Reusing Low-Concentration Methane Gas

Reusing Low-Concentration Methane & Vam

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Aktuelle Situation der Nutzung von Methan mit niedriger Konzentration

Methan in niedriger Konzentration hat ein großes Emissionsvolumen

  • In 2018, the global coal mine methane leakage was 40 million tons, equivalent to the emission of 1 billion tons of CO2 equivalent greenhouse gases. China’s emissions account for over half of the total global methane emissions from coal mining.
  • Im Jahr 2018 förderte China 13 Milliarden Kubikmeter Gas, von denen 5,3 Milliarden Kubikmeter mit einer Konzentration von über 91 TP3T genutzt wurden, was einer Nutzungsrate von 40,71 TP3T entspricht.
  • Beim Kohleabbau werden etwa 601–701 TP3T des niedrig konzentrierten Gases (unter 91 TP3T) freigesetzt, wobei die Nutzungsrate nur 21 TP3T beträgt. Der Großteil davon wird nicht genutzt, sondern direkt in die Atmosphäre abgegeben und verschmutzt die Umwelt.
  • China’s coal mines emit a total of 24 billion cubic meters of methane into the atmosphere every year, accounting for one-third of the total industrial methane exhaust volume and generating 200 million tons of carbon emissions.
  • Gas ist brennbar und explosiv (5%~15%) (Sicherheitsproblem).

Methangaseigenschaften: Brennstoff + Nicht-CO2-Treibhausgase

  • Methangas ist eine saubere Brennstoffressource.
  • Gas (methane) is a greenhouse gas. The greenhouse effect of methane has a “100 year time frame warming potential GWP” that is 28 times that of carbon dioxide.
  • Eine drastische Reduzierung der Methanemissionen ist eine notwendige Voraussetzung für die Eindämmung der globalen Erwärmung. unter 1,5 ℃.
  • Im Januar 2021 wies das Ministerium für Ökologie und Umweltschutz auf die Notwendigkeit hin, die Überwachung der Treibhausgase zu verstärken und schrittweise in die allgemeine Umsetzung des ökologischen Umweltüberwachungssystems zu integrieren. Auf der Ebene der wichtigsten Emissionspunktquellen werden Pilotprojekte zur Überwachung der Methanemissionen in Schlüsselindustrien wie Öl und Gas, Kohlebergbau usw. durchgeführt.
  • Der Neustart des National Certified Voluntary Emission Reduction (CCER)-Programms steht unmittelbar bevor. (Berechnet mit 50 Yuan/Tonne, entsprechend einem Gaswert von etwa 0,75 Yuan/Nm3).
  • Die Oxidation und Zerstörung von Abgasen wird in Zukunft eine der Richtungen zur Reduzierung der Methanemissionen sein.

Wiederverwendungsmodus für Methan mit niedriger Konzentration

Reinigungs- und Versorgungsmodus

    Heiz- (Kühl-)Modus

      Stromerzeugungsmodus

        Wärmespeicheroxidations-Kraft-Wärme-Kopplungsmodus

          Kaskade und Management der Methankonzentration in Kohlebergwerken
          (Am Beispiel China im Jahr 2020)

          The coalbed methane associated with coal mining is commonly known as “gas”, and its main component is methane (CH4).
          Derzeit wird alles Gas mit einer Konzentration unter 8% in die Atmosphäre freigesetzt, was eine große Menge an Umweltverschmutzung verursacht.
          Durch die vollständige Nutzung dieser Ressourcen zur Wärme- und Stromerzeugung können erhebliche wirtschaftliche Vorteile und Vorteile bei der Reduzierung des CO2-Ausstoßes erzielt werden.

