Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0080

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0080
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Закрытое акционерное общество "КОМПОМАШ-ТЭК"
Название доклада
Проведение прикладных исследований для опережающего научно-технологического задела в создании оборудования по извлечению из вентиляционных и дегазационных метаносодержащих выбросов угольных шахт высококонцентрированного метана с последующим использованием в когенерационных мини-ТЭЦ
Докладчик
Пилецкий Владимир Гергиевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Создание научно-технического задела с разработкой новой технологии и экспериментальных образцов оборудования, значительно снижающего метанопылесодержащие вредные выбросы в атмосферу при добыче угля на шахтах путем извлечения из вентиляционных и дегазационных метанопылевоздушных смесей мехпримесей с тонкодисперсной угольной пылью и высококонцентрированного метана с последующим его использованием в когенерационных мини-ТЭЦ.
2.Моделирование процесса извлечения слабоконцентрированного метана и тонкодисперсной пыли из метановоздушной смеси для подтверждение на созданных экспериментальных образцах энерговихревого газоразделительного оборудования возможности выделения из слабоконцентрированных метанопылесодержащих выбросов угольных шахт газовых смесей, содержащих метан менее 0,5% и его извлечением до 99,8% с очисткой от тонкодисперсной угольной пыли до 99,99%.
Актуальность и новизна исследования
Ресурсы метана в угольных пластах занимает 3-4 место среди запасов горючих ископаемых после угля, нефти, природного газа - ежегодные выбросы свыше 50 млрд. м3, практически не освоенных ресурсов.
Причины - малые дебиты и концентрации, загрязненность угольной пылью, повышение эффективности дегазационных работ требует затрат, не стабильное качество не дает использовать для химических и технологических установок.
В реализуемом проекте задачи по максимальному извлечению и очистки из слабоконцентрированных метанопылевоздушных выбросов метана являются актуальными и своевременными.
Новизной являются:
1 Разработанная технология извлечения из вентиляционных и дегазационных метаносодержащих выбросов угольных шахт высококонцентрированного метана для практического использования в качестве топлива.
2 Отработанные конструктивные решения созданных образцов газоочистительного оборудования, обеспечивающие, с высокой степенью, извлечение из слабоконцентрированных метановоздушных выбросов угольных шахт топливного метана со снижением образования парниковых газов.
3 Прямоточновихревое (а не противоточное) закручивание и разделение, очищенние от мехпримесей воздушнометановых смесей вентиляционных и дегазационных выбросов от угольной пыли, мехпримесей для последующей утилизации и шахтного метана максимальной концентрации.
4 Процессы прямоточновихревой очистки и газоразделения проходят под действием разрежения, что обеспечивает снижение энергозатрат примерно в 2-4 раза (затраты на вихревую закрутку газопылевых смесей под давлением составляют около 0,6 кВт/м, при разряжении - менее 0,15-0,2 кВт/м3), полное извлечение (99,99%) шахтного метана из вентиляционных и дегазационных выбросов.
Описание исследования

Планируемые результаты проекта  базируются на использовании эффекта газоразделения при интенсивной энерговихревой закрутке газовых потоков (вентиляционные и дегазационные метаносодержащие выбросы угольных шахт), с   максимальным   извлечением угольной пыли и  метана при отрицательном градиенте давления на создаваемых экспериментальных образцах   оборудования.  Проведенные теоретические исследования, математическое моделирование энерговихревого газоразделения и газоочистки метанопылевоздушных потоков в градиентных сепараторах показали   преимущества перед другими способами вихревой закрутки.  Главным отличием от существующих способов  -  прямоточновихревая организация  очистки и газоразделения   под действием разрежения, что обеспечивает снижение энергозатрат   в 2-4 раза (затраты на вихревую закрутку газопылевых смесей под давлением составляют около 0,6 кВт·час /м,   при разряжении - менее 0,15-0,2 кВт·час/м3)  и полное извлечение (99,99%) шахтного метана из вентиляционных и дегазационных выбросов, что не получается   при существующих технологиях и оборудовании.

