Пристрій для збагачення пального газу

Реферат: Для забезпечення способу збагачення пального газу, який дозволяє ефективно здійснювати збагачення пального газу до вищої концентрації при мінімізації втрати вихідного матеріалу, пропонуються адсорбційна колона (2), наповнена адсорбентом (21), подавальний/випускний засіб (31) для подачі вихідного газу (G), який містить пальний газ та повітря, збиральний засіб (51) для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента (21), і збирання десорбованого газу, контрольний засіб (6) для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу і процесу десорбції пального газу, вимірювальний засіб (33) для визначення концентрації пального газу у вихідному газі та секція встановлення робочого режиму (63) для варіювання часу завершення адсорбції для контрольного засобу (6) для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом (33). UA 109426 C2 (12) UA 109426 C2 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь винаходу Даний винахід стосується пристрою для збагачення пального газу, сконфігурованого для подачі вихідного газу, який містить пальний газ та повітря, до адсорбційної колони для адсорбції пального газу з метою його збагачення. Рівень техніки Для ефективного використання пального газу необхідним є збагачення пального газу до належного ступеня шляхом видалення такого газу, як повітря, з вихідного газу, який містить пальний газ. Пропонувалися різні пристрої та способи такого збагачення пального газу. Однак, наприклад, як описується у патентному документі 1, як вихідний газ використовується газ (так званий шахтний газ), який видобувається з вугільних шахт і містить метан як пальний газ. Крім того, пропонується винахід для збагачення газу-метану для його використання через відокремлення повітря (яке здебільшого містить, азот, кисень та діоксид вуглецю) від вихідного газу з застосуванням адсорбента. Тобто, згідно з патентним документом 1, як адсорбент використовується природний цеоліт, який має дуже низьку швидкість адсорбції газу метану порівняно з азотом (іншими словами, застосовується адсорбент, який адсорбує азот, кисень та діоксид вуглецю з "пріоритетом" перед газом метаном). Крім того, пропонується винахід, який стосується пристрою та способу збагачення газу метану з застосуванням описаної нижче технології. Згідно з нею, певну кількість шахтного газу вводять при заданому тиску в адсорбційну колону, заповнену адсорбентом, за допомогою компресора або іншого подібного пристрою. У процесі кисень, азот та діоксид вуглецю, які містились у шахтному газ, першими адсорбуються у передню частину (нижню частину) адсорбційної колони, а газ метан, який має нижчу швидкість адсорбції, адсорбується у задню частину (верхню частину) адсорбційної колони. Крім того, цей газ метан вивільнюється з верхньої частини адсорбційної колони у середовище з атмосферним тиском. Через зазначений процес із шахтного газу як вихідного газу збагачується газ метан шляхом видалення повітря з застосуванням адсорбента. В результаті цей збагачений метан може використовуватись як паливо або з іншими подібними цілями. Документ існуючого рівня техніки Патентний документ Патентний документ 1: публікація у бюлетені японської нерозглянутої патентної заявки № 58-198591 Короткий опис винаходу Мета, яка досягається завдяки винаходові Тобто, як конфігурація для збагачення шахтного газу, передбачається конфігурація, яка включає: адсорбційну колону, наповнену адсорбентом для адсорбування пального газу; подавальний/випускний засіб для подачі вихідного газу, який містить пальний газ, та повітря в адсорбційну колону та випускання відхідного газу, який є частиною вихідного газу, не адсорбованого до адсорбента, за межі адсорбційної колони; збиральний засіб для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента, шляхом декомпресії простору всередині адсорбційної колони до тиску, нижчого за атмосферний, і збирання десорбованого газу через збиральний прохід; і контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу, при якому відхідний газ випускається з адсорбційної колони, та процесу десорбції пального газу, при якому збирається пальний газ, десорбований збиральним засобом; При вищеописаній конфігурації, коли вихідний газ вводять в адсорбційну колону, вихідний газ входить у контакт з адсорбентом, таким чином, щоб пальний газ, який міститься у вихідному газі, адсорбувався до адсорбента. У ньому неадсорбовані компоненти у вихідному газі випускаються, перебуваючиу відхідному газі, за межі адсорбційної колони. В результаті всередині адсорбційної колони збагачується лише пальний газ, який міститься у вихідному газі (процес адсорбції). Коли адсорбент досягає своєї межі адсорбції для адсорбування пального газу, цей адсорбент проривається, після чого пальний газ починає вивільнюватись у відхідний газ. Таким чином, подача вихідного газу припиняється до того, як пальний газ починає вивільнюватись у незмінному вигляді у відхідний газ. І навпаки, при скиданні тиску в адсорбційній колоні пальний газ випускається з адсорбційної колони, і цей випущений пальний газ збирається через збиральний прохід. У ньому, оскільки зібраний пальний газ був вибірково адсорбований в адсорбційній колоні, цей зібраний пальний газ було збагачено до концентрації вищої за його концентрацію у вихідному газі (процес десорбції). 1 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Оскільки процес адсорбції та процес десорбції послідовно повторюються, збагачений пальний газ послідовно збирається через збиральний прохід. До того ж, описаний вище контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу та процесу десорбції пального газу передбачає визначення часу завершення процесу адсорбції як часу по завершенню заданого періоду від початку процесу адсорбції. В альтернативному варіанті час завершення процесу адсорбції може передбачатись як час, коли концентрація пального газу у відхідному газі у процесі адсорбції досягає заданої концентрації. Однак, якщо час завершення процесу адсорбції визначається у вищеописаний спосіб, перемикання відповідних процесів не може ефективно здійснюватися, наприклад, при коливаннях концентрації пального газу у вихідному газі. Наприклад, якщо час завершення процесу адсорбції визначається на основі завершення періоду адсорбції, у разі, якщо виявляється, що концентрація пального газу у вихідному газі є нижчою за очікувану концентрацію, процес адсорбції буде завершений, хоча адсорбент в адсорбційній колоні ще не досяг своєї точки прориву. І навпаки, якщо виявляється, що концентрація пального газу є вищою за очікувану, велика кількість пального газу втрачається як помилково вивільнена у відхідний газ. Крім того, якщо час завершення процесу адсорбції визначається на основі концентрації пального газу у відхідному газі, очікуваний час завершення адсорбції та фактичний час завершення адсорбції мають значні розбіжності. З цієї причини виникає незручність, яка полягає у необхідності спостереження концентрації пального газу у відхідному газі протягом невиправдано тривалого періоду або в тому, що на час початку спостереження концентрація пального газу вже є високою, і, таким чином, концентрація пального газу, яка дозволяє належним чином визначати завершення процесу адсорбції, не може бути виявлена. Крім того, час, коли газ метан прориває адсорбент, іноді може коливатися через такі чинники, як погіршення адсорбційної здатності адсорбента 21 або погіршення характеристик нагнітача і т. ін. У цьому разі також концентрація газу метану під час завершення адсорбції також може змінюватися. У цій ситуації, як описано вище, у разі зміни характеристик адсорбції, наприклад, через погіршення властивостей адсорбента 21, часом трапляється раптовий початок вивільнення газу метану у відхідний газ OG після початку прориву адсорбента 21 або зменшення кількості потоку газу через погіршення характеристик нагнітача. У цьому разі може виникнути ситуація, коли потрібен час для прориву адсорбента. Тому якщо час завершення адсорбції визначається на основі завершення періоду адсорбції, у разі, коли кількість пального газу, поданого до адсорбента є зниженою, наприклад, через зниження потужності нагнітача, може трапитися так, що процес адсорбції закінчується передчасно, хоча адсорбент в адсорбційній колоні ще не досяг своєї точки прориву. І навпаки, у разі, якщо зниження адсорбційної здатності адсорбента відбулося через погіршення властивостей адсорбента, може трапитися так, що велика кількість пального газу втрачається як помилково вивільнена у відхідний газ. Крім того, якщо час завершення процесу адсорбції визначається на основі концентрації пального газу у відхідному