本发明专利技术涉及一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置与方法，该装置让矿井乏风流经多段温度可调的高孔隙率煤样，不仅借助于温度对煤样吸附气体能力的影响提升变压吸附法分离甲烷的效果，而且可以利用空气渗透率远高于甲烷的特点来分离甲烷；从而有效提高矿井乏风的瓦斯浓度。本发明专利技术利用在煤样中预先添加可气化固体颗粒来制作高孔隙率型煤，与普通的多孔介质相比，它对甲烷和空气具有很好的吸附能力差异性；与普通型煤相比，它的孔隙比较发达，便于气体渗流。在系统中布置的若干个气体分离系统，利用甲烷和空气在煤柱中的渗透率差异及其产生的气体浓度分布规律，抽气甲烷浓较高位置的气体，从而实现提高矿井乏风瓦斯浓度的功能，是本发明专利技术的核心技术。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高煤矿乏风瓦斯浓度的装置与方法，特别是关于一种能够根据不同气体在煤体中的吸附能力差异性和渗透率差异性来提高煤矿乏风瓦斯浓度的装置与方法。
技术介绍
众所周知，煤炭在我国一次性能源的消费结构中，占据主导地位；通风是矿井瓦斯防治的一项基本措施，为确保矿井安全生产，《煤矿安全规程》要求矿井总回风流中的瓦斯浓度不大于0.75%，浓度非常低。一个矿井的总回风量，少则几千立方米/分钟，多则几万立方米/分钟；矿井乏风如果直接排放，既浪费能源，又破坏臭氧层；反过来，如果直接利用，发热的效率比较低，不经济，利用价值不高。因此，有必要提高矿井乏风中的瓦斯浓度，便于利用。目前，在有关提高矿井乏风的瓦斯浓度或者甲烷提纯方面，主要有如下方法：变压吸附法、分子筛过滤法（膜分离法）、低温液化法、利用容重差异分离法、气体水合物法和离子液体溶解法等。上述方法对分离甲烷与空气，起到了重要作用，有的甚至于实现了工业化应用；但是，也或多或少的存在一些局限性，如产量问题、经济性问题和安全问题等。为进一步丰富矿井乏风中的瓦斯增浓方法，提高矿井乏风中的瓦斯资源利用率，减少瓦斯排放对环境的影响，有必要对能够提高矿井乏风瓦斯浓度的新方法进行探索。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是提供一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置与方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，包括矿井乏风导入器、管道、管道闸门、气体分离系统和气体抽放系统；所述管道的一端与乏风导入器连接，并在连接处设置闸门；所述气体分离系统安装在管道内部，至少设置两组，沿管道长度顺序布置；两分离系统之间留有间隔，其相对面与管道内壁之间形成瓦斯抽放区域，所述气体抽放系统与瓦斯抽放区域连接；所述气体分离系统包括煤柱、密封垫、低温液体储罐与高温液体储罐；所述密封垫包裹在煤柱外部，密封垫内敷设有液体流通管道，液体流通管道的两端穿过密封垫以及管道，一端连接低温液体储罐和高温液体储罐，另一端连接排液阀，所述低温液体储罐和高温液体储罐配设进液阀门；所述气体抽放系统包括抽气管和抽放泵，抽气管一端穿过管道与瓦斯抽放区域密封连接，另一端与抽气泵连接。所述气体分离系统与管道安装完成后，其外壁与管道的内壁紧密贴合。所述抽气管分别与抽放泵以及管道螺纹连接。所述管道的管壁上预设孔，可以方便液体流通管道的穿出，以及抽气管的安装。所述乏风导入器为喇叭状，其靠近管道端设有用于安装闸门的插槽。所述煤柱为高孔隙率型煤，由煤样中预先添加可气化固体颗粒，并经高温、高压制作而成。所述煤样为肥煤，并添加焦油作为粘结剂。所述可气化固定颗粒为冰或干冰。所述煤柱的制作装置包括：煤样筒、加热器、轴向加压设备，所述煤样筒为圆柱形，加热器包裹在煤样筒外部，轴向加压设备设置在煤样筒上部，并能够进入煤样筒内。所述煤柱的制作方法为：将煤样和可气化固体颗粒的混合物放入煤样筒，对在煤样筒外部对煤样进行加热，并通过加压设备对煤样施加轴向压力，让煤样重新结焦炭化，使可气化固体颗粒挥发出来，从而制备出高孔隙率煤样。