CN2235850Y - 煤矿井下移动式制氮机 - Google Patents

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胡广杨
汪洪斌
旷裕光
赖挺春
牛永玲
尹辉晶
李辉
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Abstract

本实用新型属于中空纤维膜式空气分离制氮气装置，由矿用防爆型空压机组、压缩空气预处理段和膜分离段三部分构成，安装在平板矿车上、牵引至井下采区附近，制取氮气，用来注氮防灭火。制氮机符合煤矿井下防爆和注氮防灭火对氮气纯度的要求，产气量可调。

Description

煤矿井下移动式制氮机
本实用新型涉及一种中空纤维膜空气分离制取氮气技术，特别是把这种技术应用于煤矿井下制取氮气的机器。
现在的空气分离法有深冷法，分子筛变压吸附法和膜式分离法。中空纤维膜式分离法是近十年来发展起来的方法，美国chemical engineering vol.99.no.10载文中叙述已用于地面的某些领域，适用于煤矿井下条件使用的移动式空气分离制氮机还没有。前两种方法由于体积庞大，不适宜在煤矿井下使用，目前使用它们是通过很长的管路把氮气从地面输送到井下，总的投资很大。膜式分离法具有基础投资少、体积小，使用工艺简单、方便、快捷的特点。膜式空分制氮机用于煤矿井下，首先要求空压机是矿用防爆型的，其次是进入膜分离段气体的预热装置不能是电热式的，因为大功率电热器不容易达到矿井防爆要求。地面使用的此类制氮机是电热式的。
本实用新型的目的是为煤矿井下提供一种矿用防爆型的移动式制氮机，它能够连续地提供大量的符合要求的氮气，为采区防火和灭火服务。
本实用新型的目的是这样实现的：由矿用防爆型空压机组(32)，压缩空气预处理段(33)和膜分离段(4)三部分用管路(14)、(15)、(16)、和(18)串联连接起来，安装在平板矿车上，构成煤矿井下移动式制氮机；空气经空压机(1)压缩产生常温的压缩空气，压缩空气经过预处理段的过滤装置(2)和热交换器(3)的净化和升温，然后进入膜分离段(4)，从膜分离段出来的就是符合要求的氮气，如图1所示，其产氮气量可根据需要调整。制氮机各部件规格与尺寸依巷道空间大小及产氮气量要求而定，三部分都满足煤矿井下的防爆条件要求。
空压机组用来提供压缩空气。所用的矿用防爆型空压机台数依需要的空气总量而定。矿用防爆型空压机的基本结构如图1中的(1)所示：(5)-防爆电动机，(6)-空气压缩机，(7)-冷却器，(8)-油气分离器，(9)-过滤器。在油气分离器(8)和冷却器(7)之间断开，形成热压缩空气的出口和回入口，可以把其余热由(20)和(21)管路引出。
压缩空气预处理段由过滤装置(2)和热交换器(3)组成。过滤装置用来净化压缩空气，除去压缩空气中的水分，灰尘和油雾，其具体结构由图2给出；它包括两级粗过滤器(25)、(26)和两级精过滤器(27)、(28)及活性炭过滤器(29)，(25)、(26)、(27)、(29)和(28)之间依次用管路串联连接。热交换器(3)接在过滤装置(2)和膜段(4)之间，用来加热进入膜分离段的压缩空气；其供热端的入口通过管路(20)接到空压机的油气分离器(8)的出口上，供热端的出口通过管路(21)回接到空压机的冷却器(7)的入口上。利用空压机的余热，经热交换器把压缩空气加热，取消了电加热器，用这种方法达到了矿用防爆要求。
膜分离段含若干个膜组件(30)，膜组件个数依氮气产量而定，膜组件间用管路并联连接，膜组件装在保温箱(31)中保温，提高了膜组件的分离效果，图3为其结构示意图。
图1中与热交换器并联的管路(17)，是通过其调节气体流量的大小，配合热交换器来调节(16)管路中进入膜段的气体温度。
本实用新型由于使用了中空纤维膜组件直接使空气分离出氮气，三部分合起来装在3-4辆矿车上，无其他投资，与已工业化的其它种矿用制氮机相比，基础投资少、单位产氮气成本低、能在井下巷道中移动，操作和管理方便，适合煤矿井下使用。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其3个附图给出。
图1是根据本实用新型提出的煤矿井下移动式制氮机的结构与流程示意图。图2是制氮机压缩空气预处理段的过滤装置(2)结构示意图。图3是制氮机膜分离段(4)的结构示意图。
下面结合图1、图2和图3详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。
图1中的(32)为矿用防爆螺杆式空压机2台，用管路(12)和(13)并联连接，形成一个供气出口(14)，合计功率90kW，供气压力0.7～0.8MPa，供气量为720m3/h。图1中的(2)为压缩空气过滤装置，其详细结构为图2所示，由两级粗过滤器(25)和(26)除去压缩空气中的油、水和灰尘；由两级精过滤器(27)和(28)进一步除去压缩空气中的油雾；活性炭过滤器(29)接在过滤器(27)和(28)之间，以增强压缩空气的净化效果。图1中的(3)为板式换热器，使压缩空气温度在35～55℃，(2)和(3)合为压缩空气预处理段(33)。图1中的(4)为膜分离段，详细结构如图3所示；保温箱(31)内温度控制在35～55℃，由9个膜组件(30)构成。(18)为氮气输出管路，(19)为氧气和氮气混合尾气排出口。其它说明是：(10)-手动阀；(11)-档板阀，也叫单向阀；(22)-温度计；(23)-压力表；(24)-流量计。整机工作时，空压机输出的压缩空气压力在0.7～0.8MPa，膜段前后的压力在0.65～0.75MPa，经过膜分段出来的氮气量在200～240m3/h，氮气纯度≥97％。本实用新型经过3个多月的煤矿井下工业实验，证明是完全适用的。

Claims (6)

1、煤矿井下移动式制氮机是一种把膜式空气分离技术应用于煤矿井下制取氮气的装置，本实用新型的特征在于：整体由矿用防爆型空气压缩机组(32)，压缩空气预处理段(33)和膜分离段(4)三部分组成，它们依次用管路(14)、(15)、(16)和(18)串联连接，装在平板矿车上，可在煤矿井下巷道中移动。
2、根据权利要求1所述的制氮机，其特征是矿用防爆型空气压缩机组，可以是单台空压机，也可以是多台空压机，各空压机(1)间用管路[(12)和(13)]并联连接，组成一个供气出口(14)。
3、根据权利要求1所述的制氮机，其特征是压缩空气预处理段由过滤装置(2)和热交换器(3)组成，过滤装置包含有若干级粗过滤器[(25)和(26)]和若干级精过滤器[(27)和(28)]及活性炭过滤器(29)，过滤器(25)、(26)、(27)、(29)和(28)间依次用管路串联连接。
4、根据权利要求1所述的制氮机，其特征是膜分离段由若干个膜组件(30)组成，膜组件之间用管路并联连接，装在保温箱(31)中。
5、根据权利要求1至4所述的制氮机，其特征是把空压机的油气分离器(8)出口通过管路(20)引到热交换器(3)的加热端入口，热交换器的加热端出口通过管路(21)引回到空压机的冷却器(7)的入口，此引出管路在各空压机间仍然是并联。
6、根据权利要求1所述的制氮机，其特征是在热交换器(3)的受热端之间并联一管路(17)。
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