李强[1]2002年在《煤矿瓦斯气体净化技术研究》文中研究表明瓦斯灾害是煤矿普遍存在的最大灾害，主要表现为瓦斯爆炸。瓦斯灾害防治所采取的主要措施有防止瓦斯积聚、防止瓦斯引燃、加强矿井通风和进行瓦斯抽放，通过这些措施来使煤矿瓦斯爆炸危害减小到最小程度。但这些都不能从根本上解决矿井瓦斯爆炸问题。 本文从新的角度来解决矿井瓦斯爆炸问题，提出了煤矿瓦斯气体热分解净化和多孔电致发热陶瓷吸附净化的思路。其中瓦斯气体热分解净化主要是对瓦斯气体热分解净化系统装置进行研究，该系统装置包括预热系统、加热氧化分解系统、气体冷却系统和冷却气体吸收净化系统，其中氧化分解系统是整个系统装置的重点和核心。设计了七种不同的氧化分解装置对比研究了瓦斯气体分解效果，进而确定了最佳氧化分解装置。实验研究表明了瓦斯气体分解净化装置中的主要工艺参数是反应温度、气体流量、气体浓度和催化剂。影响瓦斯气体分解净化效果的主要因素是分解腔的结构、腔内传热与传质和气体的循环时间。 多孔电致发热陶瓷吸附净化的思路主要利用多孔碳化硅蜂窝陶瓷的电致发热特性和多孔碳化硅泡沫陶瓷高气孔率的吸附特性，对瓦斯气体进行分解吸附净化。研究了用于瓦斯气体吸附分解的多孔碳化硅陶瓷，并设计了多孔碳化硅陶瓷瓦斯热解装置。
余海霞[2]2007年在《利用微生物技术治理煤矿瓦斯的研究》文中研究说明本论文以浙江大学华家池校区实验农场水稻田土壤作为甲烷氧化菌体系的富集源，经长期驯化以及培养基、培养条件的优化后得到一种具有优良的氧化甲烷能力的甲烷氧化菌混合体系。以略大于煤矿瓦斯爆炸范围(5％-16％)的甲烷浓度(0-20％)作为研究对象，设计了一种生物滴滤塔，用该甲烷氧化菌体系作为挂膜的微生物，进行煤矿瓦斯甲烷的氧化从而达到提高煤矿安全性的目的。对该滴滤塔挂膜过程以及运行工艺进行了较系统地探讨，当反应器稳定运行后，对其去处甲烷的过程进行数学模拟，建立了生物法氧化煤矿瓦斯中甲烷的动力学模型，预测在操作条件改变时滴滤塔净化甲烷效果的变化，从而实现对实际净化过程的预测计算。主要的研究结论如下：(1)以浙江大学华家池校区实验农场水稻田以及杭州天子岭垃圾填埋场2种土壤作为甲烷氧化菌体系的富集源，经30d的富集培养后，比较两者甲烷氧化菌氧化甲烷的效果。结果表明，经水稻田土壤样品富集而来的甲烷氧化菌体系氧化甲烷的能力明显强于经垃圾填埋场土壤富集而来的甲烷氧化菌体系。然后，以水稻田富集的甲烷氧化菌体系作为研究对象，对该甲烷氧化菌体系的培养基以及培养条件进行优化，得出适合该甲烷氧化菌体系生长的培养基组成为(g／L)：MgSO_4·7H_2O 0.5；KNO_3 1；Na_2HPO_4·12H_2O 0.36：KH_2PO_4 0.28；CaCl_2·6H_2O0.1；NH_4Cl0.25：*微量元素溶液1mL；*微量元素溶液配方(g／L)：Na_2EDTA 0.5；FeSO_4·7H_2O0.4；CuSO_4.5H_2O 0.06。对影响甲烷氧化菌体系生长以及甲烷氧化的环境条件的实验结果表明，当培养基初始pH为6，培养温度为30℃，V_(O2)：V_(CH4)＞2：1时，最适宜该甲烷氧化菌体系的生长和对甲烷的氧化。在经优化的培养基以及培养条件下，该甲烷氧化菌体系能在较短时间内对处于瓦斯爆炸范围内的甲烷进行彻底的氧化。