газі, очікуваний час завершення адсорбції та фактичний час завершення адсорбції мають значні розбіжності. З цієї причини виникає незручність, яка полягає у необхідності спостереження концентрації пального газу у відхідному газі протягом невиправдано тривалого періоду або в тому, що на час початку спостереження концентрація пального газу вже є високою, і, таким чином, концентрація пального газу, яка дозволяє належним чином визначати завершення процесу адсорбції, не може бути виявлена. Для уникнення ситуацій на зразок вищезазначених у будь-якому разі операція має здійснюватися з установленням певного запасу або допуску для визначення завершення адсорбції. Однак при визначенні з установленням такого запасу операція може здійснюватися з більшою певністю; отже, трапляється така проблема, як неможливість досягнення достатньо високої концентрації вихідного матеріалу, значна втрата вихідного матеріалу або зниження робочої ефективності збагачувального пристрою в цілому. Таким чином, існує потреба в удосконаленні з точки зору заощадження енергії та екологічної проблеми, такої, як глобальне потепління, і т. ін. Даний винахід було здійснено з врахуванням вищеописаних проблем, і його мета полягає у забезпеченні способу збагачення пального газу, який дозволяє ефективно здійснювати збагачення пального газу до вищої концентрації з мінімізацією втрат вихідного матеріалу. Засоби досягнення мети [Конфігурація 1] Для досягнення вищезазначеної мети, згідно з відмітною особливістю даного винаходу, 2 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пристрій для збагачення пального газу включає: адсорбційну колону, наповнену адсорбентом для адсорбування пального газу; подавальний/випускний засіб для подачі вихідного газу, який містить пальний газ та повітря, в адсорбційну колону через подавальний прохід та випускання відхідного газу, який є частиною вихідного газу, не адсорбованого до адсорбента, за межі адсорбційної колони через випускний прохід; збиральний засіб для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента, шляхом декомпресії простору всередині адсорбційної колони до тиску, нижчого за атмосферний, та збирання десорбованого пального газу через збиральний прохід; і контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу для забезпечення подачі за допомогою подавального/випускного засобу вихідного газу в адсорбційну колону і для випуску відхідного газу з адсорбційної колони і процес десорбції пального газу для забезпечення десорбції та збирання пального газу за допомогою збирального засобу; причому збагачувальний пристрій також включає: вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу у вихідному газі, який подається в адсорбційну колону у процесі адсорбції; та секція встановлення робочого режиму для регулювання часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом. [Функція/ефект 1] Таким чином, оскільки конфігурація згідно з винаходом має основну конструкцію процесу адсорбції вищеописаного традиційного пристрою для збагачення пального газу, збагачення пального газу є можливим через послідовне виконання процесу адсорбції та процесу десорбції. Згідно з зазначеним принципом, чим вище концентрація пального газу у вихідному газі, тим коротший період подачі пального газу, що вимагається проривом адсорбента в адсорбційній колоні. Звідси випливає, що чим раніше час завершення адсорбції процесу адсорбції, тим вище концентрація пального газу у вихідному газі. Таким чином, через належне установлення часу завершення адсорбції на основі концентрації пального газу у вихідному газі стає можливим вчасне завершення процесу адсорбції з точним контролем прориву абсорбента у процесі адсорбції, навіть якщо відбувається зміна у компонентному складі вихідного газу. Згідно з зазначеним принципом, оскільки забезпечується вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу у вихідному газі, який подається в адсорбційну колону у процесі адсорбції, можна знати концентрацію пального газу у вихідному газі, який має подаватися при здійсненні процесу адсорбції. Крім того, на основі інформації про концентрацію пального газу у вихідному газі, отриманої через вимірювальний засіб, секція встановлення робочого режиму може змінювати установки часу завершення адсорбції. Таким чином, з’являється можливість точного встановлення часу завершення адсорбції, завдяки чому втрата вихідного матеріалу може бути зведена до мінімуму, і пальний газ може бути ефективно збагачений до високої концентрації. [Конфігурація 2] При вищезазначеній конфігурації в оптимальному варіанті секція встановлення робочого режиму включає відділ пам’яті для зберігання інформації про кореляцію між показниками концентрації пального газу та часу завершення адсорбції у формі бази даних. [Функція/ефект 2] Коли вимірювальний засіб визначає концентрацію пального газу у вихідному газі і змінює час завершення адсорбції, необхідно вирішити, як має відбуватися ця зміна. У цьому зв’язку, якщо тип адсорбента та швидкість потоку залишаються незмінними, період адсорбції від початку процесу адсорбції до його завершення представляється лінійною функцією концентрації пального газу у вихідному газі. Потім, якщо передбачено відділ пам’яті для сортування цього відношення або кореляції у формі бази даних, секція встановлення робочого режиму може звернутися до цього відділу пам’яті й визначити належний час завершення адсорбції, який відповідає концентрації пального газу у поточному вихідному газі і на його основі здійснює нову установку. [Конфігурація 3] Для досягнення вищезазначеної мети, згідно з відмітною особливістю даного винаходу, пристрій для збагачення пального газу включає: адсорбційну колону, наповнену адсорбентом для адсорбування пального газу; подавальний/випускний засіб для подачі вихідного газу, який містить пальний газ та повітря, в адсорбційну колону через подавальний прохід та випускання відхідного газу, який є частиною 3 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вихідного газу, не адсорбованого до адсорбента, за межі адсорбційної колони через випускний прохід; збиральний засіб для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента, шляхом декомпресії простору всередині адсорбційної колони до тиску, нижчого за атмосферний, та збирання десорбованого пального газу через збиральний прохід; та контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу для забезпечення подачі за допомогою подавального/випускного засобу вихідного газу в адсорбційну колону і для випуску відхідного газу з адсорбційної колони і процес десорбції пального газу для забезпечення десорбції та збирання пального газу за допомогою збирального засобу; причому збагачувальний пристрій також включає: вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу, який випускається з адсорбційної колони у процесі адсорбції; та секція встановлення робочого режиму для регулювання часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом. [Функція/ефект 3] Таким чином, оскільки конфігурація згідно з винаходом має основну конструкцію процесу адсорбції вищеописаного традиційного пристрою для збагачення пального газу, збагачення пального газу є можливим через послідовне виконання процесу адсорбції та процесу десорбції. Згідно з зазначеним принципом, оскільки забезпечується вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу, який випускається з адсорбційної колони у процесі адсорбції, можна знати концентрацію пального газу у відхідному газі, який має випускатися. Згідно з зазначеним принципом, для перемикання відповідних процесів зазвичай установлюють час завершення адсорбції і перемикання визначають залежно від того, чи досяг період адсорбції цього встановленого часу завершення адсорбції. У цьому зв’язку, чим вище концентрація пального газу у відхідному газі, тим вище ймовірність того, що адсорбент в адсорбційній колоні досягне достатньої точки прориву. Таким чином, час завершення адсорбції процесу адсорбції може визначатися на основі концентрації пального газу у відхідному газі. Крім того, оскільки передбачено засіб установлення робочого режиму для різних установок часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом, як описано вище, можна визначити, чи належним чином установлено час завершення адсорбції, на основі концентрації пального газу у відхідному газі, і здійснювати різні установки часу завершення адсорбції на основі цього визначення. Крім того, перемикання відповідних процесів в альтернативному варіанті може визначатися на основі порогового значення для концентрації самого пального газу у відхідному газі. Однак у цьому разі також можна визначити, чи належним чином установлено час завершення адсорбції, згідно з