【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及瓦斯提純，尤其涉及一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統及其工作方法。
技術介紹
1、煤礦瓦斯(主要成分為甲烷)是煤礦生產中的主要伴生氣體，具有易燃易爆的特性，是威脅煤礦安全生產的主要危險源之一，同時是清潔型能源，亦是溫室氣體。目前煤礦抽采瓦斯被大量直排，嚴重污染大氣環境、浪費天然氣能源。其主要原因是瓦斯抽采過程中氮氣和氧氣等雜質氣體混入，降低甲烷濃度，致使無法利用，據此有效分離并回收煤礦瓦斯不僅能降低煤礦生產的安全風險，還能實現資源的高效利用，節能減排。
2、水合物分離技術作為一種應用前景良好的混合氣體分離方法，已被廣泛研究。該技術通過利用不同氣體生成水合物的溫度和壓力差異，實現對煤層氣中甲烷、氮氣和氧氣等成分的選擇性分離，并具有儲氣量大、操作條件溫和回收的優點。瓦斯水合物是一種低溫高壓條件下由水與甲烷等氣體形成的籠形包合物，其生成過程需始終在低溫環境中進行，這一環節往往是瓦斯分離過程中最耗能的部分。然而，在傳統的瓦斯水合分離提純過程中，為了達到低溫條件，通常采用純電的方式供給，雖然能夠提供所需的低溫環境，但其能耗大、設備復雜、運行成本高。
3、我國黑龍江省地處中國東北，位于北緯43°26′至53°33′之間，氣候寒冷，冬季漫長(通常從11月至次年3月)，氣溫常在零下10度至零下30度之間，具有顯著的天然冷能優勢。目前煤礦瓦斯分離的低溫環境主要依賴電能提供，而利用天然冷能供給瓦斯水合分離所需的低溫環境的方法與技術仍屬空白。
4、因此，針對以上不足，需要提供一種利用天然冷能進行瓦
技術實現思路
1、(一)要解決的技術問題
2、本專利技術要解決的技術問題是解決目前尚未有利用自然冷能對瓦斯進行水合分離提純的問題。
3、(二)技術方案
4、為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，包括布置有盤管和溶液的冷能儲存池、冬季采集自然冷能的自然冷能收集器、用于加熱載冷劑的熱交換器、存儲瓦斯氣體的瓦斯存儲罐、用于進行瓦斯水合分離的可視反應釜和向可視反應釜內注入液體的注水裝置，自然冷能收集器通過載冷劑收集外界冷能，載冷劑流經盤管與溶液熱交換以存儲冷能；攜帶冷能的載冷劑流經熱交換器加熱達到限定溫度后進入可視反應釜；瓦斯存儲罐和注水裝置分別向可視反應釜內注入不純瓦斯氣體和水以進行水合分離。
5、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，溶液為氯化鈉冰鹽，其融化溫度為-3.1℃。
6、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，自然冷能收集器內設有多組風機以強化與載冷劑的換熱。
7、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，瓦斯儲存罐外連接有空氣壓縮機以將不純瓦斯氣體充入可視反應釜內；可視反應釜外設有循環泵以使可視反應釜內氣體循環流入及流出可視反應釜。
8、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，可視反應釜外套有溫度控制箱以對可視反應釜進行保溫，可視反應釜外設有電機，可視反應釜內設有轉子，電機與轉子轉動連接。
9、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，可視反應釜輸出端外分別連接有集氣瓶和殘氣瓶，可視反應釜內氣體完成水合反應后剩余氣體導入殘氣瓶，完全排出后加熱可視反應釜以將水合物產生的氣體導入集氣瓶。
10、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，可視反應釜外設有氣相色譜儀以對可視反應釜內氣體進行氣相色譜檢測。
11、本專利技術還提供一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離系統的工作方法，包括以下步驟：
12、ⅰ.當外部環境溫度逐漸下降至小于相平衡計算后瓦斯水合分離過程中所需的最低溫度時，啟動自然冷能收集器以使管道內的載冷劑與外界冷空氣換熱，攜帶有冷能的載冷劑流向盤管內與溶液進行熱交換，溶液固化以存儲冷能；
13、ⅱ.部分載冷劑流向熱交換器，將載冷劑加熱到預設溫度后，將載冷劑導入到可視反應釜外，與可視反應釜內環境進行熱交換；
14、ⅲ.啟動注水裝置向可視反應釜內注入水，隨后啟動電機使轉子對可視反應釜內的水進行攪拌；
15、ⅳ.當載冷劑將可視反應釜內溫度降到水合反應的初始溫度時，開啟空氣壓縮機將瓦斯儲存罐內氣體泵入可視反應釜內，以使氣體中的瓦斯與水進行水合反應；
16、ⅴ.當可視反應釜內壓力穩定后，將可視反應釜內的氣體抽至殘氣瓶內，抽氣完成后，停止向可視反應釜供應載冷劑并對可視反應釜進行加熱，將水合物分解出的瓦斯氣體抽入集氣瓶內。
17、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，當外界環境溫度高時，關閉自然冷能收集器，載冷劑通過盤管與溶液進行換熱，再流向熱交換器進行加熱以獲取水合反應所需的溫度；當溶液冷能完全釋放后，采用電能制冷獲取水合反應所需的溫度。
18、作為對本專利技術的進一步說明，優選地，泵入瓦斯儲存罐內的氣體前，需向管道和可視反應釜內充入0.5～0.8mpa的氮氣并進行檢漏，以檢查氣密性。
19、(三)有益效果
20、本專利技術的上述技術方案具有如下優點：
21、1、本專利技術能夠實現在冬季溫度處于瓦斯水合分離所需熱力學條件的溫度附近時，采用載冷劑在戶外的管道內流通的方式，將冷能收集、儲存并利用于煤礦瓦斯水合分離過程中。
22、2、本專利技術使用載冷劑收集冷能的同時，可同時實現冷能直接利用于煤礦瓦斯水合分離過程和富余冷能的儲存，儲存的冷能可利用于夏季煤礦瓦斯水合分離過程中。
