瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置及基于該裝置的瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置及瓦斯提純強(qiáng)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦瓦斯又稱煤層瓦斯，煤層氣是一種以烷烴為主的多組分混合烴類干氣，其中CH4占絕大多數(shù)，另有少量的C2H6、C3H8和C4Hiq,這種CH4干氣里有75%的碳、25%的氫，以及一些非烴類氣體，如NH3、CO2、CO和H2S等，是主要存在于煤礦的伴生氣體，也是造成煤礦井下事故的主要原因之一。其中，瓦斯的主要成分CH4是一種理想的氣體燃料，它無(wú)色無(wú)味，每立方米純CH4的發(fā)熱量為34000KJ，也就是說(shuō)Im3CH4完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于Ikg無(wú)煙煤提供的熱量，與燃煤相比，瓦斯燃燒產(chǎn)物主要為二氧化碳和水，其燃燒所產(chǎn)生的污染，大體上只有石油的1/40，煤炭的1/800，是常規(guī)天然氣最現(xiàn)實(shí)可靠的潔凈、高效、優(yōu)質(zhì)和安全的補(bǔ)充或替代能源。
[0003]近年來(lái)，我國(guó)瓦斯排放量隨著煤炭產(chǎn)量的增加和開(kāi)采深度的加深正逐年提高，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)2003年我國(guó)礦井瓦斯排放量首次突破100億m3，到2011年礦井瓦斯排放量已達(dá)近151億m3，但全國(guó)瓦斯利用量?jī)H53億m3，利用率僅為35%。我國(guó)煤礦瓦斯抽采總量的65%被直接排放到大氣中，這不僅對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重地污染，同時(shí)也浪費(fèi)了寶貴的清潔能源。因此，將煤礦瓦斯分離提純充分的利用起來(lái)，對(duì)緩解常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況、改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)大氣環(huán)境和實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展均具有十分重要的意義。
[0004]鑒于煤礦瓦斯巨大的資源前景和環(huán)境效應(yīng)，國(guó)內(nèi)外許多科技工作者對(duì)瓦斯分離提純做了大量研究，變壓吸附法、低溫分離法、膜分離法、水合物法等分離技術(shù)被相繼提出，其中水合物分離技術(shù)作為一種新型的分離手段，與傳統(tǒng)分離方法相比，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):①水合物法具有壓力損失小，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)；②水合物法可以在0°C以上的溫度下進(jìn)行，可以節(jié)省大量制冷所需的能量，且水合物法對(duì)氣體預(yù)處理要求低。水合物法可處理烷烴成分濃度30%甚至更低的瓦斯氣體，且原料氣不需要脫硫脫水即可固化，節(jié)省了預(yù)處理成本，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍；③水合物法可以簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)省設(shè)備投資;④分離產(chǎn)物儲(chǔ)存容易，安全性好。
[0005]瓦斯水合分離速率、分離濃度和甲烷回收率是瓦斯水合化分離技術(shù)得以應(yīng)用的關(guān)鍵。目前提高水合物生長(zhǎng)速率的促進(jìn)手段主要有攪拌、添加表面活性劑和晶種等方法。但是攪拌方法機(jī)械耗能消耗大，且阻礙水合物聚集;而單一的添加促進(jìn)劑的化學(xué)方法影響氣液接觸降低水合物含氣率，影響瓦斯水合分離速率，且瓦斯水合分離效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決目前瓦斯水合分離速率低，及瓦斯水合分離效果不明顯的問(wèn)題，提出了瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置及基于該裝置的瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置及瓦斯提純強(qiáng)化方法。
[0007]瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置，該裝置用于使瓦斯氣體中的甲烷形成甲烷水合物；該裝置包括水合反應(yīng)釜1、n個(gè)透明反應(yīng)皿2、n個(gè)鼓泡噴頭3、支架4、n個(gè)一號(hào)T形接頭5、一個(gè)二號(hào)T形接頭51、n個(gè)底托6、導(dǎo)管7、進(jìn)氣管8、促進(jìn)劑溶液9和頂蓋10;n為大于等于3的整數(shù)；
[0008]頂蓋10上開(kāi)有進(jìn)氣孔10-1和循環(huán)孔10-2，所述循環(huán)孔10-2用于氣體循環(huán);所述頂蓋10用于密封水合反應(yīng)釜I;水合反應(yīng)釜I內(nèi)部為空腔，且頂端開(kāi)口；
[0009]η個(gè)透明反應(yīng)皿2、n個(gè)鼓泡噴頭3、支架4、n個(gè)一號(hào)T形接頭5、一個(gè)二號(hào)T形接頭51、n個(gè)底托6、導(dǎo)管7和進(jìn)氣管8構(gòu)成反應(yīng)裝置;所述反應(yīng)裝置位于水合反應(yīng)釜I內(nèi)；
[0010]促進(jìn)劑溶液9位于透明反應(yīng)皿2內(nèi)；η個(gè)底托6由上至下等間隔依次排列，且由支架4固定;η個(gè)透明反應(yīng)皿2分別放置在η個(gè)底托6上;η個(gè)一號(hào)T形接頭5均固定在支架4上，且所述η個(gè)一號(hào)T形接頭5通過(guò)導(dǎo)管7連通，所述導(dǎo)管7還通過(guò)二號(hào)T形接頭51與進(jìn)氣管8的一端連通；所述進(jìn)氣管8的另一端與所述進(jìn)氣孔10-1連通;所述一號(hào)T形接頭5的循環(huán)孔連通鼓泡噴頭3的入氣孔;所述鼓泡噴頭3的出氣面朝上，且位于透明反應(yīng)皿2中的促進(jìn)劑溶液9內(nèi)。