концентрацією пального газу у відхідному газі і здійснювати різні установки часу завершення адсорбції на основі цього визначення. Таким чином, з’являється можливість точного встановлення часу завершення адсорбції, завдяки чому втрата вихідного матеріалу може бути зведена до мінімуму, і пальний газ може бути ефективно збагачений до високої концентрації. [Конфігурація 4] В оптимальному варіанті час завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції визначається на основі порогового значення для концентрації пального газу, який випускається з адсорбційної колони; передбачено відділ пам’яті для зберігання, у формі бази даних, інформації про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеною вимірювальним засобом, та показником корекції концентрації газу для коректування порогового значення; і засіб установлення робочого режиму здійснює різні установки часу завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь кореляції. [Функція/ефект 4] Коли вимірювальний засіб визначає концентрацію пального газу у відхідному газі і змінює час завершення адсорбції, необхідно вирішити, як має відбуватися ця зміна. У цьому зв’язку, якщо вихідний газ залишається незмінним, установлюється таке відношення для періоду адсорбції від початку процесу адсорбції до його завершення, що чим вище адсорбційна здатність адсорбента, тим довшим є період, а також чим більше кількість подачі вихідного газу, тим коротшим є період. Отже, спосіб варіювання часу не завжди може визначатися властивістю адсорбента або варіюванням кількості подачі вихідного газу, і т. д. 4 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У цьому разі, згідно з вищезазначеною конфігурацією, інформація про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеною вимірювальним засобом, та показником корекції концентрації газу для коректування порогового значення зберігається у формі бази даних, і встановлюються різні значення часу завершення адсорбції на основі інформації про кореляцію, яка зберігається у базі даних. При цьому, час завершення адсорбції можна дізнатися без необхідності в окремому контролюванні властивостей адсорбента або змін у кількості подачі вихідного газу, і секція встановлення робочого режиму може встановлювати різні належні значення часу завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь кореляції. [Конфігурація 5] В оптимальному варіанті час завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції визначається на основі періоду, що минув від початку процесу адсорбції; передбачено відділ пам’яті для зберігання, у формі бази даних, інформації про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеної вимірювальним засобом, та періодом, що минув; і засіб установлення робочого режиму здійснює різні установки часу завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь кореляції. [Функція/ефект 5] Крім того, подібно до вищезазначеного, при зазначеній конфігурації, у якій інформація про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеною вимірювальним засобом, та періодом, що минув, зберігається у формі бази даних і встановлюються різні значення часу завершення адсорбції на основі інформації про кореляцію, яка зберігається у цій базі даних, час завершення адсорбції можна дізнатися без необхідності в окремому контролюванні властивостей адсорбента або змін у кількості подачі вихідного газу, і секція встановлення робочого режиму може встановлювати різні належні значення часу завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь кореляції. Ефект винаходу Таким чином, навіть у разі зміни у компонентному складі вихідного газу, пальний газ може бути ефективно збагачений до вищої концентрації при мінімальній втраті вихідного матеріалу. Короткий опис фігур [Фіг. 1] є схематичною конфігураційною діаграмою, яка показує конфігурацію пристрою для збагачення пального газу згідно з першим варіантом втілення, [Фіг. 2] показує характеристики адсорбції адсорбента метану згідно з представленим варіантом, [Фіг. 3] є блок-схемою, яка показує операції пристрою для збагачення пального газу згідно з першим варіантом втілення, [Фіг. 4] є блок-схемою, яка показує операції пристрою для збагачення пального газу у процесі адсорбції, [Фіг. 5] є графіком, який показує зміни у концентрації газу метану у відхідному газі OG у зв’язку з періодами, що минули, у процесі адсорбції газу метану, [Фіг. 6] є графіком, який показує зміни у концентрації газу метану у збагаченому пальному газі PG у зв’язку з періодами, що минули, у процесі десорбції газу метану, і [Фіг. 7] є таблицею, яка показує зміни у концентрації газу метану у збагаченому пальному газі PG у зв’язку зі значеннями тиску всередині адсорбційної колони 2 у процесі десорбції газу метану. Способи втілення винаходу Варіанти втілення пристрою для збагачення пального газу 100 (далі спрощено вказується як "пристрій 100 згідно з винаходом") далі описуються з посиланням на супровідні фігури. [Перший варіант втілення] Конфігурація пристрою згідно з винаходом Фіг. 1 є видом, на якому показано схематичну конфігурацію пристрою згідно з винаходом 100. Зокрема, пристрій згідно з винаходом 100, як показано на Фіг. 1, включає адсорбційну колону 2, наповнену адсорбентом 21, подавальну секцію 3 та випускну секцію 4 для подачі вихідного газу G та випускання відхідного газу OG, збиральну секцію 5 для збирання збагаченого пального газу PG та контрольний засіб 6 для контролювання операцій подавальної секції 3, випускної секції 4 та збиральної секції 5. Крім того, передбачено вимірювальний засіб на впускній стороні (вимірювальний засіб) 33 для визначення концентрації пального газу у вихідному газі G, який має подаватися всередину адсорбційної колони 2, та вимірювальний засіб на випускній стороні (вимірювальний засіб) 43 для значення кількості газу, що проходить через адсорбційну колону 2. Адсорбційна колона 5 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Адсорбційну колону 2 завантажують певною кількістю адсорбента 21, здатного адсорбувати пальний газ, таким чином, щоб пальний газ, який міститься у вихідному газі G, що подається в адсорбційну колону 2, міг вибірково адсорбуватися. Згідно з зазначеним принципом, вихідний газ G є газом, який містить пальний газ та повітря. Натомість цей вихідний газ G може бути шахтним газом, який містить, наприклад, метан та повітря. Крім того, пальний газ не обмежується конкретним газом, а може бути будь-яким газом, що має горючі властивості. Наприклад, він може бути газом метаном, який міститься у шахтному газі. У представленому нижче обговоренні вихідний газ G описується як шахтний газ, і цей вихідний газ G описується як такий, що містить газ метан та повітря. У цьому зв’язку шахтний газ є газом, який видобувається з вугільних шахт. Хоча він може бути різним, залежно від умов, шахтний газ зазвичай містить метан, який складає приблизно 20-40 об’ємн. %, та повітря (яке здебільшого містить гази азот та кисень), яке складає приблизно 60-80 об’ємн. %. Адсорбційна колона: адсорбент Адсорбент 21 не обмежується конкретним адсорбентом, а може бути будь-яким адсорбентом, здатним вибірково адсорбувати пальний газ, такий, як газ метан. Як адсорбент 21 краще застосовувати адсорбент 21a для газу метану, наприклад, принаймні один, вибраний з групи, до якої належать активоване вугілля, цеоліт, силікагель, металоорганічний комплекс (фумарат міді, терефталат міді, циклогександикарбоксилат міді і т. ін.), який має середній діаметр пор від 4,5 до 15Å, як визначається MP-способом, та кількість адсорбції метану 20 Нмл/г або більше при атмосферному тиску та 298K. У цьому зв’язку середній діаметр пор в оптимальному варіанті становить від 4,5 до 10Å, у ще кращому варіанті – від 5 до 9,5Å. Крім того, кількість адсорбції метану в оптимальному варіанті становить 25 Нмл/г або більше. Наприклад, активоване вугілля, як вказано вище, може бути одержане у такий спосіб. Певну кількість кокосового лушпиння або вугілля кокосового лушпиння повністю обвуглюють при 600 °C у газоподібному азоті, для одержання у такий спосіб певної кількості карбіду. Потім його подрібнюють на порошок з діаметром частинок від 1 до 3 мм. Одержаний в результаті матеріал застосовують як вуглецевмісний матеріал. Потім, при застосуванні реактора активації періодичного потоку, вуглецевмісний матеріал активують при 860 °C в атмосфері, яка містить водяну пару у кількості від 10 до 15 об’ємн. %, діоксид вуглецю у кількості від 15 до 20 об’ємн. %, і решту складає азот. При вищеописаному застосуванні адсорбента 21a для газу метану, здатного вибірково адсорбувати газ метан при атмосферному тиску та 298K, цей адсорбент 21a для газу метану може достатньою мірою адсорбувати