專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富集煤礦瓦斯技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行的富集瓦斯的主要技術(shù)途徑有深冷分離技術(shù)、變壓吸附技術(shù)和膜分離技術(shù)。低溫精餾法利用N2與CH4的沸點(diǎn)差將兩者分離，成本很高，經(jīng)濟(jì)型差；膜分離技術(shù)以膜兩側(cè)氣體的分壓差為推動(dòng)力，通過(guò)組分間傳遞速率的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)分離，對(duì)制膜技術(shù)依賴(lài)性強(qiáng)、成本高；變壓吸附(PSA)分離技術(shù)則利用吸附劑在一定壓力下對(duì)煤層氣中CH4及其他組分的吸附容量不同，將其中CH4進(jìn)行分離，其設(shè)備復(fù)雜，吸附劑的制備能耗大。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的要求不斷提高，對(duì)降低能耗要求的不斷提高，對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求的提高。原有的富集瓦斯技術(shù)漸漸不能適應(yīng)這些要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，能夠減少富集瓦斯氣的能耗和成本，提高經(jīng)濟(jì)性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，包括利用太陽(yáng)能加熱的第一級(jí)樹(shù)冠形管道2，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的入口和煤礦瓦斯出口相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的出口通過(guò)泵5和第一甲烷收集器6-1的入口相連通，第一甲烷收集器6-1的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第二級(jí)樹(shù)冠形管道8的入口相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道8的出口通過(guò)泵5和第二甲烷收集器6-2的入口相連通，第二甲烷收集器6-2的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的入口相連通，第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的出口通過(guò)泵5和濃縮瓦斯貯存器11相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的乏氣出口和凈化裝置3相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的乏氣出口通過(guò)循環(huán)管道9和第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的入口相連通，在第一甲烷收集器
6-1和第二甲烷收集器6-2中安裝有甲烷濃度感應(yīng)器7。所述第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的結(jié)構(gòu)相同，均為樹(shù)形截面管道I，所述樹(shù)形截面管道I包括樹(shù)干形下部管道1-1和樹(shù)冠形上部管道1-2，所述樹(shù)冠形上部管道1-2由樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1和樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2圍成，在樹(shù)干形下部管道1-1外側(cè)、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2外側(cè)下部設(shè)置有遮熱板2，則樹(shù)干形下部管道1-1、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2以及遮熱板2包圍成分置于樹(shù)冠形上部管道1-2之下、樹(shù)干形下部管道1-1外側(cè)的通風(fēng)槽3。在所述通風(fēng)槽3內(nèi)引入自然風(fēng)或人工鼓風(fēng)對(duì)樹(shù)干形下部管道1-1進(jìn)行通風(fēng)冷卻。所述樹(shù)干形下部管道1-1的截面為矩形或梯形。所述樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的曲線(xiàn)或折線(xiàn)。所述樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為水平直線(xiàn)、中間高兩端低或中間低兩端高的曲線(xiàn)或折線(xiàn)。 在所述樹(shù)干形下部管道1-1和/或樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2的外表面設(shè)置擴(kuò)展受熱面4。所述擴(kuò)展受熱面為散熱翅片。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使用清潔的太陽(yáng)能作為熱源，充分利用仿生學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)了非機(jī)械式甲烷濃縮，充分節(jié)能，同時(shí)充分利用煤礦資源豐富地區(qū)獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)，有效利用廢棄瓦斯氣。