[發明專利]一種礦井排風中甲烷的回收裝置及其應用

有效

• 申請號: 201310347140.1
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103388487A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 謝應明;范興龍;謝振興;楊遲
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F3/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種礦井排風中甲烷的回收裝置及其應用，屬于制冷工程及化學工程技術領域。

背景技術

目前我國抽排的煤層氣主要是采煤過程中由動采區和采空區產生的混合煤層氣，其中摻進了大量空氣，甲烷濃度變化范圍較大，稱為“煤礦瓦斯”。由于甲烷的爆炸極限是5%-15%，該濃度范圍內的瓦斯氣體利用起來相當的困難和危險，煤礦常常將這種濃度較低的瓦斯氣體直接排放到大氣中，造成了大量能源的浪費。

另外，甲烷的溫室效應是二氧化碳的23倍，對大氣臭氧層的破壞能力是CO₂的7倍，直接排放到大氣中會嚴重影響大氣環境。我國是產煤大國，瓦斯氣體排放量占全球的1/4,每年因采煤向大氣中排放的煤礦瓦斯折合純甲烷達到200億立方米以上（其中，2010年井下瓦斯抽采量為73.5億立方米，利用量僅25億立方米），造成了極大的資源浪費和嚴重的溫室效應。

據統計，2007-2010年，全國瓦斯爆炸事故發生98起，死亡人數902人，造成巨大的經濟損失。

如何經濟有效的控制礦井內甲烷的濃度，并充分回收利用低濃度的瓦斯氣體在安全生產、節能和環保方面都具有重大的意義。

當礦井下的環境溫度超過28℃時，礦工的發病幾率明顯上升。超過30℃時，開始出現中暑甚至死亡事故。我國《礦井安全規程》第102條規定“生產礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃；采掘工作面的空氣溫度超過30℃時，必須停止作業”。我國是世界上第一產煤大國，也是高溫礦井數量多的國家。我國礦井開采深度平均每年以11m的速度向深部延伸。目前，有些礦井開采深度已達到900-1300m。據不完全統計，我國目前已有200多對礦井采掘工作面的溫度超過30℃。所以給礦井降溫，消除熱害是亟待解決的問題。

CN1873285A公開了一種利用水合物富集和儲運煤層氣的方法，該方法是在260K-285K、2MPa-10MPa的條件下，使煤層氣中的甲烷與水生成水合物，提純甲烷。該方法對于較高濃度的瓦斯氣體是可行的，但是當處理低濃度（濃度小于10%）煤層氣中的甲烷氣體時會存在經濟性問題，回收甲烷的成本會大幅度提高，難以得到應用。

CN101530719B和CN101554560B公開了一種低壓處理煤層氣的方法及裝置，該方法的操作壓力為0.11MPa-0.85MPa,操作溫度為3-18℃，處理的對象為甲烷體積百分比≥30%的煤層氣。甲烷水合物的實驗生成壓力一般在3MPa左右，當壓力越低時，水合物生成的驅動力越小，生成速率越小；而且對于濃度更低的難以被利用的瓦斯氣體，該方法并不可行。

因此，尋找一種經濟高效的方法回收礦井排風中的甲烷，既是節能的需要，也是保護環境的需要。

發明內容

????本發明的一個目的在于為了解決上述水合物提取礦井排風中的甲烷時回收成本過高等問題而提供一種礦井排風中甲烷的回收裝置，該回收裝置不但可以提取礦井排風中的甲烷，還可以將脫除甲烷后的剩余低溫氣體與新鮮空氣混合后通入礦井中，調節礦井內的溫度；另外，該回收裝置對甲烷水合物分解時所吸收的冷量加以利用，可提高了制冷機組的制冷系數（COP），因此，利用該回收裝置進行礦井排風中甲烷的回收，不僅減少了能源浪費，而且減少了溫室氣體排放。

本發明的技術方案

一種礦井排風中甲烷的回收裝置，包括除塵器、水合反應器、回熱器、水合物分解器、蒸發器、壓縮機、冷凝器、氣體增壓泵；

所述的除塵器設有氣體入口和氣體出口，該氣體入口用于引入礦井中的排風，氣體出口通過氣體增壓泵后經管道與設置在水合反應器的底部的氣體分布器相連；

所述的氣體分布器為開孔率15%的篩板，孔徑為2mm-5mm，設置的氣體分布器是為了打碎排風中的甲烷氣體形成氣泡以便進一步地與水合反應器中的工作液充分接觸并進行水合反應；

所述的水合反應器的直筒部分的上部設有工作液出口、直筒部分的下部設有工作液的入口，水合反應器的頂部設有氣體排氣口，該氣體排氣口通過管道與排氣控制閥I相連；

所述的水合反應器上方優選安裝擋水板，防止氣流將甲烷水合物漿液帶出；水合反應器中還可安裝磁力攪拌器，來加快甲烷水合物漿液的生成速度；

回熱器的上部設有工作液入口、工作液出口，下部設有冷媒入口、冷媒出口；

水合物分解器的下部設有冷媒入口和冷媒出口、上部設有工作液入口、底部設有工作液出口，頂部設有氣體排放口；

冷凝器上設有冷媒入口和冷媒出口；