[發明專利]一種利用太陽能富集煤礦瓦斯的系統

有效

• 申請號: 201210298648.2
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN102824808A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 滕召暉;張航;徐楠;虞昊天;李娜;周屈蘭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;E21F7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及富集煤礦瓦斯技術領域，具體涉及一種利用太陽能富集煤礦瓦斯的系統。

背景技術

現行的富集瓦斯的主要技術途徑有深冷分離技術、變壓吸附技術和膜分離技術。低溫精餾法：利用N₂與CH₄的沸點差將兩者分離，成本很高，經濟型差；膜分離技術：以膜兩側氣體的分壓差為推動力，通過組分間傳遞速率的差異來實現分離，對制膜技術依賴性強、成本高；變壓吸附(PSA)分離技術則利用吸附劑在一定壓力下對煤層氣中CH₄及其他組分的吸附容量不同，將其中CH₄進行分離，其設備復雜，吸附劑的制備能耗大。隨著我國對環保的要求不斷提高，對降低能耗要求的不斷提高，對經濟性要求的提高。原有的富集瓦斯技術漸漸不能適應這些要求。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種利用太陽能富集煤礦瓦斯的系統，能夠減少富集瓦斯氣的能耗和成本，提高經濟性。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種利用太陽能富集煤礦瓦斯的系統，包括利用太陽能加熱的第一級樹冠形管道2，第一級樹冠形管道2的入口和煤礦瓦斯出口相連通，第一級樹冠形管道2的出口通過泵5和第一甲烷收集器6-1的入口相連通，第一甲烷收集器6-1的出口和利用太陽能加熱的第二級樹冠形管道8的入口相連通，第二級樹冠形管道8的出口通過泵5和第二甲烷收集器6-2的入口相連通，第二甲烷收集器6-2的出口和利用太陽能加熱的第三級樹冠形管道10的入口相連通，第三級樹冠形管道10的出口通過泵5和濃縮瓦斯貯存器11相連通，第一級樹冠形管道2的乏氣出口和凈化裝置3相連通，第二級樹冠形管道8和第三級樹冠形管道10的乏氣出口通過循環管道9和第一級樹冠形管道2的入口相連通，在第一甲烷收集器6-1和第二甲烷收集器6-2中安裝有甲烷濃度感應器7。

所述第一級樹冠形管道2、第二級樹冠形管道8和第三級樹冠形管道10的結構相同，均為樹形截面管道1，所述樹形截面管道1包括樹干形下部管道1-1和樹冠形上部管道1-2，所述樹冠形上部管道1-2由樹冠上型線管道1-2-1和樹冠下型線管道1-2-2圍成，在樹干形下部管道1-1外側、樹冠下型線管道1-2-2外側下部設置有遮熱板2，則樹干形下部管道1-1、樹冠下型線管道1-2-2以及遮熱板2包圍成分置于樹冠形上部管道1-2之下、樹干形下部管道1-1外側的通風槽3。

在所述通風槽3內引入自然風或人工鼓風對樹干形下部管道1-1進行通風冷卻。

所述樹干形下部管道1-1的截面為矩形或梯形。

所述樹冠上型線管道1-2-1為中間高兩端低的曲線或折線。

所述樹冠下型線管道1-2-2為水平直線、中間高兩端低或中間低兩端高的曲線或折線。

在所述樹干形下部管道1-1和/或樹冠下型線管道1-2-2的外表面設置擴展受熱面4。

所述擴展受熱面為散熱翅片。

和現有技術相比，本發明具有如下優點：

本發明使用清潔的太陽能作為熱源，充分利用仿生學原理，實現了非機械式甲烷濃縮，充分節能，同時充分利用煤礦資源豐富地區獨特的地理優勢，有效利用廢棄瓦斯氣。

本發明利用仿生學優化，將管道設計“樹形”，其上表面吸收太陽能集熱，產生高溫表面，管道下部設置遮熱板，設立通風槽，利用對流換熱及減少輻射換熱量的方式，對管道下部進行冷卻，建立低溫表面，在溫度差和密度差的作用下，通過密度差效應，使甲烷上浮并集中在管道上部，并通過多級濃縮，實現在運輸過程中利用太陽能濃縮煤礦瓦斯。

若長方形的截面管道在太陽傾斜入射時，則投影面積太??；若普通的圓形截面管道，雖然在一天中不同時刻具有較大的有效吸收面積，但是由于管道的熱傳導及下半部分照射到太陽光時也得到加熱，這樣也沒有有效的冷卻措施，難以建立較大的而穩定的溫差。“樹形”管道的表面提高管道對太陽能的吸收效率，并利用這種管道結構上的優勢再結合西北地區有風背陰處與太陽直射區會形成較大溫度差異的氣候特點，有效利用太陽能加熱管道上表面，在管道的橫截面上建立溫差。甲烷與空氣相對分子質量不同，在溫差的作用下形成密度差，對甲烷組分產生浮升力。這樣在高溫表面甲烷濃度會比低溫表面大，與空氣逐漸分離，從而通過密度差效應使瓦斯得到了濃縮。能夠減少富集瓦斯氣的能耗和成本，提高經濟性。

附圖說明

圖1是本發明太陽能富集煤礦瓦斯的系統示意圖。

圖2是本發明實施例一樹形管道截面形狀示意圖。