一种通风瓦斯提浓富集系统的制作方法
1.本实用新型属于煤矿瓦斯处理利用的技术领域，具体公开了一种通风瓦斯提浓富集系统。
背景技术：
2.通风瓦斯又叫风排瓦斯、乏风，指随着煤矿井下通风气流排放的瓦斯。根据《煤矿安全规程》，通风瓦斯中的甲烷浓度必须低于0.75％；而在实际工作中为了保证安全，通风瓦斯中的甲烷浓度一般控制在0.2％～0.3％甚至更低。同时通风瓦斯排放量巨大，全国每年排量折合纯甲烷300亿立方米以上，全部排空形成巨大的温室气体排放源。
3.目前处理通风瓦斯多利用热逆流氧化技术，但该技术有一个瓶颈问题，即只有当通风瓦斯浓度维持在1％左右时才可实现设备的经济运行，从而实现更高的热能利用效率。尤其对于煤炭企业无法通过掺混抽采瓦斯的方式来提升浓度的情况下，通过浓缩提纯技术使通风瓦斯浓度提升至1％就显得尤为重要。
4.现有瓦斯浓缩提纯技术主要包括低温精馏分离技术、膜分离技术和变压吸附技术等，以上技术的产品气甲烷浓度高，但技术工艺复杂，成本高，且对极低浓度瓦斯提纯的适应性差。为此，亟需一种适用于低浓度瓦斯(甲烷浓度0.3％及以下通风瓦斯)且工艺简单、成本较低的瓦斯提纯技术。
技术实现要素：
5.本实用新型提供一种通风瓦斯提浓富集系统，适用于甲烷浓度0.3％及以下通风瓦斯，可以利用产品气氧化热量作为提浓富集能量，能源消耗少，经济性好，可靠性高、使用寿命长。
6.本实用新型所述通风瓦斯提浓富集系统，包括入口换向阀、吸附段、出口换向阀；入口换向阀的进口ⅰ接通风瓦斯，进口ⅱ接脱附气体，进口ⅲ接常温空气；吸附段设置有多个填料区，多个填料区的进口分别与入口换向阀的多个出口连接，多个填料区的出口分别与出口换向阀的多个进口连接，每个填料区内充填吸附材料；出口换向阀的出口ⅰ排出洁净尾气，出口ⅱ排出浓缩瓦斯。
7.进一步地，通风瓦斯提浓富集系统还包括通风瓦斯管道、瓦斯引风机、换热器、脱附气体管道、常温空气管道、尾气管道和浓缩瓦斯管道；通风瓦斯管道分为两路，第一路与入口换向阀的进口ⅰ连接，第二路与瓦斯引风机的进口连接，瓦斯引风机的出口与换热器的进口连接，换热器的出口通过脱附气体管道与入口换向阀的进口ⅱ连接；常温空气管道与入口换向阀的进口ⅲ连接；尾气管道与出口换向阀的出口ⅰ连接；浓缩瓦斯管道与出口换向阀的出口ⅱ。
8.进一步地，尾气管道上依次安装尾气引风机和尾气排放机构。
9.进一步地，入口换向阀由入口控制器控制切换通路，出口换向阀由出口控制器控制切换通路。
10.进一步地，吸附段包括吸附段壳体和分隔板；分隔板设置在吸附段壳体内，将吸附段壳体的内部空间分隔为多个完全相同填料区。
11.进一步地，吸附段壳体包括圆柱段以及设置在圆柱段两端的圆台段，圆台段的大端面与圆柱段相接；吸附段壳体的轴向中线上设置有骨架支撑，多块分隔板安装在吸附段壳体和骨架支撑之间，将吸附段壳体分隔成多个完全相同的扇形空间，圆柱段中的扇形空间为填料区。
12.进一步地，填料区内充填改性金属有机框架吸附材料。
13.进一步地，分隔板的数量为6，将吸附段壳体的内部空间分隔为6个完全相同填料区。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果。
15.(1)可靠性高、使用寿命长：吸附段不同填料区工作状态的切换，是通过入口换向阀和出口换向阀切换的；而吸附材料是装载在吸附段内静止不动的，避免了吸附材料的颠簸、碰撞和破损，吸附材料使用寿命显著增加；同时不需要吸附材料的驱动机构，机械设备简单，系统可靠性高。
16.(2)能源消耗少，经济性好：常规浓缩方法通常需要增压，消耗大量电力，采用上述通风瓦斯提浓富集系统后，可实现变温吸附，所用热量可以由产品气浓缩瓦斯经氧化以后提供，提浓富集过程中仅需消耗少量电能，技术经济性好。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为通风瓦斯提浓富集系统的工艺流程图；
19.图2为吸附段的轴向剖视图；
20.图3为吸附段的径向剖视图。
