[发明专利]一种含氧瓦斯气浓度变换装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合气体的初步分离装置及其应用，特别涉及一种可广泛适用于煤矿开采的低浓度排空抽放瓦斯中分离出较高浓度瓦斯气的装置及其应用。

背景技术

瓦斯，俗叫沼气，学名叫做甲烷，本身是一种高品质的清洁能源，也是一种重要的化工原料，在自然界中有很大的储量。我国陆上埋深2000米以浅的煤层瓦斯资源量为31.46万亿立方米，主要分布于24个省区，山西、贵州、新疆、陕西、内蒙、甘肃、川黔滇边界、两淮等地区最丰富。到2004年底，已陆续探明瓦斯储量1023亿立方米。

2005年全国煤矿抽采瓦斯23亿立方米，利用9亿多立方米，利用率42，6％；2006年全国煤矿抽采瓦斯32.4亿立方米，利用11.5亿立方米，利用率35.5％；2007年的瓦斯抽采43亿立方米，13.03亿立方米，利用率30.3％。2008年全国煤矿瓦斯(煤层气)抽采利用目标：抽采量56亿立方米，利用量20亿立方米。其中，煤矿井下瓦斯抽采量48亿立方米，利用量15亿立方米；地面煤层气产能22亿立方米，抽采量8亿立方米，利用量5亿立方米。到2010年，全国煤矿瓦斯抽采量达到100亿立方米(其中井下抽采60亿立方米，利用30亿立方米)。当前，我国煤矿约1.65万处，均采用机械通风，通风能力在3000m³/min至10000m³/min左右，煤矿安全规程规定矿井总排风流中瓦斯浓度不得超过0.75％，平均通风能力按5000m³/min，总回风流瓦斯浓度按0.3％计算，则全年我国煤矿风排瓦斯量为1283.04亿立方米。大量的甲烷排放，不仅对全球气候变化造成影响，同时也损失了大量的清洁能源，由于相对密度较小(密度为0.716kg/m3，空气密度为1.29kg/m3)将上升至大气层顶部。造成大气层外层臭氧层的破坏，造成严重环境污染问题(温室效应)。目前普遍认识是，由于煤矿乏风甲烷含量极低，如果进行分离提纯，耗能要远远超过获取甲烷的能量，很不经济。另外这种浓度的甲烷不能直接燃烧，所以长期以来只能排空，造成了巨大的能源浪费和环境污染，当然，也不乏研究者，国内外对低浓度瓦斯利用技术仅考虑用于辅助燃烧或直接作为主要燃料燃烧，并着手研究低浓度瓦斯安全输送技术标准，制定煤矿瓦斯排放控制标准，而阜矿集团王营矿北风井乏风氧化装置进行煤矿工业性试验，已氧化甲烷10万立方米，减排二氧化碳1200吨。我国煤矿抽放瓦斯利用率低主要是低浓度瓦斯利用不够，而制约低浓度瓦斯利用的主要因素之一就是技术。如果不在思维方法和技术上突破，这种局面将长期持续下去。低浓度瓦斯的有效利用必须解决的难题是：一是如何使实现低及极低浓度瓦斯向高浓度转变，二是转变过程中必须不耗能或少耗能。

如果能将煤矿中排空的瓦斯气体和空气分离，并加以回收利用，无论是其社会效益，还是经济效益，都将是非常可观的。

发明内容

为了解决煤矿中通风排放和抽放排放的低浓度瓦斯造成的能源极大浪费和对环境的破坏问题，本发明提供了一种含氧低浓度瓦斯气变换装置，耗能极低或可不耗能，可以有效从煤矿开采过程中的低浓度含空气瓦斯气中分离出较高浓度瓦斯气，继而实现对瓦斯的有效利用，减少瓦斯对环境的污染。本发明还提供一种该装置的应用。

为实现上述技术目的，该发明采用如下技术方案：

一种含氧瓦斯气浓度变换装置，包括有一个密闭的容器，其上设有低浓度含氧瓦斯气进气口，高浓度瓦斯排气口以及空气排放口。

为进一步实现上述技术目的，所述较高浓度瓦斯排气口设在密闭性容器的顶部位置，低浓度含空气瓦斯气进气口、空气排放口设在容器的底端位置。

作为对上述技术方案的改进，在所述密闭容器中可以设置一些减速挡板，加速瓦斯与含氧空气间的分离(分层)。

本发明的工作原理在于，利用瓦斯密度比空气密度小的性质，在静止或低速状态下，在一定空间范围内，密度小的气体与密度大的气体会自动分离，形成上下层状分布，从而实现瓦斯浓度变浓的目的。具体做法是，将煤矿主扇排放或抽放的较大速度的低浓度含空气瓦斯气(源料气)引入到一个密封的容器中，通过设置的减速装置将混合气体的速度降至最低，并经过一定的距离，实现瓦斯与含氧空气将上下分离。容器上端聚集的是浓度较高的瓦斯，其浓度非常高，这部分气体抽取出来，可以通过其他方式另行处理(发电、民用、液化、送入输气主管等)，使其变废为宝，有效利用；氧气等其它混合气体则通过排空口加以排出。高浓度瓦斯气出口与混合气体的排空口的面积按一定的比例设计，可以保持含氧瓦斯气(源气)收集、高浓度瓦斯气抽取的流量连续。