当CH_4含量为5％时，40h内即可被甲烷氧化菌体系完全利用；当CH_4含量为10％时，达到100％的氧化只需要48h；而当CH_4含量升高到15％时，达到100％的氧化也只需要56h，而且，在此过程中甲烷氧化菌菌体生长OD_(560)值一直呈上升趋势，表明该甲烷氧化菌体系具有氧化更高浓度甲烷的潜力存在。(2)煤矿有毒气体对微生物技术治理煤矿瓦斯效果影响的研究表明，CO、H_2S、SO_2 3种气体单独存在时，当CO浓度由0增加到煤矿安全规程规定的煤矿最高允许浓度的250倍，H_2S和SO_2浓度由0增加到煤矿安全规程规定的煤矿最高允许浓度的100倍，甲烷氧化菌对甲烷的氧化率变化都不大，甲烷单加氧酶活性虽有时表现为显着差异，但其绝对数值与对照CK差距并不大，对甲烷氧化菌氧化甲烷的过程并未造成显着抑制作用，有时候反而表现为一定的促进作用。因此，可以说在煤矿可产生的CO、H_2S、SO_2浓度范围内，单一的CO、H_2S、SO_2对本甲烷氧化菌体系无明显的毒害作用。由3种气体混合影响试验表明，尽管3种气体的混合对甲烷氧化菌体系氧化甲烷的效果产生了轻微的抑制作用，甲烷氧化率与对照间差异不显着(p＞0.05)。由于所设定的实验浓度远远超出煤矿所规定的这3种气体的安全浓度，所以在煤矿可产生的CO、H_2S、SO_2浓度范围内，CO、H_2S、SO_2对本甲烷氧化菌体系也不会产生明显的毒害作用。在含有CO、H_2S、SO_2而不接种甲烷氧化菌的样品中均能检测到CO、H_2S、SO_2的存在，但接种有甲烷氧化菌的样品中却检测不到CO、H_2S、SO_2的含量，说明在本甲烷氧化菌体系中存在着可以利用CO、H_2S、SO_2的微生物种。这可能是CO、H_2S、SO_2在所研究的浓度范围内对甲烷氧化菌体系氧化甲烷的效果无显着影响的原因之一。SDS-PAGE图谱表明，在CO、H_2S、SO_2的单独存在下，所有样品的条带数量以及位置并无显着差异，这说明所研究浓度范围内的CO、H_2S、SO_2对甲烷氧化菌体系并无明显的毒害作用。3种气体一起存在时，SDS-PAGE图谱上缺失一条条带，但此时甲烷氧化菌体系的甲烷氧化率以及MMO活性变化都不大，说明该缺失的条带与甲烷单加氧酶无关。所有试验结果都表明，在煤矿可产生的CO、H_2S、SO_2浓度范围内，对本甲烷氧化菌体系不产生明显的抑制作用。因此，用本甲烷氧化菌体系处理煤矿瓦斯是稳定、安全、可靠的。(3)对生物滴滤塔处理煤矿瓦斯的工艺研究表明，对6种填料通过静态以及动态挂膜进行比较筛选，大陶粒以其适宜的比表面积、粒径以及密度，用其作为填料的滴滤塔能得到较大的氧化甲烷能力以及较强的抗冲击能力，非常适合作为处理煤矿瓦斯的生物反应器的填料。生物滴滤塔处理煤矿瓦斯的性能研究表明，生物滴滤塔的容积去除负荷随容积负荷的增加而增加。当导入口体积负荷增加到一定程度时，容积去除负荷将不再随着导入口体积负荷变化而变化，而是维持在一个稳定水平。而且对于不同的停留时间，这个稳定值基本相当，约为1470mg甲烷／L填料·h，此值也就是滴滤塔最大的氧化甲烷能力；当导入口甲烷浓度较低时，生物滴滤塔具有较高的甲烷去除率。而当入口甲烷浓度升高时，滴滤塔对甲烷的氧化效率开始下降，且停留时间越短，滴滤塔对甲烷的氧化效率也下降得越快；当导入口甲烷浓度较小(＜50mg／L)时，停留时间对甲烷的去除效果影响不大；而当入口甲烷浓度增大时，则停留时间越长，对甲烷的氧化效果越好。对于不同的导入口甲烷浓度，反应器中各级填料对甲烷的去除均有一定的贡献。