21.图中：1-通风瓦斯管道、2-入口换向阀、3-入口控制器、4-吸附段、4.1-吸附段壳体、4.2-分隔板、4.3-骨架支撑、4.4-填料区一、4.5-填料区二、4.6-填料区三、4.7-填料区四、4.8-填料区五、4.9-填料区六、5-出口换向阀、6-出口控制器、7-尾气引风机、8-烟囱、9-瓦斯引风机、10-换热器、11-脱附气体管道、12-浓缩瓦斯管道、13-常温空气管道。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例1
24.本实施例提供一种通风瓦斯提浓富集系统，包括入口换向阀2、吸附段4、出口换向阀5；入口换向阀2的进口ⅰ接通风瓦斯，进口ⅱ接脱附气体，进口ⅲ接常温空气；吸附段4设
置有多个填料区，多个填料区的进口分别与入口换向阀2的多个出口连接，多个填料区的出口分别与出口换向阀5的多个进口连接，每个填料区内充填吸附材料；出口换向阀5的出口ⅰ排出洁净尾气，出口ⅱ排出浓缩瓦斯。
25.进一步地，上述通风瓦斯提浓富集系统，还包括通风瓦斯管道1、瓦斯引风机9、换热器10、脱附气体管道11、常温空气管道13、尾气管道和浓缩瓦斯管道12；通风瓦斯管道1分为两路，一路提供通风瓦斯，另一路经过加热后作为脱附气体，具体地，第一路与入口换向阀2的进口ⅰ连接，第二路与瓦斯引风机9的进口连接，瓦斯引风机9的出口与换热器10的进口连接，换热器10的出口通过脱附气体管道11与入口换向阀2的进口ⅱ连接；常温空气管道13与入口换向阀2的进口ⅲ连接；尾气管道与出口换向阀5的出口ⅰ连接；浓缩瓦斯管道12与出口换向阀5的出口ⅱ，浓缩瓦斯管道12排出的浓缩瓦斯进入后续氧化处理工序。
26.进一步地，尾气管道上依次安装尾气引风机7和尾气排放机构，本实施例中尾气排放机构采用烟囱8。
27.进一步地，入口换向阀2由入口控制器3控制切换通路，出口换向阀5由出口控制器6控制切换通路。
28.进一步地，吸附段4包括吸附段壳体4.1和分隔板4.2；分隔板4.2设置在吸附段壳体4.1内，将吸附段壳体4.1的内部空间分隔为n个完全相同填料区，填料区内充填改性金属有机框架吸附材料。吸附段壳体4.1内部空间的形状包括但不限于方形、圆形等。
29.上述通风瓦斯提浓富集系统工作时，气体的具体流动过程如下所述：
30.通风瓦斯由通风瓦斯管道1进入入口换向阀2；入口换向阀2控制通风瓦斯进入吸附段4的部分填料区，甲烷吸附在吸附段4的相应填料区内；甲烷被吸附后的洁净尾气，由出口换向阀5控制，通过尾气引风机7、烟囱8排入大气；
31.瓦斯引风机9抽取通风瓦斯总量的15％～25％，经过换热器10加热至180℃～220℃，经过脱附气体管道11进入入口换向阀2；入口换向阀2控制脱附气体进入吸附段4内已经吸附饱和的填料区，吸附在吸附段4相应填料区的甲烷因温度提升，甲烷脱附至脱附气体内形成浓缩瓦斯，由出口换向阀5控制，通过浓缩瓦斯管道12排出，进入后续氧化处理工序；
32.适量常温洁净空气(通风瓦斯总量的15％～25％)，经过常温空气管道13进入入口换向阀2；入口换向阀2控制常温空气进入吸附段4内已经脱附干净的填料区，降低该填料区温度至常温，由出口换向阀5控制，通过尾气引风机7、烟囱8排入大气。
33.实施例2
34.本实施例提供一种通风瓦斯提浓富集系统，与实施例1所述通风瓦斯提浓富集系统的区别点在于，吸附段壳体4.1采用异形圆筒结构，包括圆柱段以及设置在圆柱段两端的圆台段，圆台段的大端面与圆柱段相接；吸附段壳体4.1的轴向中线上设置有骨架支撑4.3，多块分隔板4.2安装在吸附段壳体4.1和骨架支撑4.3之间，将吸附段壳体4.1分隔成多个完全相同的扇形空间，圆柱段中的扇形空间为填料区。
35.以填料区的数量为6，说明各个填料区在不同阶段的工作状态。
[0036][0037][0038]