газ метан навіть при атмосферному тиску та 298K. Тобто, якщо кількість адсорбції метану при атмосферному тиску та 298K є меншою за 20 Нмл/г, ефективність адсорбції газу метану при низькому тиску (зокрема, наближеному до атмосферного тиску) погіршується, і, таким чином, концентрація газу метану у газі метані після збагачення буде нижчою, і для підтримання адсорбційної здатності виникає необхідність у збільшенні кількості адсорбента 21a для газу метану, що веде до необхідності у збільшенні пристрою. У цьому зв’язку, хоча верхня межа вищеописаної кількості адсорбції газу метану не обмежується конкретним значенням, кількість адсорбції газу метану наявного адсорбента 21a для газу метану становить приблизно 40 Нм/г або менше. Крім того, якщо середній діаметр пор, як визначається MP-способом, є меншим за 4,5Å, це веде до збільшення кількості адсорбції газів кисню та азоту. В результаті відбувається зниження концентрації газу метану у газі метані після збагачення або зниження швидкості адсорбції через наближення середнього діаметра пор до діаметра молекули газу метану, що в результаті може призводити до погіршення адсорбційної здатності стосовно газу метану або навіть повної нездатності до адсорбції. З іншого боку, якщо середній діаметр пор, як визначається MPспособом, є більшим за 15Å, це призводить до зниження адсорбційної здатності стосовно газу метану при низькому тиску (зокрема, наближеному до атмосферного тиску), і, таким чином, концентрація газу метану у газі метані після збагачення буде нижчою, і для підтримання адсорбційної здатності виникає необхідність у збільшенні кількості адсорбента 21a для газу метану, що веде до необхідності у збільшенні пристрою. Таким чином, перевагу віддають застосуванню адсорбента 21a для газу метану, яким може бути принаймні один, вибраний з групи, до якої належать активоване вугілля, цеоліт, силікагель, металоорганічний комплекс, який має середній діаметр пор від 4,5 до 15 Å, як визначається MPспособом, та кількість адсорбції метану 20 Нмл/г або більше при атмосферному тиску та 298K. Крім того, в оптимальному варіанті адсорбент 21a для газу метану має об’єм пор з визначеним HK-способом середнім діаметром пор 10Å або менше 50% або більше, у ще кращому варіанті – 70% або більше, у ще кращому варіанті – 80% або більше. У цьому разі, оскільки адсорбент, який має середній діаметр пор 10Å або менше, здатний вибірково 6 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 адсорбувати газ метан, займає 50% або більше від загального об’єму пор, існує можливість збільшення кількості адсорбції газу метану при тиску, нижчому за атмосферний (приблизно 0,1 МПа), таким чином, що газ метан може адсорбуватися достатньо рівномірно при цьому нижчому за атмосферний тиску. Тобто, як показано на Фіг. 2, адсорбент метану 3a, який має середній діаметр пор 10 Å або менше, має більшу кількість адсорбції газу метану при тиску, нижчому за атмосферний (приблизно 0,1 МПа), ніж адсорбент газу метану 3b, який має середній діаметр пор, більший за 10Å, і, таким чином, він по суті є придатним для адсорбції газу метану при тиску, нижчому за атмосферний, як у разі пристрою згідно з винаходом 100. У цьому зв’язку на практиці об’єм пор з середнім діаметром пор, більшим за 4 Å, який представляє межу визначення, і меншим за 10 Å, має складати 50% або більше від загального об’єму пор. Крім того, у ще кращому варіанті адсорбент 21a для газу метану повинен мати об’єм пор для середнього діаметра пор, більшого за 4Å і меншого за 10Å, який складає 50% або більше. З іншого боку, адсорбент 21a для газу метану повинен мати таку кількість адсорбції азоту при 77K, щоб ця кількість адсорбції азоту при відносному тиску 0,013, що відповідає визначеному HK-способом середньому діаметрові пор 10Å, становила 50% або більше, в оптимальному варіанті – 70% або більше, у ще кращому варіанті – 80% або більше. У цьому разі кількість адсорбції при відносному тиску 0,99 представляє загальний об’єм пор, а кількість адсорбції при відносному тиску 0,013 представляє об’єм пор 10 Å або менше. Пропорція кожного з вищезазначених значень означає пропорцію пор 10 Å або менше, яка є високою, як у вищеописаному випадку. В результаті у разі використання суміші газу метану та повітря як вихідного газу G збагачення газу метану при наближеному до атмосферного тиску також може здійснюватися легко й ефективно. Подавальна секція До адсорбційної колони 2 постійно приєднана подавальна секція 3 для подачі вихідного газу G. Подавальна секція 3 включає подавальний прохід 30 для подачі вихідного газу G та нагнітач 31a для введення вихідного газу G до подавального проходу 30. Крім того, подавальний прохід 30 включає перемикальний клапан (перемикальний клапан подавального проходу) 32 для здійснення подачі вихідного газу G до подавального проходу 30, перемикання між подачею та припиненням та регулювання кількості подачі, а також включає вимірювальний засіб 33a для визначення концентрації газу, який визначає концентрацію газу метану у вихідному газі G, який подається. Нагнітач 31a передбачено на подавальному проході 30 і сконфігуровано для подачі вихідного газу G через цей подавальний прохід 30 в адсорбційну колону 2, таким чином, щоб газ метан, який міститься у вихідному газі G, міг бути адсорбований до адсорбента 21a для газу метану всередині адсорбційної колони 2. Нагнітач 31a не обмежується конкретним нагнітачем, а може бути будь-яким нагнітачем, здатним подавати вихідний газ G без підвищення тиску. Крім того, перемикальний клапан подавального проходу 32 може регулювати подачу вихідного газу G через контроль за допомогою секції контролю перемикання 64 контрольного засобу 6, який описується нижче. Випускна секція До адсорбційної колони 2 постійно приєднана випускна частина 4 для випуску відхідного газу OG, який є частиною вихідного газу G, який подається з подавальної секції 3 і не є адсорбованим до адсорбента 21. Випускна секція 4 включає випускний прохід 40 для випуску відхідного газу OG (газу, який має дуже низьку концентрацію газу метану і складається здебільшого з газів азоту та кисню). Крім того, випускний прохід 40 включає перемикальний клапан (перемикальний клапан випускного проходу) 42 для здійснення випуску відхідного газу OG у випускний прохід 40, перемикання між випуском та припиненням та регулювання кількості випуску, а також включає вимірювальний засіб 43a для визначення концентрації газу метану, який визначає концентрацію газу метану у відхідному газі OG, який випускається. Крім того, перемикальний клапан випускного проходу 42 може регулювати випуск відхідного газу OG через контроль за допомогою секції контролю перемикання 64 контрольного засобу 6, який описується нижче. Подавальний/випускний засіб 31 згідно з цим винаходом складається, головним чином, з подавальної секції та випускної секції і також функціонує як засіб введення вихідного газу G в адсорбційну колону 2 при наближеному до атмосферного тиску без будь-якого підвищення тиску для адсорбції газу метану, який міститься у вихідному газі G, а також може випускати відхідний газ OG через випускний прохід 40 за межі адсорбційної колони 2. 7 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Тобто, подавальний/випускний засіб 31 може вводити вихідний газ G в адсорбційну колону 2 при наближеному до атмосферного тиску без підвищення тиску для адсорбції газу метану у вихідному газі G та випускання відхідного газу OG через випускний прохід 40. Збиральна секція До адсорбційної колони 2 постійно приєднана збиральна секція 5 для збирання газу метану як частини вихідного газу G, який подається з подавальної секції 3 і адсорбується до адсорбента 21 як збагачений пальний газ PG високої концентрації. Збиральна секція 5 включає збиральний прохід 50 для забирання висококонцентрованого пального газу PG, вакуумний насос 51a як основну складову збирального засобу 51 для збирання висококонцентрованого пального газу PG з адсорбційної колони 2 до збирального проходу 50 та резервуар для зберігання 54 для зберігання висококонцентрованого пального газу PG, який забирається до збирального проходу 50. Збиральний прохід 50 включає перемикальний клапан (перемикальний клапан збирального проходу) 52, який може регулювати проходження збагаченого пального газу PG через контроль за допомогою секції контролю перемикання 64 контрольного засобу 6, який описується нижче. Резервуар для зберігання 54 може бути виконаний у різних варіантах, якщо він здатен надійно зберігати збагачений висококонцентрований пальний газ PG. Перевагу віддають застосуванню резервуара для газу адсорбційного типу. Збиральний засіб 51 забезпечує десорбцію газу метану, адсорбованого до