[0011]基于瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置的瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置，該裝置包括m套瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置、溫度控制箱ll、m個(gè)溫度傳感器12、m個(gè)壓力傳感器13、殘氣儲(chǔ)罐14、瓦斯儲(chǔ)罐15、循環(huán)閥門16、氣體循環(huán)栗17、氣體干燥筒18、空氣壓縮機(jī)19、氣相色譜儀
20、數(shù)據(jù)采集器21、工控機(jī)22、開(kāi)氣閥門24、進(jìn)氣閥門25、一號(hào)閥門26、檢測(cè)閥門27、二號(hào)閥門28和三號(hào)閥門29;m為大于等于I的整數(shù)；
[0012]m套瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置、m個(gè)溫度傳感器12、m個(gè)壓力傳感器13均放置在溫度控制箱11內(nèi)，溫度控制箱11用于調(diào)節(jié)瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置內(nèi)的溫度；
[0013]溫度傳感器12用于通過(guò)測(cè)溫孔10-3監(jiān)測(cè)瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置中的瓦斯氣體溫度;還用于將監(jiān)測(cè)到的瓦斯氣體溫度傳給至數(shù)據(jù)采集器21;壓力傳感器13用于通過(guò)進(jìn)氣孔10-1監(jiān)測(cè)瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置中的瓦斯氣體壓力;還用于將監(jiān)測(cè)到的瓦斯氣體壓力傳給至數(shù)據(jù)采集器21;數(shù)據(jù)采集器21用于將采集的瓦斯氣體溫度和瓦斯氣體壓力傳送至工控機(jī)22;工控機(jī)22用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集的瓦斯氣體溫度和瓦斯氣體壓力；
[0014]三號(hào)閥門29用于控制殘氣儲(chǔ)罐14工作;殘氣儲(chǔ)罐14用于收集瓦斯氣體中的其余成分的氣體;瓦斯儲(chǔ)罐15用于提供瓦斯；
[0015]氣體循環(huán)栗17用于使瓦斯儲(chǔ)罐15中的瓦斯進(jìn)入水合反應(yīng)釜內(nèi)；氣體干燥筒18用于干燥處于循環(huán)過(guò)程中的瓦斯;空氣壓縮機(jī)19用于驅(qū)動(dòng)氣體循環(huán)栗17和氣體干燥筒18工作；
[0016]循環(huán)閥門16、一號(hào)閥門26和檢測(cè)閥門27處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，瓦斯儲(chǔ)罐15中的瓦斯，依次經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥門25、氣體循環(huán)栗17、開(kāi)氣閥門24和m套瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置中的循環(huán)孔10-2進(jìn)入水合反應(yīng)釜I內(nèi)，待壓力傳感器13監(jiān)測(cè)到水合反應(yīng)釜I內(nèi)的瓦斯氣體壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)19、進(jìn)氣閥門25和氣體循環(huán)栗17，同時(shí)，開(kāi)啟循環(huán)閥門16和一號(hào)閥門26，瓦斯氣體在氣體干燥筒18、開(kāi)氣閥門24、水合反應(yīng)爸1、循環(huán)閥門16和一號(hào)閥門26構(gòu)成的循環(huán)通路中循環(huán)流動(dòng);此時(shí)瓦斯氣體與促進(jìn)劑溶液反應(yīng)得到甲烷水合物和剩余氣體;剩余氣體為其余成分氣體或包含其余成分氣體和低含量甲烷的瓦斯；
[0017]檢測(cè)閥門27和二號(hào)閥門28用于在反應(yīng)過(guò)程每隔1min開(kāi)啟一次，使氣相色譜儀20監(jiān)測(cè)剩余氣體中瓦斯氣體的濃度。
[0018]基于瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置的瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置的瓦斯提純強(qiáng)化方法，該提純強(qiáng)化方法包括下述步驟:
[0019]步驟一、檢查基于瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置的瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置的氣密性；
[0020]步驟二、關(guān)閉進(jìn)氣截止閥24，開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥10min-15min，排除所述瓦斯水合分離提純強(qiáng)化裝置內(nèi)的空氣；
[0021]步驟三、設(shè)定溫度控制箱11內(nèi)的溫度低于甲烷水合物形成時(shí)的溫度值;所述甲烷水合物形成時(shí)的溫度值表示在固定壓力下形成甲烷水合物時(shí)對(duì)應(yīng)的相平衡溫度值；
[0022]步驟四、開(kāi)啟氣體循環(huán)栗17、氣體干燥筒18和空氣壓縮機(jī)19，瓦斯儲(chǔ)罐15內(nèi)的瓦斯氣體經(jīng)進(jìn)氣閥門25、氣體循環(huán)栗17、開(kāi)氣閥門24和m套瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置中的循環(huán)孔10-2進(jìn)入水合反應(yīng)釜I內(nèi)的促進(jìn)劑溶液9內(nèi)，瓦斯氣體與促進(jìn)劑溶液反應(yīng);待壓力傳感器13監(jiān)測(cè)到瓦斯水合分離鼓泡強(qiáng)化裝置中的瓦斯氣體壓力達(dá)到設(shè)定分離壓力時(shí)，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)19、進(jìn)氣閥門25和氣體循環(huán)栗17;開(kāi)啟循環(huán)閥門16、