[发明专利]一种煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯气体水合固化分离的促进方法。

背景技术

煤矿瓦斯是矿井安全生产的重要危险源，是可以利用清洁能源，是环境破坏的主要工业性气体。据统计，我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占全部矿井的一半左右，每年瓦斯事故造成的死亡人数占煤矿事故总死亡人数的1/3，瓦斯综合利用对于煤矿安全生产、节约能源、保护环境均有重要意义。由此可见，煤矿瓦斯利用的关键是CH₄的分离和浓缩。目前主要有变压吸附法、低温分离法等分离技术，但是现有瓦斯分离方法普遍存在分离成本高，要求抽采瓦斯气体中甲烷浓度必须达到40％以上，才能实现瓦斯混合气体的分离，抽采瓦斯气体甲烷含量低于30％的瓦斯混合气体分离困难。然而，我国大多数矿井抽采的瓦斯有40％资源量属于甲烷浓度30％以下的中低浓度气体，因其成分复杂，浓度不稳定，故不能进行有效利用和远距离输送，难以形成规模效益。现有分离方法处理得到的产物均以高压气态或低温液态储存或运输，稳定性差，安全性不足，需要在特制的瓦斯储存罐中进行储存和运输，储存运输的成本高。

目前，煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法，虽然解决了上述问题，但是对于较低浓度的矿井瓦斯存在水合分离诱导时间长、分离速率小的现象。例如，浓度为59.8％的CH₄的水合物生成的诱导时间长达129min，浓度为40.4％的CH₄水合物生长速率低，仅为2.02×10^-3mol/min，瓦斯气体混合物中CH₄浓度低，分离效率低。

发明内容

本发明为了解决现有煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法存在浓度为59.8％的CH₄的水合物生成的诱导时间长，浓度为40.4％的CH₄水合物生长速率低，瓦斯气体混合物中CH₄浓度低，分离效率低的问题，而提供了一种煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法。

煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法按照以下步骤进行：一、向反应釜中加入占反应釜总体积30％～90％的分离载体；二、将促进剂加入反应釜中，使用真空泵抽出反应釜中空气，其中促进剂是浓度为0.1～0.4mol/L的十二烷基硫酸钠溶液和/或浓度为0.5～2mol/L四氢呋喃溶液，促进剂的加入量为每升反应釜容积中加入0.3～0.8L；三、采用气体增压系统将煤矿瓦斯混合气体压入反应釜，在操作温度为0～5℃，操作压力为4～11MPa的条件下进行水合固化；四、步骤三中水合物进入储存罐，水合固化完毕后气体排入空气中，即实现了煤矿瓦斯混合气体合固化分离的促进；其中步骤一中分离载体为海绵或泡沫金属，海绵为聚氨酯海绵，泡沫金属为泡沫铝、泡沫铜或泡沫不锈钢。

本发明煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法原理如下：利用在0℃时，CH₄、N₂、O₂的水合物相平衡压力分别为2.56MPa、14.30MPa和11.10MPa，因此本发明通过控制实验压力和促进剂浓度以及添加分离载体的方法，使易生成水合物的CH₄从气态变为固态，实现CH₄与其他组分气体快速分离的目的，进而将分离得到的甲烷水合物以固态瓦斯形式进行储存和运输。本发明的方法操作简单，设备性能要求低，降低了分离的成本，分离产物甲烷水合物储存运输方便，减少了储存运输的成本，且本发明方法能分离甲烷浓度低于30％的瓦斯气体，减少了煤矿抽采瓦斯气体的浪费。

本发明中添加的分离载体海绵作为一种多孔介质，增大了瓦斯气体与促进剂溶液相态间物质交换，促进了水合分离过程物质传递；本发明中添加的分离载体泡沫金属孔隙率高，比表面积大，导热效果好，加快了水合分离过程物质传递和热量传递，提高了瓦斯气体混合物的分离速度。

本发明中加入分离载体海绵后，浓度为59.8％的CH₄的水合物生成的诱导时间最短，为51min(而相同条件下无海绵的水合物生产诱导时间为129min)，缩短了诱导时间。瓦斯气体混合物中CH₄浓度提高了10％以上，分离效率高。加入分离载体泡沫金属后，浓度为40.4％的CH₄水合物生长速率为23.03×10^-3mol/min(而相同条件下的无泡沫金属的水合物生长速率为2.02×10^-3mol/min)，提高了水合物生长速率，实现了煤矿瓦斯气体快速水合分离的目的。

具体实施方式