адсорбента 21a для газу метану всередині адсорбційної колони 2, шляхом зниження тиску всередині адсорбційної колони 2 до тиску, нижчого за атмосферний, і збирає цей десорбований збагачений висококонцентрований пальний газ PG через збиральний прохід 50 і зберігає цей висококонцентрований пальний газ PG у резервуарі для зберігання 54. Контрольний засіб Конкретні операції регулювання вищеописаного перемикального клапана подавального проходу 32, перемикального клапана випускного проходу 42 та перемикального клапана збирального проходу 52 виконуються секцією контролю перемикання 64 контрольного засобу 6. Контрольний засіб 6 включає: обчислювальну секцію 61 для визначення концентрації газу для одержання концентрації газу метану на основі вхідних даних від відповідного вимірювального засобу 33a для визначення концентрації газу, 43a; таймерну секцію 62 для вимірювання періоду, що минув після перемикання відповідного перемикального клапана 32, 42, 52, секція встановлення робочого режиму 63 для встановлення стану перемикання для перемикання відповідного перемикального клапана 32, 42, 52, секцію контролю перемикання 64 для контролювання перемикання відповідних перемикальних клапанів на основі відповідного встановленого періоду, заданого секцією встановлення робочого режиму 63, та відділ пам’яті 65 для зберігання, у формі бази даних, контрольних даних впускної сторони 65a, які представляють зв’язок між концентрацією газу метану у вихідному газі G та періодом адсорбції подачі вихідного газу G в адсорбційну колону 2 та контрольних даних випускної сторони 65b, які представляють концентрацію газу метану у відхідному газі OG та величину поправок для періоду адсорбції подачі вихідного газу G в адсорбційну колону; і контрольний засіб 5 є сконфігурованим для функціонування з носієм інформації, ЦП, мікрокомп’ютером, який має вхідну та вихідну секції, або комп’ютером, який виконується комп’ютером, або їх комбінацією. Коли цей комп’ютер виконує задану програму, обчислювальна секція 61 для визначення концентрації газу, таймерна секція 62, секція встановлення робочого режиму 63, секція контролю перемикання 64 виконують функцію контролю над операціями подавального/випускного засобу 31, збирального засобу 51, перемикального клапана подавального проходу 32, перемикального клапана випускного проходу 42, перемикального клапана збирального проходу 52 і т. ін. Вимірювальний засіб 33a для визначення концентрації газу як вимірювальний засіб 33 впускної сторони складається з газового датчика, який має газоаналізатор напівпровідникового типу для виявлення зміни у концентрації газу метану у вихідному газі G, і виявляє газ метан у вихідному газі G і виводить дані про концентрацію на контрольний засіб 6. По отриманню цього результату контрольний засіб 6 подає команду секції встановлення робочого режиму 63 про звернення до бази даних контрольних даних впускної сторони 65a, які зберігаються у відділі пам’яті 65, для отримання значення концентрації газу метану з виведених даних концентрації та періоду адсорбції до прориву адсорбента 21, якщо адсорбційна колона 2 має адсорбувати газ метан, а потім установлює період завершення адсорбції від початку подачі вихідного газу G до 8 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 завершення періоду адсорбції. За їх допомогою контрольний засіб 6 може звернутися до значення часу завершення адсорбції, встановленого 62 у секції встановлення робочого режиму 63, і визначити час завершення процесу адсорбції. Вимірювальний засіб 43a для визначення концентрації газу метану як вимірювальний засіб на випускній стороні 43 складається з газового датчика, який має газоаналізатор напівпровідникового типу для виявлення зміни у концентрації газу метану у вихідному газі G і виявляє газ метан у вихідному газі G і виводить дані про концентрацію на контрольний засіб 6. По отриманню цього результату контрольний засіб 6 подає команду секції встановлення робочого режиму 63 про звернення до бази даних контрольних даних випускної сторони 65b, які зберігаються у відділі пам’яті 65, для отримання секцією встановлення робочого режиму 63 величини поправок для періоду адсорбції для забезпечення адсорбування адсорбційною колоною 2 газу метану і коректує період завершення адсорбції від початку подачі вихідного газу G до завершення періоду адсорбції, щоб змінити таким чином час завершення адсорбції, встановлений секцією встановлення робочого режиму 63. Завдяки цьому, на наступному циклі процесу адсорбції може бути встановлений більш відповідний час завершення адсорбції. Контроль роботи Далі з посиланням на Фігури 3 та 4 операція збагачення газу метану за допомогою пристрою згідно з винаходом 100 описується докладно. Пристрій згідно з винаходом 100 здійснює процес адсорбції (#A), процес десорбції (#B) та процес підвищення тиску (#C) для газу метану. Процес адсорбції Як показано на Фіг. 4, спочатку секція контролю перемикання 34 відкриває перемикальний клапан подавального проходу 32 та перемикальний клапан випускного проходу 42 з відповідних попередніх закритих станів перемикального клапана подавального проходу 32, перемикального клапана випускного проходу 42 та перемикального клапана збирального проходу 52 (#1). Нагнітач 31a виконує функцію подачі вихідного газу G через подавальний прохід 30 в адсорбційну колону 2. Він забезпечує адсорбування газу метану до адсорбента 21a для газу метану, і частина вихідного газу G, яка подається в адсорбційну колону 2 і не адсорбується до адсорбента 21a для газу метану, випускається через випускний прохід 40 у простір за межами адсорбційної колони 2 (#2). Крім того, завдяки зазначеним засобам, таймерна секція 62 контрольного засобу 6 розпочинає операцію хронометражу, а також вимірювальний засіб 33a для визначення концентрації газу як вимірювальний засіб 33 впускної сторони визначає концентрацію метану у вихідному газі G, який подається (#3), і якщо визначена концентрація газу метану перебуває у нормальних межах, відбувається звернення до контрольних даних впускної сторони 65a у відділі пам’яті 65 для отримання періоду адсорбції, що відповідає цій визначеній концентрації газу метану, і встановлюється період завершення адсорбції у секції встановлення робочого режиму 63 (#4). Після цього концентрація газу метану у відхідному газі OG контролюється вимірювальним засобом 43a для визначення концентрації газу метану як вимірювальним засобом на випускній стороні 43 (#5). Крім того, таймерна секція 62 продовжує операцію хронометражу для того, щоб визначити, чи закінчився період завершення адсорбції (#6) з заданим часом. Вимірювальний засіб 43a для визначення концентрації газу метану визначає концентрацію газу метану у відхідному газі OG, який випускається у випускний прохід 40, і таймерна секція 63 продовжує свою операцію хронометражу. Якщо визначена концентрація газу метану перевищує задану концентрацію (задане порогове значення концентрації газу метану) (#5a), або період, виміряний таймерною секцією 62, досягає часу завершення адсорбції (період адсорбції, досягає заданого порогового значення періоду адсорбції) (#6b), операція переходить до операції завершення для завершення процесу адсорбції. З іншого боку, якщо визначена концентрація газу метану є нижчою за задану концентрацію (#5b), і час не досяг часу завершення адсорбції (#6a), операція хронометражу з боку таймерної секції 62 та операція контролю концентрації газу метану з боку вимірювального засобу на випускній стороні 43 продовжуються. У цьому зв’язку відповідне вищезазначене порогове значення зберігається як контрольний параметр, що зберігається у секції встановлення робочого режиму 63, передбаченій у контрольному засобі 6, і порогове значення оновлюється з кожним циклом процесу адсорбції. Після переходу до процесу завершення для завершення процесу адсорбції, на основі виведених даних концентрації газу метану від засобу 43a для визначення концентрації газу метану при визначенні часу переходу до процесу завершення, секція встановлення робочого режиму 63 звертається до контрольних даних випускної сторони 65b у відділі пам’яті 65 для отримання значення часу завершення адсорбції і здійснює корекцію часу завершення адсорбції 9 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 (#7). Таймерна секція 63 закінчує операцію хронометражу, і подача вихідного газу G припиняється, і, таким чином, процес адсорбції завершується (#8). Завдяки вищезазначеним засобам, забезпечується можливість вибіркової адсорбції газу метану до адсорбента 21a для газу метану з подачею вихідного газу G в адсорбційну колону 2 при тиску, нижчому за атмосферний, а також забезпечується можливість запобігання витікання