Установка для вилучення метану з метано-повітряної суміші

Реферат: Установка для вилучення метану з метано-повітряної суміші (МПС) містить послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру компресор, охолоджувач, систему підготовки МПС, генератор метану, блок автоматичного керування. В установці застосований адсорбційний генератор метану, на вході якого встановлений ресивер стиснутої МПС, а на виході - буферний ресивер метану. Генератор метану виконаний за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції з двома поперемінно працюючими адсорберами, в яких як адсорбент використаний цеоліт марки NaA-У з діаметром вхідних пор, рівним 4 Å. На виході адсорбери з'єднані між собою трубопроводом з встановленим на ньому регенеруючим соплом, а на вході трубопроводом з встановленими на ньому двома регулюючими вентилями, що автоматично поперемінно відкриваються, виходи яких з'єднані зі змішувачем для розбавлення суміші, що складається з частини метану, виділеної з основного потоку метану після прямого проходу МПС через один адсорбер та виділеної з адсорбенту при зворотному ході цієї частини метану через інший адсорбер повітряної складової МПС, адсорбованої в ньому раніше. На трубопроводі подачі МПС в генератор метану і трубопроводі відведення продукційного метану з генератора метану встановлені датчики концентрації метану, підключені до блока автоматичного керування. UA 95113 U (12) UA 95113 U UA 95113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до установок очищення і поділу газів адсорбційними способами і може бути переважно використана у вугільній промисловості для вилучення метану з шахтної метано-повітряної суміші (МПС) і подачі його споживачам з концентрацією, придатною для промислового застосування. Відома установка для вилучення метану з загальношахтного вентиляційного метаноповітряного струменя, що містить кільцевий вентиляційний канал, генератор метану, вакуумний насос, блок автоматичного керування. Генератор метану виконаний у вигляді великої кількості трубок (не менше 400) з діаметром 50 мм. Трубки мають перфоровану верхню половину і нижню неперфоровану і отвори в перфорації. Струмінь повітря, проходячи в трубки, розбивається на безліч паралельних струмків. Розбивка на дрібні струмки невеликого діаметра робить рух повітря в них ламінарним і шаруватим з невеликою швидкістю, що дозволяє відокремити метан від решти повітря. Метан з щільністю, меншою решти повітря, заповнює верхню частину внутрішнього простору трубки, виходить через отвори в перфорації у міжтрубний простір і далі споживачеві. Концентрація метану складає мінімум 90-95 % (опис до патенту Російської Федерації № 2321443, B01D53/00, 2008). Недоліком відомої установки є велика енергоємність і необхідність застосування складного і дорогого обладнання, що вимагає постійного і кваліфікованого обслуговування. Є відома установка для вилучення метану з метано-повітряної суміші, що містить послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру компресор, охолоджувач, систему підготовки МПС, генератор метану, блок автоматичного керування. Генератор метану виконаний у вигляді резервуара з встановленою в ньому низкою полімерних мембран. До резервуара підведені трубопроводи відведення метану з поверхні мембран і трубопроводи відводу повітряної складової метано-повітряної суміші після проходу мембран (див. Дынтерский Ю.И., Каграманов Г.Г., Сторожук И.П., Уголь. - 1989. - №1. - С. 14-17, прототип). Недоліками прототипу є низький коефіцієнт вилучення метану і низька ефективність, обумовлена великими витратами електроенергії і необхідністю частої заміни дорогих полімерних мембран. Низький коефіцієнт вилучення метану обумовлений великим розкидом діаметрів отворів полімерних мембран, що забезпечує вільний прохід через мембрани разом з повітряною складовою метано-повітряної суміші і частини метану. В результаті ступінь вилучення становить приблизно 45 – 55 %, а частина метану надходить в атмосферу і забруднює її. Задачею корисної моделі є удосконалення відомої установки шляхом зміни основних її вузлів і їх компонування для того, щоб значно збільшити коефіцієнт вилучення метану, знизити витрати електроенергії і водночас підвищити її ефективність. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомій установці, що містить послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру компресор, охолоджувач, систему підготовки МПС, генератор метану, блок автоматичного керування, відповідно до корисної моделі в установці застосований адсорбційний генератор метану, на вході якого встановлений ресивер стиснутої МПС, а на виході - буферний ресивер метану, при цьому генератор метану виконаний за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції з двома поперемінно працюючими адсорберами, в яких як адсорбент використаний цеоліт марки NaA-У з діаметром вхідних пор, рівним 4Å, причому на виході адсорбери з'єднані між собою трубопроводом з встановленим на ньому регенеруючим соплом, а на вході - трубопроводом з встановленими на ньому двома регулюючими вентилями, що автоматично поперемінно відкриваються, виходи яких з'єднані зі змішувачем для розбавлення суміші, що складається з частини метану, виділеної з основного потоку метану після прямого проходу МПС через один адсорбер та виділеної з адсорбенту при зворотному ході цієї частини метану через інший адсорбер повітряної складової МПС, адсорбованої в ньому раніше, при цьому на трубопроводі подачі МПС в генератор метану і трубопроводі відведення продукційного метану з генератора метану встановлені датчики концентрації метану, підключені до блока автоматичного керування. Більш докладно суть корисної моделі пояснюють креслення, на якому представлено схематичне зображення запропонованої установки для вилучення метану з метано-повітряної суміші за принципом короткоциклової безнагрівної адсорбції. Установка містить трубопровід 1 подачі МПС від поверхневої вакуум-насосної станції 28 в компресор 2. Вихід компресора 2 підключений до охолоджувача 3, вихід якого підключений до системи підготовки стиснутої МПС 4 (адсорбційний осушувач і фільтри). Вихід системи підготовки стиснутої МПС 4 підключений до ресивера стиснутої МПС, який трубопроводом 6 з'єднаний з входом адсорбційного генератора метану, виконаного за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції з двома поперемінно працюючими адсорберами 7 і 8, в яких як адсорбент використаний цеоліт марки NaA-У з діаметром вхідних пор, рівним 4Å. Трубопровід 6 з'єднаний з адсорберами 7 і 8 через регулюючі вентилі 9 і 10, відповідно. Адсорбери 7 і 8 1 UA 95113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 з'єднані між собою на вході трубопроводом з двома регулюючими вентилями 11 і 12, що автоматично поперемінно відкриваються, виходи яких за допомогою трубопроводу 21 з'єднані зі змішувачем 23. На виході адсорбери 7 і 8 з'єднані між собою трубопроводом з встановленим на ньому регенеруючим соплом 13. На трубопроводах, приєднаних до виходів адсорберів 7 і 8, встановлені регулюючі вентилі 14 і 15, виходи яких підключені до трубопроводу 16 відводу продукційного метану. На трубопроводі 16 встановлений буферний ресивер метану 17, на вихідному трубопроводі 19 якого встановлено регулюючий вентиль 20 для регулювання відведення продукційного метану. Змішувач 23 складається з нагнітаючого вентилятора 22, розсіювача 24 і турбулізатора 25. Установка забезпечена блоком автоматичного керування 18 з комп'ютером і датчиками концентрації метану 26 і 27, один з яких 26 встановлений на трубопроводі 6 подачі МПС в генератор метану, а інший 27 - на трубопроводі 16 відводу продукційного метану з генератора метану. Датчики концентрації метану 26 і 27 підключені до блока автоматичного керування 18. Установка працює таким чином. Шахтна дегазаційна МПС, одержувана з поверхневої вакуум-насосної станції 28, надходить по трубопроводу 1 в компресор 2, який під тиском подає МПС в охолоджувач 3 і далі в систему підготовки стиснутої МПС 4 (адсорбційний осушувач і фільтри), а потім в ресивер стиснутої МПС, в якому відбувається згладжування її пульсацій. Очищена в системі підготовки стиснутої МПС 4 метано-повітряна суміш подається по трубопроводу 6 в адсорбер 7 через регулюючий вентиль 9 (регулюючі вентилі 11, 10 і 15 при цьому закриті). У цеоліті адсорбера 1 адсорбується тільки повітряна складова метаноповітряної суміші, зокрема: кисень, азот, вуглекислий газ, а метан вільно проходить через адсорбер 7 і далі через відкритий регулюючий вентиль 14 (регулюючий вентиль 15 при цьому закритий) і трубопровід 16 відводу продукційного метану надходить в буферний