当停留时间较长，即入口气体流量较小时，对于低浓度甲烷，反应器中第一层填料对甲烷去除的贡献率最大。当入口甲烷浓度增大时，各层填料对甲烷去除的贡献差别逐步减小。而当停留时间较短，即入口气体流量较大时，反应器中第二层填料对甲烷去除的贡献率较大；入口甲烷浓度越高，气体流速越大，喷淋液流速对滴滤塔处理甲烷的效果影响越大。对于较小的气体流速以及甲烷浓度(30L／h，35mg／L)，当液体流速由25ml／min增加到75ml／min时，甲烷的去除率变化不大。当气体流速控制在30-90L／h时，液体流速控制在75ml／min较为合适；当喷淋液为75mL／min，气体流量小于60L／h时，每隔10h就必须再次喷淋以及时补充水分保证稳定的甲烷氧化效率。当气体流量大于60L／h时，要增大喷淋频率才能保证生物膜正常生长的需要。该处理煤矿瓦斯的生物滴滤塔系统具有较好的应对突发事件及故障的适应能力。控制入口气体流速为45L／h，生物滴滤塔中断3d后重新运行，9h后系统氧化甲烷性能即可获得较好恢复。而当生物滴滤塔中断7d后再次运行，至少需要16h系统才能获得较好的甲烷去除效率。当气体流速为45L／h，喷淋液流速为75mL／min，每10h喷淋一次的条件下，用大陶粒进行挂膜的生物滴滤塔大约有160d的寿命。在此期间，该系统具有较好的瓦斯净化能力，之后，装置系统由于滋生霉菌，处理瓦斯的能力迅速恶化。(4)根据物料平衡和经典的Langmuir吸附公式，可以建立整个填料塔内的生物膜表面吸附和生化去除CH_4的宏观动力学模型，并得到以下计算式：经对比验证结果表明，对于不同的入口气体流速来讲，该动力学模型对出口CH_4浓度的计算值与实验值之间都具有较好的相关性，相关系数均达到0.94以上。在较低气体流速与入口甲烷浓度的条件下，CH_4生化去除量的理论计算值与实验值之间有较好的相符性，但当气体流速增加以及入口甲烷浓度增大时，理论计算值与实验值之间逐渐出现偏差，但在所研究的入口甲烷浓度范围内(0％-20％)，二者之间的相关性系数仍然达到了0.89以上。这表明应用“吸附—生物膜理论”建立的动力学模式对在好氧条件下生物膜填料塔处理煤矿瓦斯气体中的甲烷具有较好的适用性，可以在实际工作中进行模拟研究，并为相关的理论研究和实际操作提供指导和帮助。
邵水才[3]2008年在《煤矿瓦斯分解净化效果的实验研究》文中研究说明瓦斯是危害煤矿生产的主要因素之一,为了从根本上解决瓦斯爆炸给矿工的生命、煤炭生产带来的危害,本文提出了一种新的防治瓦斯积聚方法。即在自行设计的封闭系统内,把瓦斯通过负压转移管道送入瓦绝热催化、氧化的净化系统中,对流量20~70L/min爆炸浓度以下的瓦斯气体进行近距离加热催化、氧化处理,将瓦斯气体中的CH4转化为无毒、无爆炸危险的CO2和H2O,为解决煤矿瓦斯危害提供了一种新思路。
郭西山, 王晓刚, 李晓池[4]2003年在《浓度和流量对瓦斯加热氧化净化率的影响》文中指出传统的瓦斯爆炸防治方法虽然具有一定的效果 ,但却存在着很大的局限性 .为了从根本上解决瓦斯爆炸的危害 ,对绝热氧化法进行了实验研究 .在实验条件下通过绝热氧化使瓦斯气体中的CH4 在爆炸浓度以下 (体积浓度 1%～ 5 % ) ,流量在 2 5～ 90L/min时氧化成无毒、无爆炸危险的CO2 和H2 O ,净化了瓦斯气体 .通过系统试验 ,研究了浓度和流量对瓦斯气体加热氧化净化率的影响 ,为消除煤矿瓦斯积聚提供了实验基础和进一步研究的新途径 .
