[发明专利]一种矿井排风中甲烷的回收装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井排风中甲烷的回收装置及其应用，属于制冷工程及化学工程技术领域。

背景技术

目前我国抽排的煤层气主要是采煤过程中由动采区和采空区产生的混合煤层气，其中掺进了大量空气，甲烷浓度变化范围较大，称为“煤矿瓦斯”。由于甲烷的爆炸极限是5%-15%，该浓度范围内的瓦斯气体利用起来相当的困难和危险，煤矿常常将这种浓度较低的瓦斯气体直接排放到大气中，造成了大量能源的浪费。

另外，甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍，对大气臭氧层的破坏能力是CO₂的7倍，直接排放到大气中会严重影响大气环境。我国是产煤大国，瓦斯气体排放量占全球的1/4,每年因采煤向大气中排放的煤矿瓦斯折合纯甲烷达到200亿立方米以上（其中，2010年井下瓦斯抽采量为73.5亿立方米，利用量仅25亿立方米），造成了极大的资源浪费和严重的温室效应。

据统计，2007-2010年，全国瓦斯爆炸事故发生98起，死亡人数902人，造成巨大的经济损失。

如何经济有效的控制矿井内甲烷的浓度，并充分回收利用低浓度的瓦斯气体在安全生产、节能和环保方面都具有重大的意义。

当矿井下的环境温度超过28℃时，矿工的发病几率明显上升。超过30℃时，开始出现中暑甚至死亡事故。我国《矿井安全规程》第102条规定“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃；采掘工作面的空气温度超过30℃时，必须停止作业”。我国是世界上第一产煤大国，也是高温矿井数量多的国家。我国矿井开采深度平均每年以11m的速度向深部延伸。目前，有些矿井开采深度已达到900-1300m。据不完全统计，我国目前已有200多对矿井采掘工作面的温度超过30℃。所以给矿井降温，消除热害是亟待解决的问题。

CN1873285A公开了一种利用水合物富集和储运煤层气的方法，该方法是在260K-285K、2MPa-10MPa的条件下，使煤层气中的甲烷与水生成水合物，提纯甲烷。该方法对于较高浓度的瓦斯气体是可行的，但是当处理低浓度（浓度小于10%）煤层气中的甲烷气体时会存在经济性问题，回收甲烷的成本会大幅度提高，难以得到应用。

CN101530719B和CN101554560B公开了一种低压处理煤层气的方法及装置，该方法的操作压力为0.11MPa-0.85MPa,操作温度为3-18℃，处理的对象为甲烷体积百分比≥30%的煤层气。甲烷水合物的实验生成压力一般在3MPa左右，当压力越低时，水合物生成的驱动力越小，生成速率越小；而且对于浓度更低的难以被利用的瓦斯气体，该方法并不可行。

因此，寻找一种经济高效的方法回收矿井排风中的甲烷，既是节能的需要，也是保护环境的需要。

发明内容

    本发明的一个目的在于为了解决上述水合物提取矿井排风中的甲烷时回收成本过高等问题而提供一种矿井排风中甲烷的回收装置，该回收装置不但可以提取矿井排风中的甲烷，还可以将脱除甲烷后的剩余低温气体与新鲜空气混合后通入矿井中，调节矿井内的温度；另外，该回收装置对甲烷水合物分解时所吸收的冷量加以利用，可提高了制冷机组的制冷系数（COP），因此，利用该回收装置进行矿井排风中甲烷的回收，不仅减少了能源浪费，而且减少了温室气体排放。

本发明的技术方案

一种矿井排风中甲烷的回收装置，包括除尘器、水合反应器、回热器、水合物分解器、蒸发器、压缩机、冷凝器、气体增压泵；

所述的除尘器设有气体入口和气体出口，该气体入口用于引入矿井中的排风，气体出口通过气体增压泵后经管道与设置在水合反应器的底部的气体分布器相连；

所述的气体分布器为开孔率15%的筛板，孔径为2mm-5mm，设置的气体分布器是为了打碎排风中的甲烷气体形成气泡以便进一步地与水合反应器中的工作液充分接触并进行水合反应；

所述的水合反应器的直筒部分的上部设有工作液出口、直筒部分的下部设有工作液的入口，水合反应器的顶部设有气体排气口，该气体排气口通过管道与排气控制阀I相连；

所述的水合反应器上方优选安装挡水板，防止气流将甲烷水合物浆液带出；水合反应器中还可安装磁力搅拌器，来加快甲烷水合物浆液的生成速度；

回热器的上部设有工作液入口、工作液出口，下部设有冷媒入口、冷媒出口；

水合物分解器的下部设有冷媒入口和冷媒出口、上部设有工作液入口、底部设有工作液出口，顶部设有气体排放口；

冷凝器上设有冷媒入口和冷媒出口；