本發(fā)明利用仿生學(xué)優(yōu)化，將管道設(shè)計(jì)“樹(shù)形”，其上表面吸收太陽(yáng)能集熱，產(chǎn)生高溫表面，管道下部設(shè)置遮熱板，設(shè)立通風(fēng)槽，利用對(duì)流換熱及減少輻射換熱量的方式，對(duì)管道下部進(jìn)行冷卻，建立低溫表面，在溫度差和密度差的作用下，通過(guò)密度差效應(yīng)，使甲烷上浮 并集中在管道上部，并通過(guò)多級(jí)濃縮，實(shí)現(xiàn)在運(yùn)輸過(guò)程中利用太陽(yáng)能濃縮煤礦瓦斯。若長(zhǎng)方形的截面管道在太陽(yáng)傾斜入射時(shí)，則投影面積太??；若普通的圓形截面管道，雖然在一天中不同時(shí)刻具有較大的有效吸收面積，但是由于管道的熱傳導(dǎo)及下半部分照射到太陽(yáng)光時(shí)也得到加熱，這樣也沒(méi)有有效的冷卻措施，難以建立較大的而穩(wěn)定的溫差。“樹(shù)形”管道的表面提高管道對(duì)太陽(yáng)能的吸收效率，并利用這種管道結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)再結(jié)合西北地區(qū)有風(fēng)背陰處與太陽(yáng)直射區(qū)會(huì)形成較大溫度差異的氣候特點(diǎn)，有效利用太陽(yáng)能加熱管道上表面，在管道的橫截面上建立溫差。甲烷與空氣相對(duì)分子質(zhì)量不同，在溫差的作用下形成密度差，對(duì)甲烷組分產(chǎn)生浮升力。這樣在高溫表面甲烷濃度會(huì)比低溫表面大，與空氣逐漸分離，從而通過(guò)密度差效應(yīng)使瓦斯得到了濃縮。能夠減少富集瓦斯氣的能耗和成本，提高經(jīng)濟(jì)性。


圖I是本發(fā)明太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一樹(shù)形管道截面形狀示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二樹(shù)形管道截面形狀示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例三樹(shù)形管道截面形狀示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例四樹(shù)形管道截面形狀示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例五樹(shù)形管道截面形狀示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，包括利用太陽(yáng)能加熱的第一級(jí)樹(shù)冠形管道2，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的入口和煤礦瓦斯出口相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的出口通過(guò)泵5和第一甲烷收集器6-1的入口相連通，第一甲烷收集器6-1的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第二級(jí)樹(shù)冠形管道8的入口相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道8的出口通過(guò)泵5和第二甲烷收集器6-2的入口相連通，第二甲烷收集器6-2的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的入口相連通，第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的出口通過(guò)泵5和濃縮瓦斯貯存器11相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的乏氣出口和凈化裝置3相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的乏氣出口通過(guò)循環(huán)管道9和第一級(jí)樹(shù)冠形管道2的入口相連通，在第一甲烷收集器6-1和第二甲烷收集器6-2中安裝有甲烷濃度感應(yīng)器7。本發(fā)明的工作原理為如圖I所示，將低濃度煤礦瓦斯經(jīng)過(guò)閥門(mén)I通入第一級(jí)樹(shù)冠形管道2，濃縮到一定濃度后，將管道上部的經(jīng)過(guò)一級(jí)濃縮的濃縮瓦斯，通過(guò)泵5通入甲烷收集器6，在各個(gè)甲烷收集器6中安置甲烷濃度感應(yīng)器7，實(shí)時(shí)監(jiān)控每一級(jí)濃縮后的甲烷濃度，再經(jīng)過(guò)閥門(mén)I后，濃縮瓦斯進(jìn)入第二級(jí)樹(shù)冠形管道8，進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮，這樣依次通過(guò)第一樹(shù)冠形管道2，第二樹(shù)冠形管道8，第三級(jí)樹(shù)冠形管道10，和兩個(gè)甲烷收集器6后，通過(guò)泵5和閥門(mén)I控制最終的濃縮瓦斯氣流量，進(jìn)入濃縮瓦斯貯存器11，并通過(guò)安裝于濃縮瓦斯貯存器11的甲烷濃度感應(yīng)器7監(jiān)測(cè)甲烷濃度，得到最終的產(chǎn)品一具有一定甲烷濃度的濃縮瓦斯，而在第二，三級(jí)富集管道下部的乏氣還含有可觀(guān)的甲烷，不適于直接排放，因此通過(guò)循環(huán)管道9和泵5送回第一級(jí)樹(shù)形管道2的入口與新輸入的低濃度瓦斯一起進(jìn)入第一級(jí)樹(shù)形管道2被富集，而第一級(jí)樹(shù)形管道2出口的乏氣，甲烷含量很低故經(jīng)過(guò)凈化裝置3的排氣口 4排空。 