低浓度煤层气的氧化装置、氧化方法及氧化发电方法与流程

本发明涉及煤矿能源利用的，具体涉及低浓度煤层气的氧化装置、氧化方法及氧化发电方法。

背景技术：

1、煤层气是煤矿开采过程中产生的伴生资源，其中含有大量甲烷。在煤层气开采过程中，为了保障施工安全，《煤矿安全规程》要求开采工作面和回风巷道中甲烷浓度小于0.75％，矿上通常采用鼓风措施进行稀释，这部分极低浓度煤层气目前多直接排空，据报道全国每年排放量在200亿立方(甲烷折纯)以上，排放量巨大。这部分极低浓度煤层气直接排放对环境危害大且造成极大的能源浪费。

2、在现阶段，针对甲烷浓度低于0.75％的乏风瓦斯，以及经稀释掺混后浓度降至1.5％以下的低浓度抽采瓦斯，主要利用蓄热氧化或蓄热催化氧化装置进行氧化，在将甲烷氧化处理掉的同时回收热量。现有氧化装置的主要缺点：1)操作非连续，需要反复切换循环过程，由于是非稳态操作，因此操作中上下游压力波动较大，不利于下游系统的运行，对控制系统要求较高，并且反复切换不可避免地导致装置内有甲烷气体残留，影响氧化效率；2)所采用的蓄热体结构复杂，造价较高，在高温和低温中反复切换产生较大的热应力，极易造成蓄热体损坏；3)气体频繁反复切换需要高温切换阀，对阀门的要求极高，切换阀门成本昂贵；4)蓄热催化氧化和蓄热氧化装置总体相同，前者还需使用催化剂，催化剂价格昂贵，经济性差。

3、因此，提供一种可快速连续操作、氧化效率高、成本节省的低浓度煤层气燃烧或氧化装置，具有重要现实意义。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有的煤层气氧化装置及技术存在的难以实现快速连续氧化、高低温过程反复切换导致装置内有甲烷气体残留影响氧化效率、操作非稳态影响系统运行的稳定性以及成本昂贵的问题，提供了一种低浓度煤层气的氧化装置、氧化方法及氧化发电方法。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种低浓度煤层气的氧化装置，包括：壳体1，在所述壳体1的内部设置的气体分布板5、固定管板6和多个换热管31；

3、其中，所述气体分布板5和固定管板6将所述壳体1的内部依次划分为进气缓冲区2、气体传输和换热区3和燃烧区4，所述多个换热管31设置在所述气体传输和换热区3中并连通所述进气缓冲区2和燃烧区4。

4、本发明第二方面提供前述第一方面所述的装置进行低浓度煤层气氧化的方法，包括：

5、将低浓度煤层气引入所述装置，依次通过所述装置中的进气缓冲区、气体传输和换热区中的换热管，进入燃烧区进行氧化反应，得到产物烟气；

6、其中，所述产物烟气离开所述燃烧区后，先进入所述气体传输和换热区，并通过所述换热管与所述低浓度煤层气进行热交换，最后从所述装置排出。

7、本发明第三方面提供一种低浓度煤层气的氧化发电方法，包括利用前述第二方面所述的方法进行低浓度煤层气氧化。

8、通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

9、(1)本发明提供的低浓度煤层气的氧化装置中设置气体传输和换热区，煤层气原料通过气体传输和换热区中的多个换热管输送至燃烧区进行氧化，且在输送过程中与燃烧区排出的逆向运动高温产物烟气进行间壁换热，通过高效率的换热，使得煤层气在进入燃烧区时达到着火点，高温产物烟气经换热后离开装置，实现对低浓度煤层气进行快速连续的氧化；

10、(2)不涉及现有装置中所需要的气体切换过程，避免了传统技术气体切换带来的甲烷残留，氧化效率可达到98.5％以上；

11、(3)可连续稳定运转，处理能力提高，操控过程简单，系统运行的稳定性好；

12、(4)装置结构简单，无需使用结构复杂且高价的蓄热体，成本节省显著。

技术特征：

1.一种低浓度煤层气的氧化装置，其特征在于，包括：壳体(1)，在所述壳体(1)的内部设置的气体分布板(5)、固定管板(6)和多个换热管(31)；

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述气体分布板(5)设置在所述进气缓冲区(2)与气体传输和换热区(3)之间；

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述固定管板(6)设置在所述气体传输和换热区(3)和燃烧区(4)之间；

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述换热管(31)贯穿所述气体传输和换热区(3)，且所述换热管(31)的一端连接所述进气通孔(52)，另一端穿过所述固定管孔(62)并伸入所述燃烧区(4)。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中，所述气体传输和换热区(3)设置有产物烟气出口(11)；

6.权利要求1-5中任意一项所述的装置进行低浓度煤层气氧化的方法，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述低浓度煤层气的ch4含量≤1.5v％。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过所述热交换，使得所述低浓度煤层气在进入所述燃烧区时的温度达到700-1000℃。

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，所述氧化反应的温度为700-1300℃；

10.一种低浓度煤层气的氧化发电方法，包括利用权利要求6-9中任意一项所述的方法进行低浓度煤层气氧化。

技术总结
本发明涉及煤矿能源利用的技术领域，具体涉及低浓度煤层气的氧化装置、氧化方法及氧化发电方法。装置包括：壳体，在所述壳体的内部设置的气体分布板、固定管板和多个换热管；其中，所述气体分布板和固定管板将所述壳体的内部依次划分为进气缓冲区、气体传输和换热区和燃烧区，所述多个换热管设置在所述气体传输和换热区中并连通所述进气缓冲区和燃烧区。能够实现对低浓度煤层气进行快速连续的氧化处理，氧化效率高，可连续稳定运转，操控过程简单，成本节省。

技术研发人员：张进华,秦强,何立新,赵香龙
受保护的技术使用者：国家能源投资集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15