一种煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法技术

一种煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法，它涉及一种瓦斯气体分离的促进方法。本发明专利技术解决了现有煤矿瓦斯混合气体的水合固化分离方法存在５９．８％ＣＨ↓［４］的水合物生成的诱导时间长，４０．４％ＣＨ↓［４］水合物生长速率低，瓦斯气体混合物中ＣＨ↓［４］浓度低，分离效率低的问题。方法：一、加入分离载体；二、促进剂加入反应釜中，然后抽出空气；三、煤矿抽采瓦斯气体压入反应釜，进行水合固化；四、水合固化后水合物进入储存罐，即完成。本发明专利技术中５９．８％ＣＨ↓［４］的水合物生成的诱导时间为５１ｍｉｎ。瓦斯气体混合物中ＣＨ↓［４］浓度提高了１０％以上，分离效率高。４０．４％ＣＨ↓［４］水合物生长速率高达２３．０３×１０↑［－３］ｍｏｌ／ｍｉｎ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种瓦斯气体水合固化分离的促进方法。
技术介绍
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的分离和浓縮。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 中甲垸浓度必须达到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%资源量属于甲垸浓度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2.02X10-3mol/min，瓦斯气体混合物中CH4 浓度低，分离效率低。
技术实现思路
本专利技术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°C，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，泡沬金属为泡沬铝、泡沬铜或泡沫不锈钢。本专利技术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°C 时，CH4、N2、02的水合物相平衡压力分别为2.56MPa、 14.30MPa和11.10MPa， 因此本专利技术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垸水合物以固态瓦斯形式进行储存和运输。本专利技术的方法 操作简单，设备性能要求低，降低了分离的成本，分离产物甲垸水合物储存运 输方便，减少了储存运输的成本，且本专利技术方法能分离甲垸浓度低于30%的瓦 斯气体，减少了煤矿抽采瓦斯气体的浪费。本专利技术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；本专利技术中添加的分离 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。本专利技术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)，縮短了诱导时间。瓦斯气体混合物中CH4浓度提高了 10%以上，分 离效率高。加入分离载体泡沬金属后，浓度为40.4%的CH4水合物生长速率 为23.03 X 1(^mol/min(而相同条件下的无泡沫金属的水合物生长速率为2.02X 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。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式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禾n/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°C，操作压力为 4~llMPa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、泡沬铜或泡沬不锈钢。本实施方式使用的反应釜为可视化反应釜。本实施方式步骤二中促进剂由浓度为0.1~0.4mol/L的十二烷基硫酸钠溶 液和浓度为0.5 2mol/L四氢呋喃溶液组成时，则浓度为0.1 0.4mol/L的十二 垸基硫酸钠溶液和浓度为0.5~2mol/L四氢呋喃溶液可按照任意体积比混合。本实施方式步骤三中反应釜置于恒温控制箱，启动恒温控制箱，设定瓦斯 混合气体水合固化的温度和压力，反应釜内气-液-水合物三相平衡后，取水合 物组分进行色谱分析，检测煤矿抽采瓦斯气体中CH4的分离提纯效果。本实施方式中经检测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。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CHt水合物生 长速率为23.03 X 10—3mol/min。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向反应 釜中加入占反应釜总体积30%的分离载体。其它步骤及参数与具体实施方式一 相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向反应 釜中加入占反应釜总体积50%的分离载体。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向反应 釜中加入占反应釜总体积70%的分离载体。其它步骤及参数与具体实施方式一 相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式二、三或四不同的是步骤一中海绵的密度为0.3~0.5g/cm3，孔隙率为80%~95%，通孔率为80% 90%，平 均孔径为(U 0.3mm。其它步骤及参数与具体实施方式二、三或四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式二、三或四不同的是步骤一 中泡沬金属的孔隙率为80% 90%，通孔率为85°/。 卯％，主孔径为0.4 2.5mm。 其它步骤及参数与具体实施方式二、三或四相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中促进剂 是浓度为O.lmol/L的十二垸基硫酸钠溶液。其它步骤及参数与具体实施方式 六相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二中促进剂 是浓度为0.4mol/L的十二烷基硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿瓦斯混合气体水合固化分离的促进方法，其特征在于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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，张保勇，孙登林，黄桂芝，
申请(专利权)人：黑龙江科技学院，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]