實(shí)施例一如圖2所示，本實(shí)施例第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的樹(shù)形截面管道I包括樹(shù)干形下部管道1-1和樹(shù)冠形上部管道1-2，樹(shù)冠形上部管道1-2由樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1和樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2圍成，在樹(shù)干形下部管道1-1外偵U、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2外側(cè)下部設(shè)置有遮熱板2，則樹(shù)干形下部管道1-1、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2以及遮熱板2包圍成分置于樹(shù)冠形上部管道1-2之下、樹(shù)干形下部管道1-1外側(cè)的通風(fēng)槽3，通風(fēng)槽3內(nèi)引入自然風(fēng)或人工鼓風(fēng)對(duì)樹(shù)干形下部管道1-1進(jìn)行通風(fēng)冷卻。本實(shí)施例樹(shù)干形下部管道1-1的截面為矩形，樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的曲線(xiàn)，樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為水平直線(xiàn)。實(shí)施例二如圖3所示，本實(shí)施例第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的樹(shù)形截面管道I，樹(shù)干形下部管道1-1的截面為梯形，樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的三角形，樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為中間高兩端低的折線(xiàn)。其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例
o實(shí)施例三如圖4所示，本實(shí)施例第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的樹(shù)形截面管道I，樹(shù)干形下部管道1-1的截面為梯形，樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的折線(xiàn)，樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為中間低兩端高的折線(xiàn)。其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一。實(shí)施例四如圖5所示，本實(shí)施例第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的樹(shù)形截面管道1，樹(shù)干形下部管道1-1的截面為矩形，樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的曲線(xiàn)，樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為水平直線(xiàn)。在樹(shù)干形下部管道1-1的外表面設(shè)置擴(kuò)展受熱面，優(yōu)選擴(kuò)展受熱面為散熱翅片。實(shí)施例五如圖6所示，本實(shí)施例第一級(jí)樹(shù)冠形管道2、第二級(jí)樹(shù)冠形管道8和第三級(jí)樹(shù)冠形管道10的樹(shù)形截面管道1，樹(shù)干形下部管道1-1的截面為矩形，樹(shù)冠上型線(xiàn)管道1-2-1為中間高兩端低的曲線(xiàn)，樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2為水平直線(xiàn)。在樹(shù)冠下型線(xiàn)管道1-2-2的外表面設(shè)置擴(kuò)展受熱面，優(yōu)選擴(kuò)展受熱面為散熱翅片。本發(fā)明使用清潔的太陽(yáng)能作為熱源，為保證在沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的情況下，最大程度地利用一天中所有時(shí)段的太陽(yáng)能，使用當(dāng)?shù)毓嗄緲?shù)冠的形狀作為管道截面的形狀，能夠在管道表面積有限的情況下，對(duì)不同的太陽(yáng)光入射角下保證管道表面接受到的太陽(yáng)能輻射總
量最優(yōu)化。
本發(fā)明適用于我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富的西北地區(qū)煤礦瓦斯富集系統(tǒng)。我國(guó)煤礦資源豐富的地區(qū)大都地域遼闊，適于鋪設(shè)長(zhǎng)管道或者蛇形彎曲的管道，充分吸收太陽(yáng)能，使瓦斯在足夠的輸送距離中利用熱擴(kuò)散效應(yīng)得以濃縮。利用太陽(yáng)能集熱，在樹(shù)形的管道中制造溫度梯度。這種特殊管道只需專(zhuān)門(mén)的模具即可在現(xiàn)行制造技術(shù)下得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明原理清晰，裝置制造簡(jiǎn)單，在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)背景下可行性強(qiáng)，適于工業(yè)運(yùn)用的特點(diǎn)。吻合國(guó)家“進(jìn)一步加大煤層氣抽采利用力度，強(qiáng)化煤礦瓦斯治理，減輕煤礦瓦斯災(zāi)害”的目標(biāo)與要求，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)，更具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義與市場(chǎng)潛力。
權(quán)利要求
