Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ШАХТНОГО МЕТАНА К УТИЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при подготовке шахтного метана к утилизации различными потребителями.

Известна дегазационная установка, включающая вакуум-насос, аппаратуру для сушки газа, устройства контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи потребителю газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором (Айруни А.Т. и др. "Использование каптированного метана на угольных шахтах за рубежом", М.: ЦНИИЭИуголь, 1970, с. 15-30).

Эта установка может обеспечить заданный состав газовой смеси, подаваемой потребителю, но при условии, что каптированный газ имеет постоянный состав, поскольку стабилизация в смеси основана на поддержании заданного соотношения расхода каптированного и природного газа (воздуха). При изменении состава каптированного газа возникают изменения состава и на выходе стабилизирующей станции, так как изменения состава каптированной смеси могут происходить при неизменном ее расходе. Эта установка рассчитана на то, что каптированная смесь предварительно стабилизирована по составу, например, путем смещения метановоздушной смеси, поступающей от нескольких шахт.

Известна также дегазационная установка, содержащая вакуум-насосы, аппаратуру осушки газа, устройства контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором, две демпфирующие емкости, одна из которых установлена в линии подачи каптированного газа перед смесителем, другая после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси, и газоанализатор системы регулирования концентрации метана. (SU №767363, кл. E21F 7/00, опублик. 1980 г.).

Описанная установка не обеспечивает снижение и стабилизацию концентрации метана в каптированной метановоздушной смеси, поступающей из шахты.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является установка для подготовки шахтного метана к утилизации, содержащая устройства контроля содержания метана в газовой смеси и давления, смеситель, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором и регулятором концентрации газа, первичную демпфирующую емкость, установленную в линии подачи каптированного газа перед смесителем, и вторичную демпфирующую емкость, установленную после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси, входной трубопровод с воздухозаборником, газоанализатор, соединенный с регулятором концентрации газа, одоратор, соединенный со смесителем и регулятором концентрации газа посредством регулирующей задвижки, регулятор-стабилизатор давления и дополнительные регулирующие задвижки и отсечной клапан, установленные на входном трубопроводе между воздухозаборником и смесителем (Патент RU №229331, кл. E21F 7/00, опублик. 20.05.2007 г.).

Недостатком описанной выше установки является то, что она неприменима в случаях, когда содержание метана в каптированной метановоздушной смеси менее 1%. В этом случае повышение и стабилизация концентрации метана с ее помощью невозможны.

На многих существующих шахтах, где ведутся дегазационные работы, с исходящей вентиляционной струей сбрасываются в больших количествах в окружающую атмосферу метановоздушные смеси с содержанием метана менее 1%, загрязняя ее.

Для решения этой проблемы существует несколько традиционных технологий подготовки к утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ), в которых используются сепарационные, сорбционные, газодинамические, низкотемпературные методы, гликолевая осушка, аминовая отмывка и т.п. Однако ни один из этих методов не позволяет решить проблему комплексной подготовки ПНГ для дальнейшей утилизации. Даже одновременная осушка по воде и углеводородам в одном процессе, как правило, невозможна. Поэтому одной из основных технологических проблем утилизации ПНГ является разработка методов и оборудования для подготовки ПНГ, позволяющих в одном процессе достичь требуемых параметров. Кроме того, как отмечалось выше, с учетом изменяющегося во времени состава и объема переработки ПНГ, целесообразна конфигурация оборудования, позволяющая без особых дополнительных затрат менять мощность по объему перерабатываемого газа.

Одним из сравнительно новых методов разделения газовых смесей является мембранная технология, получившая в последнее время существенное развитие. Мембранная технология разделения газов широко применяется в процессах получения азота, выделения водорода из водородсодержащих газовых смесей, выделения гелия и CO₂ из природного газа, но не использовалась для решения задач утилизации ПНГ. Это было обусловлено рядом причин, к основным из которых относятся присутствие в ПНГ соединений, разрушающих или пластифицирующих классические мембраны, а также характерными селективными свойствами традиционных мембран, обуславливающими концентрирование тяжелых углеводородов в остаточном потоке, что может приводить к их конденсации на мембране, и получение целевого подготовленного продукта в проникшем потоке, т.е. при низком давлении, что требовало его компримирования для дальнейшего использования. Поэтому классические мембраны использовались лишь для концентрирования CO₂ с целью его повторного использования для закачки в пласт для повышения его нефтеотдачи.

