰尘在重力和惯性力作用下，与气分离，沉降到重力除尘器7底部，进行有害杂质的分离去除，并且防止煤尘抑扬，并将重力除尘器内部7的分离的甲烷气体流速控制在2.5m/s；

3、关闭第一阀门1、抽采泵4及第二阀门6，当抽采泵4关闭10s后，重力除尘器7也将自动关闭，目的是将提取的纯净甲烷气体进行预先处置及处理；打开第三阀门8，将处理后纯净的甲烷气体流入至原生甲烷气体储气罐9内，再关闭第三阀门8，得到了捕获后新鲜的甲烷气体；通过原生甲烷气体储气罐9收集并捕获新鲜的原生甲烷气体后，考虑到实际生产中煤层中仍然存在残余的甲烷气体，打开第四阀门2和第一阀门1，将存放二氧化碳储气罐3内的二氧化碳气体注入煤层中后，关闭第一阀门1，进行反应；待反应完全后，打开第一阀门1和第五阀门5，将反应后的二氧化碳气体及残余甲烷气体的混合气体流经第一管路21和第二管路11，并打开第六阀门10将混合气体进入至两相分离器12内，通过两相分离器12内的气体分离膜121的目的就是将二氧化碳气体和残余甲烷气体进行有效分离，并将两相分离器12内气体流速控制在1.5m/s内；

4、关闭第六阀门10，打开第八阀门13及第七阀门14，使之将二氧化碳气体及残余甲烷气体通过二氧化碳导气管19及残余甲烷气体导气管进行分离；其中二氧化碳气体通过二氧化碳导气管19注入到内置饱和碳酸钠的容器15内，与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，用于工业脱硫脱硝，废水处理，消防灭火。而残余的甲烷气体通过残余甲烷导气管20经质量流量计16内，测定其质量流量，并打开第九阀门17，将残余的甲烷气体通过残余甲烷导气管20流入至残余甲烷的储气罐18内，进行能源的储存，避免能源的耗散。

上述电子元件的具体型号未作特殊指定，均可以选用市售的普通产品，只要能够满足本实用新型的使用需求即可。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种联合装置，其特征在于，包括：

重力除尘器(7)，设置有第一进口端、第一出口端，所述第一进口端上设置有进气管道，所述第一出口端上设置有出气管道，所述进气管道、出气管道构成第一管道(21)，进气管道的进气端设置有第一阀门(1)，所述第一进口端与进气管道连接处设置有第二阀门(6)，所述第一出口端与出气管道连接处设置有第三阀门(8)，且进气管道上设置有抽采泵(4)；

原生甲烷储气罐(9)，设置有第二进口端，所述第二进口端与第一出口端通过出气管道连接；

二氧化碳气体储气罐(3)，与进气管道连接且连接处设置有第四阀门(2)；

两相分离器(12)，设置有第三进口端、第二出口端、第三出口端，所述第三进口端通过第二管道(11)与进气管道连接，且进气管道与所述第二管道(11)连接处设置有第五阀门(5)，第三进口端与第二管道(11)连接处设置有第六阀门(10)；

容器(15)，通过二氧化碳气体导气管(19)与所述第二出口端连接，且二氧化碳气体导气管(19)上设置有第七阀门(14)，所述容器(15)内放置有饱和碳酸钠溶液；

残余甲烷气体储气罐(18)，通过残余甲烷气体导气管(20)与所述第三出口端连接，且残余甲烷气体导气管(20)上设置有第八阀门(13)和质量流量计(16)。

2.如权利要求1所述的一种联合装置，其特征在于，所述第二阀门(6)、第三阀门(8)、第四阀门(2)、第五阀门(5)、第六阀门(10)、第七阀门(14)、第八阀门(13)均为逆止阀。

3.如权利要求1所述的一种联合装置，其特征在于，所述残余甲烷气体储气罐(18)进口端设置有第九阀门(17)。

4.如权利要求1所述的一种联合装置，其特征在于，所述重力除尘器(7)内部从第一进口端到第一出口端依次设置有第一层分离筛(71)、第二层分离筛(72)、第三层分离筛(73)。

5.如权利要求4所述的一种联合装置，其特征在于，所述第一层分离筛(71)、第二层分离筛(72)、第三层分离筛(73)分别通过第一卡扣(710)、第二卡扣(720)、第三卡扣(730)卡设在重力除尘器(7)内部。

6.如权利要求4所述的一种联合装置，其特征在于，所述第一层分离筛(71)的过滤目数为40目～80目，第二层分离筛(72)过滤目数为100目～140目，第三层分离筛(73)过滤目数为160目～200目。

7.如权利要求1所述的一种联合装置，其特征在于，所述两相分离器(12)内部设置有气体分离膜(121)且气体分离膜(121)将两相分离器(12)内部分割为处理前腔和处理后腔，所述容器(15)通过所述二氧化碳气体导气管(19)与所述处理前腔连接，所述残余甲烷气体储气罐(18)通过残余甲烷气体导气管(20)与所述处理后腔连接。

8.如权利要求7所述的一种联合装置，其特征在于，所述气体分离膜(121)通过气体分离膜卡扣(122)设置在两相分离器(12)内部。

9.如权利要求7所述的一种联合装置，其特征在于，所述气体分离膜(121)采用无机陶瓷材料。