一种利用提高矿井乏风瓦斯浓度的装置提高矿井乏风瓦斯浓度的方法为：1）将气体分离系统均布在管道内，所体分离系统之间形成瓦斯抽放区域，将气体分离系统与低温液体储罐和高温液体储罐连接，将气体抽放系统与瓦斯抽放区域连接；将乏风导入器固连于管道的进风端，插入管道闸门将管道封闭；2）关闭高温液体储罐的阀门、排液阀门以及瓦斯抽放系统，打开低温液体储罐的阀门，将低温液体储罐内的低温液体注入液体流通管道，通过导热作用冷却煤柱；其它气体分离系统的煤柱采用同样的方法进行冷却，以便增加煤柱孔隙对甲烷的吸附数量；3）管道闸门处于打开状态，矿井乏风通过乏风导入器1进入管道3，并通过煤柱向管道的尾部渗流，由于空气的渗透率高，它们以更快的速度流往管道尾部，甲烷被煤柱吸附；4）关闭管道闸门，关闭低温液体储罐的阀门，打开高温液体储罐的阀门，将高温液体储罐内的高温液体注入液体流通管道，通过导热作用加热煤柱；其它气体分离系统的煤柱采用同样的方法进行加热，以便增加煤柱孔隙内甲烷的解吸数量；5）启动所有抽放系统的抽放泵，抽取瓦斯抽放区域内的高浓度瓦斯气体；抽放完毕后打开管道闸门进入下一个循环作业。本专利技术的工作原理为：煤样与可气化固体颗粒混在一起放置于圆形煤样筒内，在高温高压作用下形成煤柱，由于可气化固体颗粒的挥发，导致型煤内的孔隙特别发达，便于气体渗流。在气体流动时，乏风依次经过以煤柱作为主体的气体分离系统以及抽放区域，一方面，由于空气的渗透率远高于甲烷，空气以更快的速度流往管道的尾部，必然导致气体浓度在整个系统中的重新分布，甲烷浓度呈先上升后下降的趋势，空气浓度呈先下降后上升的趋势，导致抽放区域本身的甲烷浓度比较高；另一方面，煤柱孔隙表面对甲烷的吸附能力要高于空气，在解吸出来的气体中，甲烷所占比例自然较高，并且这部分气体也将流向抽放区域。另外，气体分离系统利用液体流通管道走低温液体，降低煤柱温度，最大限度的增加煤柱孔隙表面吸附气体的数量；在关闭管道闸门，准备利用抽放系统抽取气体时，液体流通管道走高温液体，升高煤柱温度，让吸附于煤柱孔隙表面的瓦斯尽快解吸出来，强化了变压吸附法分离甲烷和空气的效果，从而实现矿井乏风的瓦斯增浓效果。本专利技术的有益效果是：本专利技术可为企业提供一种提高矿井乏风瓦斯浓度的装置与方法，该装置让矿井乏风流经多段温度可调的高孔隙率煤样，不仅可借助于温度对煤样吸附气体能力的影响，提升变压吸附法分离甲烷的效果，而且可以利用空气渗透率远高于甲烷的特点（导致系统中部：甲烷浓度高，空气浓度低）来分离甲烷；从而有效提高矿井乏风的瓦斯浓度。本专利技术利用在煤样中预先添加可气化固体颗粒来制作高孔隙率型煤，与普通的多孔介质相比，它对甲烷和空气具有很好的吸附能力差异性；与普通型煤相比，它的孔隙比较发达，便于气体渗流。在系统中布置的若干个气体分离系统，利用甲烷和空气在煤柱中的渗透率差异及其产生的气体浓度分布规律，抽气甲烷浓较高位置的气体，从而实现提高矿井乏风瓦斯浓度的功能，是本专利技术的核心技术。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是煤柱的制作装置的结构示意图。图中标记如下：1.乏风导入器，2.管道闸门，3.管道，4.气体分离系统，4-1煤柱、4-2密封垫、4-3.液体流通管道、4-4.阀门、4-5.阀门、4-6.低温液体储罐、4-7.高温液体储罐、4-8.阀门、5.气体抽放系统，5-1抽气管、5-2.抽放泵，6.煤柱的制作装置，6-1.加热器、6-2.煤样筒、6-3.轴向加压设施。具体实施方式如图1所示，它由1个乏风导入器1、1个管道3、1个管道闸门2、若干个气体分离系统4，若干个气体抽放系统5组成。其中，每个气体分离系统4均包括1个煤柱4-1、1个密封垫4-2、1个液体流通管道4-3、1个低温液体储罐4-6和1个高温液体储罐4-7、每个气体抽放系统5均包括1个抽气管5-1和1个抽放泵5-2；其中，煤柱的制作装置6包括1个加热器6-1、1个煤样筒6-2和1个轴向加压设施6-3。管道3与乏风导入器1采用电焊联接，矿井乏风导入器1的上部留有缺口，管道闸门2从此插入。