Задачей данного изобретения является создание устройства позволяющего обеспечить возможность предварительного разделения утилизируемых каптируемых метановоздушных смесей.

Технический результат, ожидаемый от использования настоящего изобретения, заключается в повышении эффективности работы установки подготовки шахтного метана к утилизации, путем обеспечения возможности предварительного разделения утилизируемых каптируемых метановоздушных смесей, и повышении безопасности работы установки.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для подготовки шахтного метана к утилизации, содержащая влагоотделитель, фильтр мокрой очистки газа, устройства контроля содержания метана в газовой смеси и давления, смеситель, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором и регулятором концентрации газа, первичную демпфирующую емкость, установленную в линии подачи каптированного газа перед смесителем, и вторичную демпфирующую емкость, установленную после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси, входной трубопровод с воздухозаборником, газоанализатор, соединенный с регулятором концентрации газа, одоратор, соединенный со смесителем и регулятором концентрации газа посредством регулирующей задвижки, регулятор-стабилизатор давления и дополнительные регулирующие задвижки и отсечной клапан, установленные на входном трубопроводе между воздухозаборником и смесителем, согласно изобретению снабжена кассетой с разделительными мембранами, установленной между нагнетательным и напорным трубопроводами, и имеет вентиляторное приспособление, соединенное с газопроводом для забора метановоздушной смеси из шахты, при этом влагоотделитель, фильтр мокрой очистки газа установлены перед кассетой с разделительными мембранами.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемой установки.

Установка содержит вентиляторное приспособление 1, подсоединяемое с одной стороны к всасывающему газопроводу 2, а с другой - к нагнетательному газопроводу 3, влагоотделитель 4 и кассету 5 с разделительными мембранами, расположенную в нагнетательном газопроводе 3 после вентиляторной установки 1, регулятор давления 6, установленный в газопроводе 7, связывающем нагнетательный газопровод 3 со "свечой" 8, регулирующую задвижку 9 на "свече" 8, управляемую задвижку 10 на трубопроводе 11, связывающем кассету 5 с разделительными мембранами со "свечой" 8, управляемую задвижку 12 в нагнетательном газопроводе 3, трубопровод 13 для подачи стабилизированной смеси потребителю, клапан-отсекатель 14 в трубопроводе 13, потребитель шахтного метана 15, блок управления 16 системой защиты, газоанализатор 17 системы защиты и сигнализатор 18 давления, присоединяемые к трубопроводу 13 и передающие информацию в блок управления 16 системой защиты, стабилизирующую станцию, состоящую из ряда элементов: входного трубопровода 19 метановоздушной смеси, соединенного с нагнетательным газопроводом 3 за управляемой задвижкой 12, клапана-отсекателя 20 стабилизирующей станции, первичной демпфирующей емкости 21, которая через регулируемую задвижку 22 соединена со смесителем 23, регулятором 24 концентрации газа и первичным газоанализатором 25 регулятора 24 концентрации газа; выходной трубопровод 27 соединенный с вторичной демпфирующей емкостью 28; воздухозаборник 29, который посредством входного воздухопровода 30 соединен со смесителем 23. Между вентиляторным приспособлением 1 и влагоотделителем 4 установлен фильтр 31 мокрой очистки газа, одоратор 32 соединенный через регулируемую задвижку 33 со смесителем 23; вторичный газоанализатор 34, соединенный с регулятором 24 концентрации газа. На входном воздухопроводе 30 между воздухозаборником 29 и смесителем 23 установлены отсечной клапан 36, регулятор-стабилизатор 37 давления, регулирующая задвижка 38.

Блок управления системой защиты 16, клапан-отсекатель 14, клапан-отсекатель 20 стабилизирующей станции, одоратор 32, отсечной клапан 36, газоанализатор 17 системы защиты, сигнализатор давления 18, регулирующая задвижка 9 и регулируемая задвижка 12 являются устройствами защиты от аварийных режимов.

