一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法与流程

本发明涉及煤水气混合物分离技术领域，尤其涉及一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法。

背景技术：

伴随我国国民经济的发展，煤炭作为主要能源消费方式仍将长期存在，采煤过程中大量瓦斯的排放导致的温室效应仍会威胁到整个自然环境的生态安全。为满足人类对新型、清洁的能源需求和保证人类生存环境的安全，因而煤炭资源开采过程中的煤层气(瓦斯)作为一种新型、清洁能源的抽采利用及采煤过程中的地下水抽排带来的环境影响受到了广泛关注。

我国构造软煤发育，煤体破碎的含煤区具有丰富的煤层气资源，且目前在构造软煤发育区实现原位煤层气开发尤为困难。而构造软煤发育区的煤层气(瓦斯)资源的综合利用对促进地方经济、减轻矿井灾害程度、减少温室气体排放、提高矿区环境质量等均具有重要意义。构造软煤发育区水力采煤和原位煤层气开发势必产生大量的煤水气混合物，如何实现煤、水、气的高效快速分离和煤、水、气的资源回收与利用、保证环境质量安全是构造软煤发育面临的重要理论与技术问题，也是当前对构造软煤发育区煤层气(瓦斯)高效利用、保证环境质安全研究的重要课题。目前构造软煤发育区是原位煤层气开发的禁区，对于构造软煤发育区采用原位煤层气开发未见深入的报道，对煤、水、气的高效分离与资源循环利用均未见研究和报道。水力采煤过程和构造软煤发育区通过原位煤层气开发会产生大量高粘度含煤、水和气的流体煤水混合物，煤、水的高效快速分离、水资源的处理与循环利用、煤层气(瓦斯)的收集是实现资源综合利用与保证环境质量安全的关键所在。

鉴于此，在试验室内通过模拟构造软煤发育区水力采煤过程和原位煤层气开发过程中产生的高浓度煤水气混合物的分离、收集与处理，对于研究构造软煤发育区水力采煤技术和实现原位煤层气开发至关重要，设计一种可用于在试验室内实现构造软煤发育区水力采煤过程和原位煤层气开发过程产生的高浓度煤、水、气的高效分离、收集和水净化循环处理的试验方法，是构造软煤发育区水力采煤和原位煤层气开采研究中亟待解决的一项课题，对水力采煤技术和构造软煤发育区原位煤层气开采均具有重要的理论指导。而现有试验方法并没有模拟水力采煤过程和构造煤发育区原位煤层气开采过程产生的高浓度煤水气混合物的分离、收集、处理与循环利用，且试验方法也没有实现实时采集试验样品进行试验分析数据，并实现实时监控。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法，包括以下步骤：

(1)采用多级筛网对煤水气混合物进行多级分离过滤处理，使煤和水分离，分离出的煤大颗粒在下小颗粒在上；

(2)分离出的水通过循环回到多级筛网处进行重复过滤，同时对多级筛网进行冲洗；通过取样口对过滤处理后的水取样及分析化验；

(3)对分离后的煤进行烘干，烘干的过程中煤和煤层气实现分离；

(4)对分离出的煤层气进行收集。

一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，包括煤水分离仓、煤仓以及煤层气收集装置；所述煤水分离仓的上下两端分别设置有进料管和出水管；

所述煤水分离仓内设置有至少一个滤网；自上而下，所述滤网的孔径逐渐减小；所述滤网将煤水分离仓分割为多个分离腔室；所述分离腔室和煤仓之间设置有溜煤槽；所述出水管上沿水流方向依次设置有水泵、回水管及出水口；所述回水管远离出水管的一端和进料管连接；

所述煤仓上设置有电加热器；所述煤仓的下端设置有排煤口；

所述煤层气收集装置包括排水集气装置、第一通气管、第二通气管以及真空气瓶；所述第一通气管的一端和煤仓的上端连接，另一端和排水集气装置连接；所述第二通气管的一端和排水集气装置连接，另一端和真空气瓶连接。

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述滤网倾斜设置，倾斜角度为30-45°；所述溜煤槽设置于滤网的下端；所述溜煤槽倾斜设置，倾斜角度和滤网的倾斜角度相同。

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述出水管上设置有取样口；

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述排水集气装置包括水槽和集气槽；所述集气槽的开口向下；所述集气槽的开口端伸入水槽内；所述第一通气管伸入集气槽的中下部位置；所述第二通气管和集气槽的上端连接。

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述进料管、回水管、出水口以及第一通气管上都设置有控制阀。

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述第二通气管沿气流方向依次设置有流量计和第一压力表；所述真空气瓶上设置有第二压力表。

