[發明專利]一種含氧瓦斯氣濃度變換裝置及其應用

無效

• 申請號: 200810065499.9
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101240716A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 徐軍
• 申請（專利權）人: 徐軍;章利呈
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;B01D53/00
• 代理公司: 廣東國欣律師事務所
• 代理人: 李瑛

技術領域

本發明涉及一種混合氣體的初步分離裝置及其應用，特別涉及一種可廣泛適用于煤礦開采的低濃度排空抽放瓦斯中分離出較高濃度瓦斯氣的裝置及其應用。

背景技術

瓦斯，俗叫沼氣，學名叫做甲烷，本身是一種高品質的清潔能源，也是一種重要的化工原料，在自然界中有很大的儲量。我國陸上埋深2000米以淺的煤層瓦斯資源量為31.46萬億立方米，主要分布于24個省區，山西、貴州、新疆、陜西、內蒙、甘肅、川黔滇邊界、兩淮等地區最豐富。到2004年底，已陸續探明瓦斯儲量1023億立方米。

2005年全國煤礦抽采瓦斯23億立方米，利用9億多立方米，利用率42，6％；2006年全國煤礦抽采瓦斯32.4億立方米，利用11.5億立方米，利用率35.5％；2007年的瓦斯抽采43億立方米，13.03億立方米，利用率30.3％。2008年全國煤礦瓦斯(煤層氣)抽采利用目標：抽采量56億立方米，利用量20億立方米。其中，煤礦井下瓦斯抽采量48億立方米，利用量15億立方米；地面煤層氣產能22億立方米，抽采量8億立方米，利用量5億立方米。到2010年，全國煤礦瓦斯抽采量達到100億立方米(其中井下抽采60億立方米，利用30億立方米)。當前，我國煤礦約1.65萬處，均采用機械通風，通風能力在3000m³/min至10000m³/min左右，煤礦安全規程規定礦井總排風流中瓦斯濃度不得超過0.75％，平均通風能力按5000m³/min，總回風流瓦斯濃度按0.3％計算，則全年我國煤礦風排瓦斯量為1283.04億立方米。大量的甲烷排放，不僅對全球氣候變化造成影響，同時也損失了大量的清潔能源，由于相對密度較小(密度為0.716kg/m3，空氣密度為1.29kg/m3)將上升至大氣層頂部。造成大氣層外層臭氧層的破壞，造成嚴重環境污染問題(溫室效應)。目前普遍認識是，由于煤礦乏風甲烷含量極低，如果進行分離提純，耗能要遠遠超過獲取甲烷的能量，很不經濟。另外這種濃度的甲烷不能直接燃燒，所以長期以來只能排空，造成了巨大的能源浪費和環境污染，當然，也不乏研究者，國內外對低濃度瓦斯利用技術僅考慮用于輔助燃燒或直接作為主要燃料燃燒，并著手研究低濃度瓦斯安全輸送技術標準，制定煤礦瓦斯排放控制標準，而阜礦集團王營礦北風井乏風氧化裝置進行煤礦工業性試驗，已氧化甲烷10萬立方米，減排二氧化碳1200噸。我國煤礦抽放瓦斯利用率低主要是低濃度瓦斯利用不夠，而制約低濃度瓦斯利用的主要因素之一就是技術。如果不在思維方法和技術上突破，這種局面將長期持續下去。低濃度瓦斯的有效利用必須解決的難題是：一是如何使實現低及極低濃度瓦斯向高濃度轉變，二是轉變過程中必須不耗能或少耗能。

如果能將煤礦中排空的瓦斯氣體和空氣分離，并加以回收利用，無論是其社會效益，還是經濟效益，都將是非常可觀的。

發明內容

為了解決煤礦中通風排放和抽放排放的低濃度瓦斯造成的能源極大浪費和對環境的破壞問題，本發明提供了一種含氧低濃度瓦斯氣變換裝置，耗能極低或可不耗能，可以有效從煤礦開采過程中的低濃度含空氣瓦斯氣中分離出較高濃度瓦斯氣，繼而實現對瓦斯的有效利用，減少瓦斯對環境的污染。本發明還提供一種該裝置的應用。

為實現上述技術目的，該發明采用如下技術方案：

一種含氧瓦斯氣濃度變換裝置，包括有一個密閉的容器，其上設有低濃度含氧瓦斯氣進氣口，高濃度瓦斯排氣口以及空氣排放口。

為進一步實現上述技術目的，所述較高濃度瓦斯排氣口設在密閉性容器的頂部位置，低濃度含空氣瓦斯氣進氣口、空氣排放口設在容器的底端位置。

作為對上述技術方案的改進，在所述密閉容器中可以設置一些減速擋板，加速瓦斯與含氧空氣間的分離(分層)。

本發明的工作原理在于，利用瓦斯密度比空氣密度小的性質，在靜止或低速狀態下，在一定空間范圍內，密度小的氣體與密度大的氣體會自動分離，形成上下層狀分布，從而實現瓦斯濃度變濃的目的。具體做法是，將煤礦主扇排放或抽放的較大速度的低濃度含空氣瓦斯氣(源料氣)引入到一個密封的容器中，通過設置的減速裝置將混合氣體的速度降至最低，并經過一定的距離，實現瓦斯與含氧空氣將上下分離。容器上端聚集的是濃度較高的瓦斯，其濃度非常高，這部分氣體抽取出來，可以通過其他方式另行處理(發電、民用、液化、送入輸氣主管等)，使其變廢為寶，有效利用；氧氣等其它混合氣體則通過排空口加以排出。高濃度瓦斯氣出口與混合氣體的排空口的面積按一定的比例設計，可以保持含氧瓦斯氣(源氣)收集、高濃度瓦斯氣抽取的流量連續。