Результаты исследования

Создано:                                                                                           1. Экспериментальный образец энерговихревого газоразделительного оборудования  для выведения из вентиляционных и дегазационных выбросов  шахт концентрированного метана и мехпримесей   с разделением на  три потока:                                                                                              1) первый поток, периферийный по сечению градиентного сепаратора – очищенный воздух без содержания метана и без взвешенной тонкодисперсной угольной пыли для вывода в атмосферу;                 2) второй поток, граничащий с первым потоком – концентрированный метан для подачи в сборник;                              3) третий поток, центральный – содержащий воздух максимально возможно насыщенный взвешенной тонкодисперсной угольной пылью и влагой для подачи в динамический фильтр.                                         2. Объем очищаемых вентиляционных или дегазационных выбросов с помощью созданного  газоразделительного оборудования до  40 тыс. нм3/ч, в составе:                                                                                 - вентиляционных выбросов (воздух – от 96,5 до 99,2%; метан – от 0,8 до 3,5%;  тонкодисперсную угольную пыль – от 0,5 до 5%);             - дегазационных выбросов  (воздух – от 50 до 85%; метан – от 10 до 75%; взвешенную тонкодисперсную угольную пыль – от 5 до 10%).   3. Содержание в очищенных выбросах   после градиентного сепаратора и динамического фильтра: метана – его отсутствие или следы; мехпримесей – от 0,5 до 1 мг/нм3.                                          4. Выделяемый концентрированный метан   составляет в МВС 99,8% с содержанием мехпримесей до 1 мг/нм3.                                                5. Создан научно-технологический опережающий задел,     достаточный  по технологическим и конструктивным решениям при реализации подготовленного ТЗ на проведение ОКР.                             6. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы   газоразделительного оборудования, что   обеспечила    изготовление градиентного сепаратора, динамического фильтра и электромагнитного аппарата, с минимальными материальными и трудовыми затратами, для   экспериментальных исследований.                                                                                       7. Разработаны  Программа и методика    экспериментальных исследований процессов и   образцов оборудования, что  позволило  определить их работоспособность (непрерывность и прямоточность)     по энерговихревому газоразделению с показателями:                                метан  – до 99,8%, мехпримеси – не более 1 мг/нм3.

 Наиболее эффективным способом  выделения из шахтных газов высококонцентрированного метана является   градиентный сепаратор, что следует из сравнения энергозатрат при разделении метановоздушных смесей различными способами.

 Исследования

 процессов выделения   концент-рированного  метана

Источник газа

Объем пере-работки одной установк., м3/мин

 %

Уд.  энергозат-раты,

кВт·ч на тонну метана на выходе

Уд. энерго-затраты, кВт·ч

Криогенный

Дегазация

10-15

50

403

0,65

Криогенный с конденсацией

Вентиляц.   воздух

10 000

90

1103

1,57

Адсорбционный

Дегазация

10-15

90

698

1,0

Мембранный

Вентил.  воздух

5 000

37,5

400-500

0,6

Градиент.  сепаратор

Вентил.  воздух

5 000

99,98

94

0,13

Градиент.  сепаратор

Дегазация

10-15

99,98

195

0,27

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования   энерговихревого газоразделения и газоочистки метанопылевоздушных потоков в градиентных сепараторах показали   преимущества перед другими способами вихревой закрутки, которые в настоящее время имеют   распространение в различных отраслях промышленности. Главным отличием от существующих способов и преимуществом является то, что процессы энерговихревого газоразделения и газоочистки происходят при отрицательном градиенте давления, что и определяет высокую эффективность как технологических, так и конструктивных решений созданных экспериментальных образцов оборудования.

 

Практическая значимость исследования
Создан научно-технический задел с отработанными теоретическими и технологическими решениями новых экспериментальных образцов оборудования и выполнены ОКР по опытно-промышленному извлечению из вентиляционных и дегазационных метаносодержащих выбросов угольных шахт высококонцентрированного метана для использования, как моторного топлива, в двигателях внутреннего сгорания и когенерационных мини-ТЭЦ. Конструкторская документация и патенты являются основой коммерциализации инновационных технологий и оборудования.