ресивер метану 17. З ресивера метану 17 по вихідному трубопроводу 19 через регулюючий вентиль 20 продукційний метан направляють споживачеві або збирають у спеціальній ємності (на кресленні не показано). Адсорбція тільки повітряної складової метано-повітряної суміші в адсорбенті і вільний прохід метану через адсорбер відбувається завдяки тому, що діаметр молекул кисню становить 3.4 Å, азоту - 3,3Å, вуглекислого газу - 2,8Å, метану - 4,2Å, а діаметр вхідних пор адсорбенту цеоліту марки NaA-У складає 4 Ǻ. Після насичення цеоліту повітряною складовою метано-повітряної суміші (азотом, киснем і вуглекислим газом) адсорбера 7 закривають регулюючі вентилі 9, 12, 14 і відкривають регулюючі вентилі 10, 15 і 11. В результаті метаноповітряна суміш подається по трубопроводу 6 в адсорбер 8. В цеоліті адсорбера 8 адсорбується тільки повітряна складова метано-повітряної суміші, а метан вільно проходить через адсорбер 8, відкритий регулюючий вентиль 15 і по трубопроводу 16 надходить в буферний ресивер метану 17, а потім по вихідному трубопроводу 19 через регулюючий вентиль 20 продукційний метан подають споживачу або в накопичувальну ємність. Одночасно частина метану, приблизно 5 %, подається через регенеруюче сопло 13 в адсорбер 7 для ініціації виділення адсорбованої раніше з його адсорбенту повітряної складової суміші. У адсорбері 7 тиск знижується до атмосферного і ініційована метаном раніше адсорбована в адсорбенті повітряна складова суміші через відкритий регулюючий вентиль 11 надходить у трубопровід 21 для відведення її і згаданої частини метану у змішувач 23, в якому за допомогою нагнітаючого вентилятора 22, розсіювача 24 і турбулізатора 25 цю метано-повітряну суміш доводять до безпечної концентрації. Після відновлення адсорбційних властивостей цеоліту адсорбера 7 закривають регулюючі вентилі 10, 11, 15 і відкривають регулюючі вентилі 9, 14, 12. В результаті метано-повітряна суміш подається по трубопроводу 6 в адсорбер 7, в адсорбенті якого знову адсорбується тільки повітряна складова метано-повітряної суміші, а метан вільно проходить через адсорбер 7 і далі, як описувалося вище, в буферний ресивер метану 17 і частково через регенеруюче сопло 13 в адсорбер 8, тобто цикл повторюється. Перемикання режимів роботи адсорберів 7 і 8 за допомогою регулюючих вентилів проводиться блоком автоматичного керування 18 і контролюється датчиками концентрації метану 26 і 27. Використання способу підвищує ефективність вилучення метану з метано-повітряної суміші, дозволяє отримати метан в концентраціях, придатних до промислового використання, роблять його утилізацію економічно вигідною, дозволяє зменшити забруднення навколишнього середовища. Це особливо важливо, тому що парниковий ефект метану в 23 рази перевищує цей показник діоксиду вуглецю. 2 UA 95113 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Установка для вилучення метану з метано-повітряної суміші (МПС), що містить послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру компресор, охолоджувач, систему підготовки МПС, генератор метану, блок автоматичного керування, яка відрізняється тим, що в установці застосований адсорбційний генератор метану, на вході якого встановлений ресивер стиснутої МПС, а на виході - буферний ресивер метану, причому генератор метану виконаний за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції з двома поперемінно працюючими адсорберами, в яких як адсорбент використаний цеоліт марки NaA-У з діаметром вхідних пор, рівним 4 Å, причому на виході адсорбери з'єднані між собою трубопроводом з встановленим на ньому регенеруючим соплом, а на вході - трубопроводом з встановленими на ньому двома регулюючими вентилями, що автоматично поперемінно відкриваються, виходи яких з'єднані зі змішувачем для розбавлення суміші, що складається з частини метану, виділеної з основного потоку метану після прямого проходу МПС через один адсорбер та виділеної з адсорбенту при зворотному ході цієї частини метану через інший адсорбер повітряної складової МПС, адсорбованої в ньому раніше, причому на трубопроводі подачі МПС в генератор метану і трубопроводі відведення продукційного метану з генератора метану встановлені датчики концентрації метану, підключені до блока автоматичного керування. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3