优选的，所述煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，所述煤水分离仓和煤仓都为透明材料制成。

本发明的优点在于：该试验方法能够在试验室内进行煤气水的高效分离处理，实现试验过程中的煤、水与煤层气(瓦斯)的分离、水的处理与循环利用、煤中残余气的加速解吸与回收，缩短试验时间，并能实现煤水气处理过程中水样的采集。本试验方法可控程度高、易于控制、安装方便、操作简单、安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用多级筛网对煤水气混合物进行多级分离过滤处理，使煤和水分离，分离出的煤大颗粒在下小颗粒在上；

通过多级分离过滤，使各个颗粒大小的煤粒分层布置，大颗粒在下，小颗粒在上，在煤层气解吸时，大颗粒煤粒处空隙较大，解吸的煤层气易于向上移动，对上部小颗粒煤层起到冲击作用，加大上部小颗粒煤层处间隙，便于上部小颗粒煤解吸的煤层气排出；

(2)分离出的水通过循环回到多级筛网处进行重复过滤，同时对多级筛网进行冲洗；通过取样口对过滤处理后的水取样及分析化验；

过滤出的水通过循环回到多级筛网处，一方面起到多次过滤的作用，提高煤和水的分离效果，另一方面，过滤出的水回到筛网处时，可起到对筛网的冲刷作用，避免筛网堵塞，实现水的循环；

(3)对分离后的煤进行烘干，烘干的过程中煤和煤层气实现分离；

对分离后的煤烘干时，烘干热量促进煤中煤层气解吸，不需要单独对煤进行加热烘干或加热解吸，节约能源；

(4)对分离出的煤层气进行收集。

一种用于煤水气混合物的高效分离、回收处理与循环利用试验方法的试验装置，包括煤水分离仓1、煤仓2以及煤层气收集装置3；所述煤水分离仓1的上下两端分别设置有进料管11和出水管12；

所述煤水分离仓1内设置有至少一个滤网13；自上而下，所述滤网13的孔径逐渐减小；所述滤网13将煤水分离仓1分割为多个分离腔室131；所述分离腔室131和煤仓2之间设置有溜煤槽1311；所述出水管12上沿水流方向依次设置有水泵121、回水管122及出水口123；所述回水管122远离出水管12的一端和进料管11连接；

所述煤仓2上设置有电加热器21；所述煤仓2的下端设置有排煤口22；

所述煤层气收集装置3包括排水集气装置31、第一通气管32、第二通气管33以及真空气瓶34；所述第一通气管32的一端和煤仓2的上端连接，另一端和排水集气装置31连接；所述第二通气管33的一端和排水集气装置31连接，另一端和真空气瓶连接。

优选的，所述滤网13倾斜设置，倾斜角度为30-45°；所述溜煤槽1311设置于滤网13的下端；所述溜煤槽1311倾斜设置，倾斜角度和滤网13的倾斜角度相同。

优选的，所述出水管12上设置有取样口124；

优选的，所述排水集气装置31包括水槽311和集气槽312；所述集气槽312的开口向下；所述集气槽312的开口端伸入水槽311内；所述第一通气管32伸入集气槽312的中下部位置；所述第二通气管33和集气槽312的上端连接。

优选的，所述进料管11、回水管122、出水口123以及第一通气管32上都设置有控制阀111。

优选的，所述第二通气管33沿气流方向依次设置有流量计331和第一压力表332；所述真空气瓶34上设置有第二压力表341。

优选的，为了实时观察试验情况，便于记录试验过程，所述煤水分离仓1和煤仓2都为透明材料制成；如玻璃。

该试验方法能够在试验室内进行煤气水的高效分离处理，实现试验过程中的煤、水与煤层气(瓦斯)的分离、水的处理与循环利用、煤中残余气的加速解吸与回收，缩短试验时间，并能实现煤水气处理过程中水样的采集。本试验方法可控程度高、易于控制、安装方便、操作简单、安全可靠。

具体试验方法为：将煤水气混合物从进料口处加入煤水分离仓内，先通过煤水分离仓中的滤网过滤脱除煤中大部分水分，实现煤和水的分离，分离出的水通过溜煤槽进入煤仓内，并且按大颗粒在下小颗粒在上布置；过滤出的水由水泵通过回水管抽至进料管处，进入煤水分离仓经过筛网再次过滤，并对筛网实现冲击，通过取样口采取水样进行水质分析；在煤水分离仓内水较多时通过出水口排出收集利用；对煤仓中的煤进行加热，烘干煤的同时实现煤和煤层气的分离，分离后煤从排煤口排出收集利用；分离出的煤层气通过第一通气管进入排水集气装置，通过排水集气装置收集后送入真空气瓶收集。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。