цінного газу метану у відхідний газ OG. Тобто, до закінчення заданого періоду газ метан має бути адсорбований практично повністю, без витікання за межі адсорбційної колони 2. І оскільки концентрація газу метану у відхідному газі OG є дуже низькою, концентрація перебуває поза діапазоном займання. Процес адсорбції: встановлення часу завершення адсорбції Установлення часу завершення адсорбції на етапі #4 може здійснюватися, наприклад, як вказано нижче. Коли вимірювальний засіб 33a для визначення концентрації газу як вимірювальний засіб 33 впускної сторони виявляє газ метан, який міститься у вихідному газі G, інформація про виявлення газу повідомляється як результат концентрації на контрольний засіб 6. По отриманню цього результату контрольний засіб 6 отримує значення концентрації газу метану за допомогою обчислювальної секції 61 для визначення концентрації газу. З іншого боку, відділ пам’яті 65 зберігає у формі бази даних контрольні дані впускної сторони 65a для визначення зв’язку між концентрацією газу метану у вихідному газі G та періоду адсорбції процесу адсорбції (періоду від початку процесу адсорбції до прориву адсорбента 21 адсорбційної колони 2) для кожного типу адсорбента 21 і для кожної заданої швидкості потоку вихідного газу G. На основі цих контрольних даних впускної сторони 65a, які зберігаються у відділі пам’яті 65, секція встановлення робочого режиму 63 отримує значення періоду адсорбції, що відповідає поточному робочому режимові та концентрації газу метану у вихідному газі G. Наприклад, коли 206,7 г активованого вугілля, яке має нижчезазначені характеристики адсорбції, завантажували у циліндричну адсорбційну колону, яка має місткість 0,333 л, і процес 3 адсорбції здійснювали з подачею вихідного газу G зі швидкістю потоку 1000 Нм /год, було виявлено, що по суті встановлюється нижчезазначений зв’язок між концентрацією газу метану C (%) та періодом адсорбції T (секунди): T = -1,8935 • C + 143,61 І на основі цих даних значення періоду адсорбції заздалегідь зберігаються у формі бази даних, як показано нижче у Таблиці 1. Таким чином, якщо припустити, що результат концентрації, визначеної вимірювальним засобом 33 впускної сторони, становить 23%, виражений як концентрація газу метану, час завершення адсорбції встановлюється на 100 секунд після початку адсорбції. Таким чином, процес адсорбції здійснюється з заданим значенням 100 секунд як часом завершення адсорбції. Активоване вугілля: властивості матеріалу: активоване вугілля з кокосового лушпиння діаметр пор: 8,5 Å (середній діаметр пор, визначений MP-способом) об’єм пор: 0,45 мл/г (об’єм, визначений HK-способом) відношення об’єму пор, які мають середній діаметр пор 10Å або менше, до загального об’єму пор: 83% (пропорція кількості адсорбції азоту залишається незмінною при відносному тиску 0,013) 2 питома площа поверхні: 1025 м /г (питома площа поверхні, визначена BET-способом) кількість адсорбції газу метану при атмосферному тиску та 298K: 27 Нмл/г Таблиця 1 Концентрація газу (%) Період адсорбції (сек) 50 55 20 106 21 104 22 102 23 100 24 98 25 96 26 94 27 92 28 91 29 89 30 87 Процес адсорбції: корекція завершення процесу адсорбції Корекція часу завершення адсорбції на етапі #7 (встановлення часу завершення адсорбції для використання на наступному циклі) може здійснюватися, наприклад, як вказано нижче. Вимірювальний засіб 43a для визначення концентрації газу метану як вимірювальний засіб 43 на випускній стороні визначає концентрацію газу метану у відхідному газі OG і передає цей результат на контрольний засіб 6. По отриманню цього результату контрольний засіб 6 отримує значення концентрації газу метану в обчислювальній секції 61 для визначення концентрації газу. З іншого боку, через такі чинники, як погіршення адсорбційних характеристик адсорбента 10 UA 109426 C2 5 10 15 20 21 та погіршення характеристик нагнітача і т. ін., час прориву газу метану через адсорбент може коливатися, тому концентрація газу метану на час завершення процесу адсорбції може бути різною. Отже, відділ пам’яті 65 зберігає, у формі бази даних, контрольні дані випускної сторони 65b, які включають показники корекції для корекції зв’язку між концентрацією газу метану, який міститься у відхідному газі OG на час завершення процесу адсорбції, та періодом адсорбції та пороговим значенням концентрації газу для використання як порогових значень на етапах #5, #6 для значень, які відповідають концентрації газу метану у поточному відхідному газі OG. На основі відповідних контрольних даних 65a, 65b, які зберігаються у відділі пам’яті 65, секція встановлення робочого режиму 63 отримує показники корекції періоду адсорбції та концентрації газу для коректування порогових значень періоду адсорбції та концентрації газу для значень, які відповідають концентрації газу метану у поточному відхідному газі OG. Потім з використанням цих порогових значень нового періоду адсорбції та концентрації газу на наступному циклі процесі адсорбції може здійснюватися більш відповідний процес адсорбції. Наприклад, якщо вищеописана адсорбційна колона працює за умов, подібних до вищезазначених, якщо поточне порогове значення для періоду адсорбції складає 110 секунд, і поточне порогове значення для концентрації газу метану складає 2,5%, то нові порогові значення для періоду адсорбції та концентрації газу для використання на наступному циклі процесу адсорбції коректуються, як показано нижче у Таблиці 2. Таким чином, якщо припустити, що концентрація газу метану у відхідному газі становила 2,0% на час завершення процесу адсорбції, на наступному циклі процесу адсорбції здійснюється первісне встановлення для корекції періоду адсорбції до 112 секунд та концентрації газу метану до 2,6%. Таким чином, забезпечується можливість більш ефективного здійснення процесу адсорбції, з більш відповідним ефективним зниженням концентрації газу метану у відхідному газі. Таблиця 2 концентрація газу (%) період адсорбції показник корекції (сек) концентрація газу показник корекції (%) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,1 3,3 3,5 2,0 2,0 2,0 1,0 0 -1,0 -2,0 -3,0 0,20 0,15 0,10 0,05 0 -0,05 -0,10 -0,15 25 30 35 40 45 50 Процес десорбції Далі, як показано на Фіг. 1, після припинення подачі вихідного газу G в адсорбційну колону 2, секція контролю перемикання 64 контрольного засобу 6 закриває перемикальний клапан подавального проходу 32 та перемикальний клапан випускного проходу 42 і відкриває перемикальний клапан збирального проходу 52, а потім змушує вакуумний насос 51a знизити тиск всередині адсорбційної колони 2 до тиску, нижчого за атмосферний, таким чином, викликаючи десорбцію адсорбованого газу метану з адсорбента 21a для газу метану, і розпочинає збирання висококонцентрованого пального газу PG після цього збагачення через збиральний прохід 50 і зберігає газ у резервуарі для зберігання 54. Коли тиск всередині адсорбційної колони 2 знижується до заданого тиску, збирання збагаченого пального газу PG припиняється, і перемикальний клапан збирального проходу 52 закривається. Ці етапи разом складають процес десорбції газу метану. За допомогою вищезазначених засобів газ метан може бути збагачений до високої концентрації з адсорбцією газу метану до адсорбента 21a для газу метану та ефективним зниженням концентрації газу метану у відхідному газі OG, і забезпечується можливість запобігання концентрації відхідного газу OG та збагаченого пального газу PG, яка відповідає концентрації вибухонебезпечного діапазону. Тобто, як показано на Фіг. 6, за період від початку процесу десорбції газу метану до завершення процесу десорбції газу метану концентрація газу метану у збагаченому пальному газі PG збільшується. Подібним чином, як показано на Фіг. 7, з часом тиск всередині адсорбційної колони 2 поступово знижується до наближеного до атмосферного тиску, і у зв’язку з цим концентрація газу метану у збагаченому пальному газі PG збільшується. Іншими словами, при зниженні тиску у процесі десорбції газу метану та наближенні тиску всередині адсорбційної колони 2 до вакууму через певний період концентрація газу метану у зібраному збагаченому пальному газі PG у зв’язку з цим поступово збільшується. Таким чином, можна зрозуміти, що існує можливість запобігання збільшенню концентрації газу метану у збагаченому пальному газі PG до надмірно високого рівня, що відповідає концентрації вибухонебезпечного діапазону. У цьому зв’язку, як і для відхідного газу OG, концентрація газу метану в ньому підтримується на 11 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 низькому рівні концентрації, як описано вище, таким чином, щоб можна було запобігти надмірному підвищенню концентрації до