对于任意一个填料区，先通入通风瓦斯四个阶段，通风瓦斯中的甲烷被吸附在吸附材料上，通风瓦斯中的甲烷大量减少成为洁净尾气排出；由入口换向阀2控制改为通入脱附气体一个阶段，吸附剂被加热，甲烷被脱附下来，成为浓缩瓦斯排出；由入口换向阀2控制改为通入常温空气一个阶段，吸附剂被冷却，空气作为洁净尾气排出；由入口换向阀2控制改为通入通风瓦斯，如此循环运行。
[0039]
一个工作周期分为6个时长相等的阶段。对于任意一个阶段，四个填料区通入通风瓦斯吸附、一个填料区通入脱附气体脱附、一个填料区通入常温空气冷却；进入下一阶段，三个填料区继续通入通风瓦斯吸附、一个吸附饱和的填料区改为通入脱附气体脱附、已经脱附完毕的填料区改为通入常温空气冷却、已经冷却完毕的填料区改为通入通风瓦斯吸附；进入下一阶段，以此类推依次切换运行状态，如此周而复始循环运行。
[0040]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种通风瓦斯提浓富集系统，包括入口换向阀、吸附段、出口换向阀；其特征在于，所述入口换向阀的进口ⅰ接通风瓦斯，进口ⅱ接脱附气体，进口ⅲ接常温空气；所述吸附段设置有多个填料区，多个填料区的进口分别与入口换向阀的多个出口连接，多个填料区的出口分别与出口换向阀的多个进口连接，每个填料区内充填吸附材料；所述出口换向阀的出口ⅰ排出洁净尾气，出口ⅱ排出浓缩瓦斯。2.根据权利要求1所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，还包括通风瓦斯管道、瓦斯引风机、换热器、脱附气体管道、常温空气管道、尾气管道和浓缩瓦斯管道；所述通风瓦斯管道分为两路，第一路与入口换向阀的进口ⅰ连接，第二路与瓦斯引风机的进口连接，瓦斯引风机的出口与换热器的进口连接，换热器的出口通过脱附气体管道与入口换向阀的进口ⅱ连接；所述常温空气管道与入口换向阀的进口ⅲ连接；所述尾气管道与出口换向阀的出口ⅰ连接；所述浓缩瓦斯管道与出口换向阀的出口ⅱ。3.根据权利要求2所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，尾气管道上依次安装尾气引风机和尾气排放机构。4.根据权利要求3所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，入口换向阀由入口控制器控制切换通路，出口换向阀由出口控制器控制切换通路。5.根据权利要求4所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，吸附段包括吸附段壳体和分隔板；所述分隔板设置在吸附段壳体内，将吸附段壳体的内部空间分隔为多个完全相同填料区。6.根据权利要求5所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，所述吸附段壳体包括圆柱段以及设置在圆柱段两端的圆台段，圆台段的大端面与圆柱段相接；吸附段壳体的轴向中线上设置有骨架支撑，多块分隔板安装在吸附段壳体和骨架支撑之间，将吸附段壳体分隔成多个完全相同的扇形空间，圆柱段中的扇形空间为填料区。7.根据权利要求6所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，填料区内充填改性金属有机框架吸附材料。8.根据权利要求7所述的通风瓦斯提浓富集系统，其特征在于，分隔板的数量为6，将吸附段壳体的内部空间分隔为6个完全相同填料区。
技术总结
本实用新型提供了一种通风瓦斯提浓富集系统，属于煤矿瓦斯处理利用的技术领域，包括入口换向阀、吸附段、出口换向阀；入口换向阀的进口Ⅰ接通风瓦斯，进口Ⅱ接脱附气体，进口Ⅲ接常温空气；吸附段设置有多个填料区，多个填料区的进口分别与入口换向阀的多个出口连接，多个填料区的出口分别与出口换向阀的多个进口连接，每个填料区内充填吸附材料；出口换向阀的出口Ⅰ排出洁净尾气，出口Ⅱ排出浓缩瓦斯。该系统可以利用产品气氧化热量作为提浓富集能量，能源消耗少，经济性好，可靠性高，使用寿命长。长。长。
