[发明专利]一种利用太阳能富集煤矿瓦斯的系统

说明书

技术领域

本发明涉及富集煤矿瓦斯技术领域，具体涉及一种利用太阳能富集煤矿瓦斯的系统。

背景技术

现行的富集瓦斯的主要技术途径有深冷分离技术、变压吸附技术和膜分离技术。低温精馏法：利用N₂与CH₄的沸点差将两者分离，成本很高，经济型差；膜分离技术：以膜两侧气体的分压差为推动力，通过组分间传递速率的差异来实现分离，对制膜技术依赖性强、成本高；变压吸附(PSA)分离技术则利用吸附剂在一定压力下对煤层气中CH₄及其他组分的吸附容量不同，将其中CH₄进行分离，其设备复杂，吸附剂的制备能耗大。随着我国对环保的要求不断提高，对降低能耗要求的不断提高，对经济性要求的提高。原有的富集瓦斯技术渐渐不能适应这些要求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用太阳能富集煤矿瓦斯的系统，能够减少富集瓦斯气的能耗和成本，提高经济性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用太阳能富集煤矿瓦斯的系统，包括利用太阳能加热的第一级树冠形管道2，第一级树冠形管道2的入口和煤矿瓦斯出口相连通，第一级树冠形管道2的出口通过泵5和第一甲烷收集器6-1的入口相连通，第一甲烷收集器6-1的出口和利用太阳能加热的第二级树冠形管道8的入口相连通，第二级树冠形管道8的出口通过泵5和第二甲烷收集器6-2的入口相连通，第二甲烷收集器6-2的出口和利用太阳能加热的第三级树冠形管道10的入口相连通，第三级树冠形管道10的出口通过泵5和浓缩瓦斯贮存器11相连通，第一级树冠形管道2的乏气出口和净化装置3相连通，第二级树冠形管道8和第三级树冠形管道10的乏气出口通过循环管道9和第一级树冠形管道2的入口相连通，在第一甲烷收集器6-1和第二甲烷收集器6-2中安装有甲烷浓度感应器7。

所述第一级树冠形管道2、第二级树冠形管道8和第三级树冠形管道10的结构相同，均为树形截面管道1，所述树形截面管道1包括树干形下部管道1-1和树冠形上部管道1-2，所述树冠形上部管道1-2由树冠上型线管道1-2-1和树冠下型线管道1-2-2围成，在树干形下部管道1-1外侧、树冠下型线管道1-2-2外侧下部设置有遮热板2，则树干形下部管道1-1、树冠下型线管道1-2-2以及遮热板2包围成分置于树冠形上部管道1-2之下、树干形下部管道1-1外侧的通风槽3。

在所述通风槽3内引入自然风或人工鼓风对树干形下部管道1-1进行通风冷却。

所述树干形下部管道1-1的截面为矩形或梯形。

所述树冠上型线管道1-2-1为中间高两端低的曲线或折线。

所述树冠下型线管道1-2-2为水平直线、中间高两端低或中间低两端高的曲线或折线。

在所述树干形下部管道1-1和/或树冠下型线管道1-2-2的外表面设置扩展受热面4。

所述扩展受热面为散热翅片。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明使用清洁的太阳能作为热源，充分利用仿生学原理，实现了非机械式甲烷浓缩，充分节能，同时充分利用煤矿资源丰富地区独特的地理优势，有效利用废弃瓦斯气。

本发明利用仿生学优化，将管道设计“树形”，其上表面吸收太阳能集热，产生高温表面，管道下部设置遮热板，设立通风槽，利用对流换热及减少辐射换热量的方式，对管道下部进行冷却，建立低温表面，在温度差和密度差的作用下，通过密度差效应，使甲烷上浮并集中在管道上部，并通过多级浓缩，实现在运输过程中利用太阳能浓缩煤矿瓦斯。

若长方形的截面管道在太阳倾斜入射时，则投影面积太小；若普通的圆形截面管道，虽然在一天中不同时刻具有较大的有效吸收面积，但是由于管道的热传导及下半部分照射到太阳光时也得到加热，这样也没有有效的冷却措施，难以建立较大的而稳定的温差。“树形”管道的表面提高管道对太阳能的吸收效率，并利用这种管道结构上的优势再结合西北地区有风背阴处与太阳直射区会形成较大温度差异的气候特点，有效利用太阳能加热管道上表面，在管道的横截面上建立温差。甲烷与空气相对分子质量不同，在温差的作用下形成密度差，对甲烷组分产生浮升力。这样在高温表面甲烷浓度会比低温表面大，与空气逐渐分离，从而通过密度差效应使瓦斯得到了浓缩。能够减少富集瓦斯气的能耗和成本，提高经济性。

附图说明

图1是本发明太阳能富集煤矿瓦斯的系统示意图。

图2是本发明实施例一树形管道截面形状示意图。