рівня, який відповідає концентрації у вибухонебезпечному діапазоні. Процес підвищення тиску Потім секція контролю перемикання 64 контрольного засобу 6 відкриває перемикальний клапан випускного проходу 42 для подачі повітря в адсорбційну колону 2 через випускний прохід 40, а потім закриває цей перемикальний клапан випускного проходу 42. За допомогою вищезазначених засобів тиск всередині адсорбційної колони 2 піднімається до наближеного до атмосферного тиску, таким чином, щоб сприяти адсорбції газу метану у наступному процесі адсорбції газу метану. В описаному вище варіанті втілення при тиску, нижчому за атмосферний, навіть у разі зміни концентрації газу метану у вихідному газі G, газ метан може ефективно адсорбуватися з цього вихідного газу G до адсорбента 21a для газу метану, таким чином, щоб пальний газ PG як одержаний газ міг бути збагачений до вищої концентрації в ефективний і безпечний спосіб. Крім того, навіть у разі зміни концентрації газу метану у відхідному газі OG, які відбуваються, наприклад, через зміни в адсорбційній здатності адсорбційної колони, операція адсорбції газу метану до адсорбента газу метану 21 може здійснюватися в ефективний спосіб, і, таким чином, існує можливість запобігання ситуації, коли відхідний газ OG набуває концентрації, яка відповідає концентрації вибухонебезпечного діапазону. Другий варіант втілення У попередньому варіанті втілення, коли здійснюється процес адсорбції, час завершення адсорбції встановлюється лише одного разу, на початку подачі вихідного газу G. Натомість у цьому разі це встановлення може здійснюватися багато разів. Тобто, у випадку, коли трапляється значна зміна концентрації газу метану у вихідному газі G, що подається, передбачається, що це може призвести до значного відхилення у часі завершення адсорбції. Таким чином, через багаторазове здійснення етапу #3 та етапу #4 таке відхилення може коректуватися для перевстановлення. Перевстановлення часу завершення адсорбції вимірювальним засобом 33 впускної сторони у вищезазначеному випадку може здійснюватися, наприклад, як вказано нижче. В обчислювальній секції для визначення концентрації газу отримують значення концентрації газу метану у вихідному газі G. І якщо трапляється значне відхилення цієї концентрації газу метану по закінченню заданого періоду від початку процесу адсорбції, розраховується очікувана концентрація газу метану для адсорбційної колони 2 на час, коли трапляється це значне відхилення. Потім, додатково до цієї очікуваної концентрації газу метану, отримують також очікувану загальну кількість адсорбції як кількість газу метану, яка може бути адсорбована адсорбційною колоною 2 до цього прориву. Потім різницю між ними отримують як очікувану залишкову кількість адсорбції. Потім шляхом розрахунку отримують скоректований період адсорбції до прориву цієї адсорбційної колони 2 у разі, коли вихідний газ G, який має значне відхилення концентрації газу метану, має бути адсорбований в адсорбційній колоні 2, що має цю очікувану залишкову кількість адсорбції. Потім секцією встановлення робочого режиму період від часу виникнення значного відхилення концентрації газу метану до завершення періоду адсорбції встановлюється як новий час завершення адсорбції. Якщо вищеописане перевстановлення здійснюється точно, існує можливість належного підтримання часу завершення адсорбції у реальному часі згідно зі зміною властивостей вихідного газу G, що подається. Крім того, якщо має бути визначена концентрація газу метану у вихідному газі G, встановлюється період, що минув від початку подачі вихідного газу G, і результат концентрації газу метану може бути отриманий у цей заданий період. У зазначеному випадку, мета може бути досягнута через отримання результату концентрації газу метану для кожного заданого періоду та відстеження цих результатів. У цьому зв’язку результат концентрації газу метану може бути отриманий з використанням вихідного сигналу датчика у час завершення заданого періоду, або може використовуватися середній показник вихідних сигналів датчика, отриманих протягом заданого періоду. Третій варіант втілення У попередньому варіанті втілення час завершення адсорбції для використання на наступному циклі коректується на основі результату концентрації метану у відхідному газі OG на час завершення адсорбції. В альтернативному варіанті результат концентрації газу метану може бути отриманий по завершенню заданого періоду від початку прориву газу метану у відхідному газі OG; і час завершення адсорбції для використання на наступному циклі може бути скоректований на основі цієї концентрації газу метану. Тобто, у ситуації, коли відбувається 12 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 раптове вивільнення газу метану у відхідний газ OG від початку прориву адсорбента 21 або зниження швидкості потоку газу через погіршення характеристик нагнітача, наприклад, через погіршення адсорбційних характеристик, наприклад, в результаті погіршення властивостей адсорбента 21, передбачається, що до прориву адсорбента вимагається більше часу. У цьому разі існує можливість усунення ризику випадкового вивільнення великої кількості газу метану або зниження ефективності роботи. Перевстановлення часу завершення адсорбції контрольним засобом 43 на випускній стороні у вищезазначеному випадку може здійснюватися, наприклад, як вказано нижче. В обчислювальній секції для визначення концентрації газу отримується значення концентрації газу метану у відхідному газі OG і визначається, наскільки зросла ця концентрація після закінчення заданого періоду від прориву адсорбента 21. Контрольний засіб визначає у секції встановлення робочого режиму, чи має це значення досягти заданої концентрації газу метану у встановлений на даний момент час завершення адсорбції. І якщо визначається, що концентрація метану є високою, час завершення адсорбції перевстановлюється на більш ранній. Якщо ж визначається, що концентрація метану є низькою, час завершення адсорбції перевстановлюється на більш пізній. Якщо вищеописане перевстановлення здійснюється точно, існує можливість відповідного регулювання часу завершення адсорбції у реальному часі згідно зі зміною властивостей відхідного газу OG, який подається. Крім того, якщо має бути визначена концентрація газу метану у відхідному газі OG, має бути встановлений період, що минув від початку прориву газу метану, і результат концентрації газу метану може бути отриманий у цей заданий період. У зазначеному випадку мета може бути досягнута через отримання результату концентрації газу метану для кожного заданого періоду та відстеження цих результатів. Крім того, визначення концентрації газу метану у секції встановлення робочого режиму може відбуватися через звернення до абсолютного значення концентрації газу метану або абсолютного значення самого результату концентрації газу метану. В альтернативному варіанті визначення також може ґрунтуватися на швидкості його зміни. Інші варіанти втілення (1) У вищеописаних варіантах втілення з першого по третій може бути передбачений вологопоглинач для того, щоб волога у вихідному газі G, який подається, могла бути видалена для забезпечення можливості належної адсорбції пального газу до адсорбента 21. Тобто, завдяки розташуванню вологопоглинача на подавальному проході 30, волога у вихідному газі G може бути видалена. Крім того, через наповнення адсорбційної колони 2 певною кількістю адсорбент води, здатного вибірково адсорбувати воду, також існує можливість запобігання зниженню ефективності адсорбції пального газу через наявність води. (2) У вищеописаних варіантах втілення з першого по третій адсорбційну колону 2 наповнюють адсорбентом 21. Цей адсорбент може застосовуватись окремо або може являти собою суміш двох або більшої кількості типів. (3) Існує можливість здійснення процесу продування для подачі збагаченого пального газу PG як одержаного газу в адсорбційну колону 2 після завершення процесу його адсорбції, що дозволяє видаляти будь-який сторонній газ, такий, як повітря, що залишилось у колоні. Для здійснення такого процесу продування передбачається продувальний канал для подачі збагаченого пального газу PG як одержаного газу з резервуара для зберігання в адсорбційну колону 2, а також може бути передбачений зберігальний відділ для зберігання відхідного газу OG, видаленого у процесі продування, та циркуляційний канал для його рециркуляції до джерела. Таким чином, забезпечується можливість додаткового підвищення чистоти збагаченого пального газу PG як газу, одержаного з адсорбційної колони 2. (4) У вищеописаних варіантах втілення з першого по третій застосовують одну адсорбційну колону 2. Замість неї можуть застосовуватися