李晓池, 郭晓滨, 王晓刚[5]2003年在《煤矿瓦斯催化氧化净化实验研究》文中研究指明为了从根本上解决瓦斯爆炸的危害,在实验室自行设计研制了一种煤矿瓦斯催化净化装置,并成功地进行了实验室小试。可在较低温度下将CH4浓度为1%～5%的瓦斯气体,以30l/min左右的流量通过负压转移系统送入瓦斯催化净化装置,并对残余气体进行二次处理,使瓦斯气体中的CH4催化氧化成无毒、无爆炸危险的CO2和H2O,为解决煤矿瓦斯爆炸提出了一种新思路、新方法。
余海霞, 闵航, 吕镇梅, 李子木[6]2008年在《生物反应器处理煤矿瓦斯气体工艺填料的选择》文中进行了进一步梳理为给生物技术处理煤矿瓦斯气体的反应器选择一种合适的填料,以净化处于略大于瓦斯爆炸范围的甲烷含量为0~20%的甲烷与空气的混合气体为研究对象,采用实验室规模的生物膜填料塔,对陶粒滤料、蛭石以及生物挂膜陶粒3种填料的挂膜性能进行了比较.结果表明:陶粒滤料挂膜效果最差,反应器处理甲烷的能力也最弱,而以蛭石作为填料的反应器的抗冲击能力最差.相对于陶粒滤料以及蛭石而言,挂膜生物陶粒以其适宜的比表面积、粒径以及密度,用其作为填料的反应器能得到较大的处理甲烷能力以及较强的抗冲击能力,较适合作为处理煤矿瓦斯的生物反应器的填料.
牟文荷, 罗新荣, 孟翠翠[7]2009年在《炭膜用于煤矿瓦斯提纯的新技术构想》文中指出瓦斯是煤矿瓦斯爆炸、突出的重要原因,同时又是一种温室气体。近年来,人们对瓦斯的认识已经从灾害气体发展到能源气体。由于煤矿抽放气体和通风气体中瓦斯浓度低,而大多数瓦斯利用技术对瓦斯浓度都有着严格的要求,所以瓦斯净化提纯技术具有重大的意义。针对瓦斯提纯净化的重要性,提出一种新的方法来提纯瓦斯,即用炭膜来提纯低浓度的煤矿抽放气体和通风气体,通过对甲烷提纯技术、炭膜及其分离机理的研究,分析其用于提纯瓦斯的可行性。
马磊, 陈耀壮, 廖炯, 郑珩[8]2012年在《煤矿瓦斯综合利用技术开发进展》文中提出介绍了我国煤层气利用现状,分别阐述了煤矿瓦斯脱氧与分离提浓、煤矿瓦斯自热转化制氢与液氨技术开发进展。重点介绍了煤矿瓦斯耐硫催化脱氧关键技术,并提出了以该技术为核心的煤矿瓦斯脱氧制CNG/LNG的技术方案。
刘义磊[9]2011年在《矿井回风流中瓦斯回收利用技术研究》文中研究表明矿井回风流瓦斯占全国矿井瓦斯总排放量的80%左右,排放量十分惊人,但是由于其浓度过低,利用起来难度很大,长期以来大部分矿井回风流瓦斯都是直接排放至大气。瓦斯是引起温室效应和臭氧层破坏的主要有害气体之一,同时又是一种优质的清洁能源,巨量瓦斯的直接排空不仅给大气环境带来巨大的破坏,还造成了严重的能源浪费。随着我国煤矿产业的不断发展,矿井深度的不断延伸,矿井回风流瓦斯排放总量也将会更加巨大,矿井回风流瓦斯亟需得到治理和利用。通过分析CDM方法在我国矿井瓦斯治理中的应用,证明矿井瓦斯特别是回风流瓦斯的利用具有广阔的应用前景。通过对几种灵活的矿井回风流瓦斯氧化应用方式的经济效益进行分析比较,得出影响回风流瓦斯氧化率的最重要可调因素为瓦斯浓度。在对现有矿井回风流瓦斯利用技术进行详细研究的基础上,对比指出传统技术手段不足之处,基于蓄热式高温空气燃烧理论,引入推广前景较好的逆流氧化技术。指出了氧化技术对瓦斯浓度要求与矿井通风安全对瓦斯浓度限制之间的矛盾,对比分析了常见的提高瓦斯浓度的方法的适用范围和不足,通过FICK定率及相应的热力学理论,找出了可以描述瓦斯自然上浮运动的物理模型。理论分析与试验研究证明了利用CH。分子自身羽浮性分离瓦斯气体的思想理念是合理的,通过物理方法实现对矿井回风流CH4富集回收是可行的,矿井回风流CH4分离回收技术具有良好的工程可行性和应用前景。