密封垫4-2包裹煤柱4-1，并内置液体流通管道4-3，一起放置在管道3内的合适位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，包括矿井乏风导入器、管道、管道闸门、气体分离系统和气体抽放系统；所述管道的一端与乏风导入器连接，并在连接处设置闸门；所述气体分离系统安装在管道内部，至少设置两组，沿管道长度顺序布置；两分离系统之间留有间隔，其相对面与管道内壁之间形成瓦斯抽放区域，所述气体抽放系统与瓦斯抽放区域连接；所述气体分离系统包括煤柱、密封垫、低温液体储罐与高温液体储罐；所述密封垫包裹在煤柱外部，密封垫内敷设有液体流通管道，液体流通管道的两端穿过密封垫以及管道，一端连接低温液体储罐和高温液体储罐，另一端连接排液阀，所述低温液体储罐和高温液体储罐配设进液阀门；所述气体抽放系统包括抽气管和抽放泵，抽气管一端穿过管道与瓦斯抽放区域密封连接，另一端与抽气泵连接。
【技术特征摘要】
1.一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，包括矿井乏风导入器、管道、管道闸门、气体分离系统和气体抽放系统；所述管道的一端与乏风导入器连接，并在连接处设置闸门；所述气体分离系统安装在管道内部，至少设置两组，沿管道长度顺序布置；两分离系统之间留有间隔，其相对面与管道内壁之间形成瓦斯抽放区域，所述气体抽放系统与瓦斯抽放区域连接；所述气体分离系统包括煤柱、密封垫、低温液体储罐与高温液体储罐；所述密封垫包裹在煤柱外部，密封垫内敷设有液体流通管道，液体流通管道的两端穿过密封垫以及管道，一端连接低温液体储罐和高温液体储罐，另一端连接排液阀，所述低温液体储罐和高温液体储罐配设进液阀门；所述气体抽放系统包括抽气管和抽放泵，抽气管一端穿过管道与瓦斯抽放区域密封连接，另一端与抽气泵连接。2.根据权利要求1所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述管道的管壁上预设孔，可以方便液体流通管道的穿出，以及抽气管的安装。3.根据权利要求1所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述乏风导入器为喇叭状，其靠近管道端设有用于安装闸门的插槽。4.根据权利要求1所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述煤柱为高孔隙率型煤，由煤样中预先添加可气化固体颗粒，并经高温、高压制作而成。5.根据权利要求4所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述煤样为肥煤，并添加焦油作为粘结剂。6.根据权利要求4所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述可气化固定颗粒为冰或干冰。7.根据权利要求1所述的一种能够提高矿井乏风瓦斯浓度的装置，其特征在于，所述煤柱的制作装置包括：煤样筒、加热器、轴向加压设备，所述煤样筒为圆柱形，加热器包裹在煤样筒外部，轴向加压设备设置在煤样筒上部，并能够进入煤样筒内。8.根据权利要求1~7所述的任意一种权利要求所述的一种利用提高矿井乏风瓦斯浓度的装置提高矿井乏风瓦斯浓度的方法，其特征在于，具体步骤为：1）将气体分离系统均布在管道内，所体分离系统之间形成瓦斯抽放区域，将气体分离系统与低温液体储罐和高温液体储罐连接，将气体抽放系统与瓦斯抽放区域连接；将乏风导入器固连于管道的进风端，插入管道闸门将管道封闭；2）关闭高温液体储罐的阀门、...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐黎明，张旭锟，赵嵘，陈学习，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13
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