кілька адсорбційних колон 2, 2, 2. Наприклад, у разі застосування двох колон пристрій для збагачення пального газу може працювати таким чином, щоб перша адсорбційна колона 2 функціонувала у такій послідовності: A: процес адсорбції пального газу, B: процес десорбції пального газу і C: процес вирівнювання тиску, і, відповідно, друга адсорбційна колона 2 функціонує у такій послідовності: A: процес десорбції пального газу, B: процес адсорбції пального газу і C: процес вирівнювання тиску, що дозволяє здійснювати збагачення пального газу у безперервний спосіб. Згідно з зазначеним принципом, процес вирівнювання тиску передбачено для здійснення ефективного регулювання тиску з меншою втратою енергії шляхом введення вихлопного газу з адсорбційної колони 2, яка має високий внутрішній тиск, до адсорбційної колони 2, яка має низький внутрішній тиск. Тобто, як вихлопний газ з адсорбційної колони 2 у стані підвищеного 13 UA 109426 C2 5 10 15 20 25 тиску до адсорбційної колони 2 у стані зниженого тиску, пальний газ, який міститься у відхідному газі з адсорбційної колони 2, може збиратись у процесі вирівнювання тиску. Крім того, оскільки існує можливість установлення концентрації десорбованого пального газу під час початку процесу десорбції на високому рівні, зазначена конструкція також сприяє підвищенню чистоти пального газу PG. (5) У вищеописаних варіантах втілення з першого по третій шахтний газ використовується як вихідний газ G, а газ метан використовується як пальний газ. Однак вихідний газ G не обмежується конкретним газом, а може бути будь-яким газом, який містить пальний газ та повітря. Крім того, пальний газ не обмежується конкретним пальним газом, а може бути будьяким газом, який має горючі властивості. Крім того, фізичні властивості адсорбента 21 можуть відповідно змінюватися залежно від типу пального газу. Наприклад, якщо середній діаметр пор, який є приблизно в 1,2-2 рази більшим за середній діаметр пор пального газу, вибирають як середній діаметр пор адсорбента 21, забезпечується можливість вибіркової адсорбції пального газу. (6) У процесі підвищення тиску у вищезазначеному варіанті повітря подається в адсорбційну колону 2. Винахід не обмежується цим варіантом. Також існує можливість використання вентиляційного газу метану (який зазвичай має концентрацію газу метану 0,5%), який випускається в атмосферу після повітряної вентиляції шахти під час підземного видобутку вугілля. Завдяки цьому, може збиратися газ метан, який міститься у вентиляційному повітрі, і забезпечується можливість ефективного й корисного збирання вентиляційного газу метану, який традиційно випускається в атмосферу. Промислова застосовність Пристрій для збагачення пального газу згідно з даним винаходом може ефективно застосовуватись як засіб, що забезпечує можливість ефективного збагачення пального газу до вищої концентрації з мінімізацією втрати вихідного матеріалу навіть у разі зміни у компонентному складі вихідного газу G у процесі збагачення пального газу. Опис умовних позначень/номерів 100 пристрій для збагачення пального газу (пристрій згідно з винаходом) 2 адсорбційна колона 21 адсорбент 21a адсорбент газу метану 3 подавальна секція 30 подавальний прохід 31 подавальний/випускний засіб 31a нагнітач 32 перемикальний клапан (перемикальний клапан подавального проходу) 33 вимірювальний засіб на впускній стороні (вимірювальний засіб) 33a засіб вимірювання концентрації газу метану 4 випускна секція 40 випускний прохід 42 перемикальний клапан (перемикальний клапан випускного проходу) 43 вимірювальний засіб на випускній стороні (вимірювальний засіб) 43a засіб вимірювання концентрації газу метану 5 збиральна секція 50 збиральний прохід 51 збиральний засіб 51a вакуумний насос 52 перемикальний клапан (перемикальний клапан збирального проходу) 54 резервуар для зберігання 6 контрольний засіб 61 обчислювальна секція для визначення концентрації газу 62 таймерна секція 63 секція встановлення робочого режиму 64 секція контролю перемикання 65 відділ пам’яті 65a контрольні дані впускної сторони 65b контрольні дані випускної сторони G вихідний газ (шахтний газ, пальний газ) PG висококонцентрований (збагачений) пальний газ (одержаний газ) OG відхідний газ 14 UA 109426 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Пристрій для збагачення пального газу, який включає: адсорбційну колону, наповнену адсорбентом для адсорбування пального газу, подавальний/випускний засіб для подачі вихідного газу, який містить пальний газ та повітря, в адсорбційну колону через подавальний прохід та випускання відхідного газу, який є частиною вихідного газу, не адсорбованого до адсорбента, за межі адсорбційної колони через випускний прохід, збиральний засіб для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента, шляхом декомпресії простору всередині адсорбційної колони до тиску, нижчого за атмосферний, та збирання десорбованого пального газу через збиральний прохід, та контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу для забезпечення подачі за допомогою подавального/випускного засобу вихідного газу в адсорбційну колону і для випуску відхідного газу з адсорбційної колони і процесу десорбції пального газу для забезпечення десорбції та збирання пального газу за допомогою збирального засобу, причому збагачувальний пристрій також включає: вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу у вихідному газі, який подається в адсорбційну колону у процесі адсорбції, та секцію встановлення робочого режиму для встановлення заданого значення часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом. 2. Пристрій для збагачення пального газу за п. 1, який відрізняється тим, що секція встановлення робочого режиму включає відділ пам'яті для зберігання інформації про кореляцію між показниками концентрації пального газу та часу завершення адсорбції у формі бази даних. 3. Пристрій для збагачення пального газу, який включає: адсорбційну колону, наповнену адсорбентом для адсорбування пального газу, подавальний/випускний засіб для подачі вихідного газу, який містить пальний газ та повітря, в адсорбційну колону через подавальний прохід та випускання відхідного газу, який є частиною вихідного газу, не адсорбованого до адсорбента, за межі адсорбційної колони через випускний прохід, збиральний засіб для десорбування пального газу, адсорбованого до адсорбента, шляхом декомпресії простору всередині адсорбційної колони до тиску, нижчого за атмосферний, та збирання десорбованого пального газу через збиральний прохід, та контрольний засіб для послідовного здійснення процесу адсорбції пального газу для забезпечення подачі вихідного газу в адсорбційну колону за допомогою подавального/випускного засобу і для випуску відхідного газу з адсорбційної колони і процесу десорбції пального газу для забезпечення десорбції та збирання пального газу за допомогою збирального засобу, причому збагачувальний пристрій також включає: вимірювальний засіб для визначення концентрації пального газу, який випускається з адсорбційної колони у процесі адсорбції, та секцію встановлення робочого режиму для встановлення заданого значення часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом. 4. Пристрій для збагачення пального газу за п. 3, який відрізняється тим, що секція встановлення робочого режиму встановлює задане значення часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі порогового значення для концентрації пального газу, який випускається з адсорбційної колони, при цьому передбачено відділ пам'яті для зберігання, у формі бази даних, інформації про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеною вимірювальним засобом, та показником корекції концентрації газу для коректування порогового значення, і засіб установлення робочого режиму встановлює час завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь інформації про кореляцію. 5. Пристрій для збагачення пального газу за п. 3 або 4, який відрізняється тим, що секція встановлення робочого режиму встановлює задане значення часу завершення адсорбції для контрольного засобу для завершення процесу адсорбції на основі концентрації пального газу, визначеної вимірювальним засобом під час періоду, що минув від початку процесу адсорбції, 15 UA 109426 C2 5 при цьому передбачено відділ пам'яті для зберігання, у формі бази даних, інформації про кореляцію між концентрацією пального газу, визначеної вимірювальним засобом, та періодом, що минув, і засіб встановлення робочого режиму встановлює задане значення часу завершення адсорбції на основі отриманої заздалегідь інформації про кореляцію. 16 UA 109426 C2 17 UA 109426 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18