范庆虎[10]2011年在《含氮氧煤层气液化装置中关键技术的研究》文中认为提高资源利用率,优化能源结构,促进能源可持续发展是我国面临的迫切任务。煤层气,特别是含氮氧煤层气的合理利用已经成为当今研究的热点。针对鹤岗南山煤矿煤层气气源条件,本文提出采用醇胺溶液化学吸收法深度脱除酸性气体、4A分子筛吸附法深度脱水干燥、单级混合制冷剂制冷循环液化、低温精馏分离方法处理含氮氧煤层气,生产高热值LNG产品,从而研制出LNG5含氮氧煤层气液化装置。基于上述含氮氧煤层气液化装置,本文进行了大量的基础研究和实验分析,促进含氮氧煤层气液化装置的国产化应用。根据燃烧爆炸学基本理论,基于Le Chatelier公式,采用全比例分配互相组合原则,推导出适用于含O_2、N_2、CO_2等多元混合煤层气的爆炸极限计算公式。基于常规的煤层气液化系统,分析了在不同液化压力下含氮氧煤层气中CH_4摩尔分数的变化对CH_4回收率、LNG中氮氧含量的影响,分析了在不同温度下含氮氧煤层气的爆炸极限与压力的关系,提出了CH_4摩尔分数在30%~87%的含氮氧煤层气液化系统的工艺流程。分析了低温精馏塔内部不同理论塔板上气相组分变化与爆炸极限的关系,提出了低温精馏塔采用只有提馏段和再沸器,没有精馏段和冷凝器的结构。分析了含氮氧煤层气液化装置的经济性,提出了本文研究的LNG5含氮氧煤层气液化装置的工艺流程适合于CH_4摩尔分数在50%~87%的含氮氧煤层气。根据双膜模型,建立酸性气体在醇胺溶液中的扩散-速率方程,推导出醇胺溶液与酸性气体处于不同化学反应类型时的增强因子简化式,实现了物理吸收与化学吸收之间的联系。基于酸性气体在醇胺溶液中的不同离子平衡式,建立了酸性气体在醇胺溶液中的溶解度模型,结合实验数据,推导出酸性气体在醇胺溶液上的平衡分压ps、pc显式解析式,方便了工程应用。采用数值模拟的方法对醇胺溶液深度脱酸性气体工艺流程进行优化分析和适应性分析。对于日处理5000Nm~3的LNG5含氮氧煤层气脱酸性气体系统,煤层气中CO_2摩尔含量为3%~0.129%时,MEA醇胺溶液循环量宜为30kmol/h~20kmol/h,再沸器热负荷宜为76kW~44kW。建立LNG5深度脱酸性气体系统,进行MEA醇胺溶液脱除煤层气中CO_2的实验研究。净化后的煤层气中CO_2体积含量仅为20ppm,达到设计值CO_2≤50ppm,单位CO_2脱除能耗为14kW/(kg·h)。基于气-固扩散理论,对吸附床层建立了传质数学模型,探讨了分子筛吸附床层的穿透特性;根据工程经验,推导出分子筛吸附脱水工艺过程的计算方法。针对LNG5含氮氧煤层气深度脱水干燥系统,分析了煤层气入口温度、流速对分子筛吸附床层穿透时间的影响;分析了分子筛在非正常工况时,吸附周期、加热时间对分子筛再生气量的影响,探讨了分子筛吸附干燥系统的适应性。建立了LNG5深度脱水干燥系统,进行4A分子筛深度脱水干燥的实验研究。干燥后的煤层气露点温度为-75℃,即含水量小于1ppm,达到了LNG5深度脱水干燥系统的设计指标。