1.一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于包括利用太陽(yáng)能加熱的第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)，第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)的入口和煤礦瓦斯出口相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)的出口通過(guò)泵(5)和第一甲烷收集器(6-1)的入口相連通，第一甲烷收集器(6-1)的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第二級(jí)樹(shù)冠形管道(8)的入口相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道(8)的出口通過(guò)泵(5)和第二甲烷收集器(6-2)的入口相連通，第二甲烷收集器(6-2)的出口和利用太陽(yáng)能加熱的第三級(jí)樹(shù)冠形管道(10)的入口相連通，第三級(jí)樹(shù)冠形管道(10)的出口通過(guò)泵(5)和濃縮瓦斯貯存器(11)相連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)的乏氣出口和凈化裝置(3)相連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道(8)和第三級(jí)樹(shù)冠形管道(10)的乏氣出口通過(guò)循環(huán)管道(9)和第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)的入口相連通，在第一甲烷收集器(6-1)和第二甲烷收集器(6-2)中安裝有甲烷濃度感應(yīng)器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于所述第一級(jí)樹(shù)冠形管道(2)、第二級(jí)樹(shù)冠形管道(8)和第三級(jí)樹(shù)冠形管道(10)的結(jié)構(gòu)相同，均為樹(shù)形截面管道(1)，所述樹(shù)形截面管道(I)包括樹(shù)干形下部管道(1-1)和樹(shù)冠形上部管道(1-2)，所述樹(shù)冠形上部管道(1-2)由樹(shù)冠上型線(xiàn)管道(1-2-1)和樹(shù)冠下型線(xiàn)管道(1-2-2)圍成，在樹(shù)干形下部管道(1-1)外側(cè)、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道(1-2-2)外側(cè)下部設(shè)置有遮熱板(2)，則樹(shù)干形下部管道(1-1)、樹(shù)冠下型線(xiàn)管道(1-2-2)以及遮熱板(2)包圍成分置于樹(shù)冠形上部管道(1-2)之下、樹(shù)干形下部管道(1-1)外側(cè)的通風(fēng)槽(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于在所述通風(fēng)槽(3 )內(nèi)引入自然風(fēng)或人工鼓風(fēng)對(duì)樹(shù)干形下部管道(1-1)進(jìn)行通風(fēng)冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于所述樹(shù)干形下部管道(1-1)的截面為矩形或梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于所述樹(shù)冠上型線(xiàn)管道(1-2-1)為中間高兩端低的曲線(xiàn)或折線(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于所述樹(shù)冠下型線(xiàn)管道(1-2-2)為水平直線(xiàn)、中間高兩端低或中間低兩端高的曲線(xiàn)或折線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于在所述樹(shù)干形下部管道(1-1)和/或樹(shù)冠下型線(xiàn)管道(1-2-2)的外表面設(shè)置擴(kuò)展受熱面(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)展受熱面為散熱翅片。
全文摘要
一種利用太陽(yáng)能富集煤礦瓦斯的系統(tǒng)，包括利用太陽(yáng)能加熱的第一級(jí)樹(shù)冠形管道，第一級(jí)樹(shù)冠形管道入口和和煤礦瓦斯出口連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道出口和第一甲烷收集器入口連通，第一甲烷收集器出口和利用太陽(yáng)能加熱的第二級(jí)樹(shù)冠形管道入口連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道出口和第二甲烷收集器入口連通，第二甲烷收集器出口和利用太陽(yáng)能加熱的第三級(jí)樹(shù)冠形管道入口連通，第三級(jí)樹(shù)冠形管道出口和濃縮瓦斯貯存器連通，第一級(jí)樹(shù)冠形管道乏氣出口和凈化裝置連通，第二級(jí)樹(shù)冠形管道和第三級(jí)樹(shù)冠形管道乏氣出口和第一級(jí)樹(shù)冠形管道入口連通；本發(fā)明利用溫度場(chǎng)導(dǎo)致的氣體組分密度差，在管道運(yùn)輸中對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行富集，減少富集瓦斯氣的能耗和成本，提高經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)B01D53/00GK102824808SQ201210298648
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者滕召暉, 張航, 徐楠, 虞昊天, 李娜, 周屈蘭 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)