Регулятор 6 давления и регулятор-стабилизатор 37 давления - устройства контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением.

Регулятор 24 концентрации газа, первичный газоанализатор 25, вторичный газоанализатор 34 являются устройствами регулирования концентрации метана.

Установка работает следующим образом. Вентиляторное приспособление 1 по газопроводу 2 отсасывает исходящую вентиляционную струю, содержащую метановоздушную смесь, из шахты и подает ее в нагнетательный газопровод 3, где в фильтре 31 мокрой фильтрации и влагоотделителе 4 происходит соответственно отделение угольной и породной пыли, а также сконденсировавшейся влаги. Далее в кассете с разделительными мембранами 5 происходит соответственно отделение воздуха и метана. Воздух из кассеты с мембранами 5 через регулируемый клапан 10 при закрытом клапане 9 по трубопроводу 11 сбрасывается в атмосферу. Очищенный и осушенный метан через открытую управляемую задвижку 12 направляется на стабилизирующую (газоподготовительную) станцию, в которой по трубопроводу 19 через открытый клапан-отсекатель 20 стабилизирующей станции, первичную демпфирующую емкость 21 и регулируемую задвижку 22 каптированный метан поступает в смеситель 23, где происходит смешение его с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухозаборник 29, открытый отсечной клапан 36, регулятор давления 37, открытую управляемую задвижку 38 и входной воздухопровод 30. В смеситель 23 из одоратора 32 через регулирующую задвижку 33 поступает одорант для придания метановоздушной смеси специфического запаха.

После смесителя метановоздушная смесь по трубопроводу 27 через вторичную демпфирующую емкость 28 поступает в трубопровод 13 и далее через клапан-отсекатель 14 направляется потребителю шахтного метана 15 (заправка автомобилей, сжигание в котельной).

Давление в нагнетательном трубопроводе 3 поддерживается в заданных пределах с помощью регулятора давления 6 путем изменения расхода каптированного газа по трубопроводу 7 в «свечу» 8 регулирующей задвижкой 9.

Давление во входном трубопроводе 30, смесителе 23, выходном трубопроводе 27 поддерживается в заданных пределах с помощью регулятора-стабилизатора давления 37.

Концентрация метана в метановоздушной смеси в трубопроводах 27 и 13 поддерживается в заданных пределах с помощью первичного и вторичного газоанализаторов 25 и 34, регулятора 24 концентрации газа и регулирующей задвижки 38, которые соответствующим образом (пропорционально отклонению фактической концентрации метана в метановоздушной смеси от заданной потребителем) изменяют подачу воздуха в каптированный метан в смесителе 23.

При понижении концентрации метана менее заданной или отключении давления газоанализатор 17 системы защиты и сигнализатор давления 18 передают об этом информацию в блок 16 управления системой защиты. В результате закрываются отсечные клапаны 20, 36 и 14, задвижки 9 и 12, прекращается работа стабилизирующей газоподготовительной станции.

Первичная демпфирующая емкость 21 в линии подачи каптированного газа в смеситель газа 23 замедляет процесс изменения содержания метана в каптированном газе перед смесителем. Поэтому на выходе смесителя процесс изменения содержания метана также замедляется.

Это позволяет первичному и вторичному газоанализаторам 25 и 34 и регулятору 24 концентрации газа осуществлять своевременное управление регулирующими задвижками 22 и 38 и обеспечивать постоянным заданное содержание метана на выходе смесителя 23.

Вторичная демпфирующая емкость 28 сглаживает колебания содержания метана в метановоздушной смеси, выходящей из смесителя 23, в трубопроводе 13, возникающие в процессе регулирования, что исключает понижение концентрации метана менее заданной в метановоздушной смеси, подаваемой потребителю, и срабатывание блока 16 управления системы защиты, который получает сигнал от газоанализатора 17 системы защиты, несмотря на кратковременное понижение содержания метана ниже заданного или повышение более чем на 5% выше заданного в газовой смеси после смесителя 23 перед вторичной демпфирующей емкостью 28.

Повысить безопасность работы установки позволяет наличие одоратора 32, управляемого регулятором 24 концентрации газа посредством регулирующей задвижки 33.