23、3、本專利技術可通過溫度控制系統實現對收集、儲存的自然冷能溫度的控制，進而利用載冷劑的循環實現所需溫度的冷量的傳輸，從而滿足反應釜內瓦斯氣體形成固態瓦斯水合物所需的熱力學條件。
24、4、本專利技術在調控載冷劑溫度的過程中，使用蓄熱式熱交換器，由于經冷能收集器收集的載冷劑的溫度范圍處于煤礦瓦斯水合分離過程所需的溫度條件附近，因此，實際運行中熱交換器的功率需求較低，從而實現了電能的極小化消耗，最大程度上促進了能源的節約與高效利用。
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1.一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：包括布置有盤管(3)和溶液(4)的冷能儲存池(1)、冬季采集自然冷能的自然冷能收集器(2)、用于加熱載冷劑的熱交換器(5)、存儲瓦斯氣體的瓦斯存儲罐(6)、用于進行瓦斯水合分離的可視反應釜(8)和向可視反應釜(8)內注入液體的注水裝置(7)，自然冷能收集器(2)通過載冷劑收集外界冷能，載冷劑流經盤管(3)與溶液(4)熱交換以存儲冷能；攜帶冷能的載冷劑流經熱交換器(5)加熱達到限定溫度后進入可視反應釜(8)；瓦斯存儲罐(6)和注水裝置(7)分別向可視反應釜(8)內注入不純瓦斯氣體和水以進行水合分離。
2.根據權利要求1所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：溶液(4)為氯化鈉冰鹽，其融化溫度為-3.1℃。
3.根據權利要求2所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：自然冷能收集器(2)內設有多組風機(21)以強化與載冷劑的換熱。
4.根據權利要求3所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：瓦斯儲存罐(6)外連接有空氣壓縮機(61)以將不純瓦斯
5.根據權利要求4所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：可視反應釜(8)外套有溫度控制箱(81)以對可視反應釜(8)進行保溫，可視反應釜(8)外設有電機(82)，可視反應釜(8)內設有轉子(83)，電機(82)與轉子(83)轉動連接。
6.根據權利要求5所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：可視反應釜(8)輸出端外分別連接有集氣瓶(84)和殘氣瓶(85)，可視反應釜(8)內氣體完成水合反應后剩余氣體導入殘氣瓶(85)，完全排出后加熱可視反應釜(8)以將水合物產生的氣體導入集氣瓶(84)。
7.根據權利要求6所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：可視反應釜(8)外設有氣相色譜儀(92)以對可視反應釜(8)內氣體進行氣相色譜檢測。
8.根據權利要求7所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離系統的工作方法，其特征在于：包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離系統的工作方法，其特征在于：當外界環境溫度高時，關閉自然冷能收集器(2)，載冷劑通過盤管(3)與溶液(4)進行換熱，再流向熱交換器(5)進行加熱以獲取水合反應所需的溫度；當溶液(4)冷能完全釋放后，采用電能制冷獲取水合反應所需的溫度。
10.根據權利要求9所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離系統的工作方法，其特征在于：泵入瓦斯儲存罐(6)內的氣體前，需向管道和可視反應釜(8)內充入0.5～0.8MPa的氮氣并進行檢漏，以檢查氣密性。
...【技術特征摘要】
1.一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：包括布置有盤管(3)和溶液(4)的冷能儲存池(1)、冬季采集自然冷能的自然冷能收集器(2)、用于加熱載冷劑的熱交換器(5)、存儲瓦斯氣體的瓦斯存儲罐(6)、用于進行瓦斯水合分離的可視反應釜(8)和向可視反應釜(8)內注入液體的注水裝置(7)，自然冷能收集器(2)通過載冷劑收集外界冷能，載冷劑流經盤管(3)與溶液(4)熱交換以存儲冷能；攜帶冷能的載冷劑流經熱交換器(5)加熱達到限定溫度后進入可視反應釜(8)；瓦斯存儲罐(6)和注水裝置(7)分別向可視反應釜(8)內注入不純瓦斯氣體和水以進行水合分離。
2.根據權利要求1所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：溶液(4)為氯化鈉冰鹽，其融化溫度為-3.1℃。
3.根據權利要求2所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：自然冷能收集器(2)內設有多組風機(21)以強化與載冷劑的換熱。
4.根據權利要求3所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：瓦斯儲存罐(6)外連接有空氣壓縮機(61)以將不純瓦斯氣體充入可視反應釜(8)內；可視反應釜(8)外設有循環泵(62)以使可視反應釜(8)內氣體循環流入及流出可視反應釜(8)。
5.根據權利要求4所述的一種利用天然冷能進行瓦斯水合分離的系統，其特征在于：可視反應釜(8)外套有溫度控制箱(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張強，岳寧，張保勇，劉傳海，李元吉，
申請(專利權)人：黑龍江科技大學，
類型：發明
國別省市：
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