对LNG5含氮氧煤层气液化系统的单级混合制冷剂液化循环工艺中的关键设备建立稳态数学模型,数值比较了不同制冷剂组成对混合制冷剂制冷功耗的影响,分析了不同混合制冷剂对换热器内部冷热流体温度分布及其温差的影响,确定了LNG5含氮氧煤层气液化系统的混合制冷剂组分。分析了混合制冷剂组分的变化对换热器内部最小温差、关键点气相分率的影响,确定了混合制冷剂的优化配比。对关键设备建立动态数学模型,分析了LNG5含氮氧煤层气液化系统在煤层气压力、温度、流量及制冷剂循环量变化时的动态特性。建立了LNG5含氮氧煤层气低温液化系统,进行液化冷箱降温过程的实验研究。由CH_4、C_2H_4、C2H_6、n-C_4H_(10)、N_2组成混合制冷剂时,低温液化系统的单位LNG制冷比功耗为0.508 kW·h/Nm~3,仅比理论值0.48kW·h/Nm~3高出5.8%,这是因为混合制冷剂压缩机出口压力为2.16MPa,小于理论值2.5MPa,致使混合制冷剂循环量的增加,混合制冷剂压缩机的轴功率增加。基于等效塔板理论,建立了填料塔的动态平衡级数学模型,引入贝恩-霍根公式和S-B-F模型推导出填料层的压力降△P,实现了MESH方程组的封闭可解。分析了低温填料塔的理论塔板数、再沸比对LNG中氮氧、返流煤层气中CH_4浓度的影响;分析了精馏塔内部温度、压力的变化趋势;分析了再沸比对再沸器热负荷、LNG产量的影响;分析煤层气中CH_4含量变化对LNG产量、LNG中甲烷、氮氧浓度的影响;分析了精馏塔压力、塔釜液位及LNG产品中O_2含量在液化煤层气的压力、温度、组分、流量变化下的动态特性,为低温精馏塔的操作运行提供了技术指导。建立LNG5含氮氧煤层气低温精馏分离系统,进行低温精馏脱除煤层气中氮氧的实验研究。采用只有提馏段的散堆填料塔,能够将煤层气中N_2摩尔含量由7.12%精馏到0.19%,优于理论值0.545%。LNG5含氮氧煤层气液化装置的成功运行,验证了本文提出的适用于含氮氧煤层气液化装置的工艺流程和工艺计算的合理性,为含氮氧煤层气液化装置的国产化应用与推广提供了技术指导和实验经验。
参考文献：
[1]. 煤矿瓦斯气体净化技术研究[D]. 李强. 西安科技学院. 2002
[2]. 利用微生物技术治理煤矿瓦斯的研究[D]. 余海霞. 浙江大学. 2007
[3]. 煤矿瓦斯分解净化效果的实验研究[J]. 邵水才. 西安科技大学学报. 2008
[4]. 浓度和流量对瓦斯加热氧化净化率的影响[J]. 郭西山, 王晓刚, 李晓池. 煤炭学报. 2003
[5]. 煤矿瓦斯催化氧化净化实验研究[J]. 李晓池, 郭晓滨, 王晓刚. 西安科技学院学报. 2003
[6]. 生物反应器处理煤矿瓦斯气体工艺填料的选择[J]. 余海霞, 闵航, 吕镇梅, 李子木. 煤炭学报. 2008
[7]. 炭膜用于煤矿瓦斯提纯的新技术构想[J]. 牟文荷, 罗新荣, 孟翠翠. 能源技术与管理. 2009
[8]. 煤矿瓦斯综合利用技术开发进展[J]. 马磊, 陈耀壮, 廖炯, 郑珩. 化工进展. 2012
[9]. 矿井回风流中瓦斯回收利用技术研究[D]. 刘义磊. 山东科技大学. 2011
[10]. 含氮氧煤层气液化装置中关键技术的研究[D]. 范庆虎. 哈尔滨工业大学. 2011