          Wärmespeicherung und Oxidations-Energiekaskadennutzungstechnologie

          Prozessflussdiagramm

          Sicherer Transport und Mischen von CH4 und Vam in niedriger Konzentration

          • Funktion:
            Transportieren Sie Gas mit niedriger Konzentration sicher vom Abgasende zum Gasverbrauchsende und stellen Sie die Qualität des transportierten Gases sicher. Das betroffene Abgasende ist eine Gasentnahmestation und das betroffene Gasende ist ein Mischsystem.
          • Installation:
            Das direkt an den Abgasauslass der Gasabsaugstation angeschlossene Dreiwegerohr erfordert keine Rohrleitungsmodifikation.

          Main Equipment ① — Electric release valve

          • Prinzip und Funktion:
            Die elektrische Auslösevorrichtung wird hauptsächlich zur Notentlastung des Systemdrucks verwendet und am Anfang und Ende der Förderleitung installiert. Ihr Schwerpunkt liegt eher auf dem Schutz von Grubengasentwässerungsstationen und Mischsystemen.
          • Installationsvoraussetzungen:
            Installiert am Endauslassrohr der Förderleitung und der Auslassabgasleitung der Grubengasentwässerungsstation. Am hinteren Ende des Ablassventils sollte eine trockene Flammensperre installiert werden, um sicherzustellen, dass das freigesetzte Gas die Rohrleitung nicht beeinträchtigt.

          Main Equipment ② — Powder automatic powder spraying and explosion suppression device

          • Prinzip und Funktion:
            Die elektrische Auslösevorrichtung wird hauptsächlich zur Notentlastung des Systemdrucks verwendet und am Anfang und Ende der Förderleitung installiert. Ihr Schwerpunkt liegt eher auf dem Schutz von Grubengasentwässerungsstationen und Mischsystemen.
          • Installationsvoraussetzungen:
            Installiert am Endauslassrohr der Förderleitung und der Auslassabgasleitung der Grubengasentwässerungsstation. Am hinteren Ende des Ablassventils sollte eine trockene Flammensperre installiert werden, um sicherzustellen, dass das freigesetzte Gas die Rohrleitung nicht beeinträchtigt.

          1. Düse der Explosionsunterdrückungsvorrichtung

          2. Pulvervorratsbehälter mit Explosionsunterdrückungsvorrichtung

          3. Feuerlöschmittelpuffer

          4. Gasgenerator

          5. Terminal

          6. Kabel

          7. Verantwortlicher

          8. Ultraviolett-Flammensensor

          Main Equipment ③ —Automatische Pulversprüh- und Explosionsunterdrückungsvorrichtung

          • Prinzip und Funktion:
            Die elektrische Auslösevorrichtung wird hauptsächlich zur Notentlastung des Systemdrucks verwendet und am Anfang und Ende der Förderleitung installiert. Ihr Schwerpunkt liegt eher auf dem Schutz von Grubengasentwässerungsstationen und Mischsystemen.
          • Installationsvoraussetzungen:
            Installiert am Endauslassrohr der Förderleitung und der Auslassabgasleitung der Grubengasentwässerungsstation. Am hinteren Ende des Ablassventils sollte eine trockene Flammensperre installiert werden, um sicherzustellen, dass das freigesetzte Gas die Rohrleitung nicht beeinträchtigt.

          Main Equipment ④ —Explosion prevention and venting device

          • Einsatz einer Kombination aus fotoelektrischen Flammensensoren, Druckkontrollsensoren und elektromechanischer Verbindung zur Steuerung der Wirkung des automatischen explosionsgeschützten Geräts
          • Achten Sie auf die Einbaurichtung

          Main Equipment ⑤ —Dry flame arrester

          • Prinzip und Funktion:
            Trockene Flammensperren nutzen das Prinzip der Flammenlöschung in schmalen Schlitzen, indem sie Edelstahlplatten biegen und überlappen, um eine Flammenlöschschicht mit sehr kleinen Lücken zu bilden. Wenn in der Rohrleitung eine Flamme entsteht, wird diese durch eine trockene Flammensperre blockiert, wodurch die Flamme erlischt oder die Intensität des Feuers verringert wird. Spielt eine hemmende Rolle bei der Ausbreitung von Flammen.
            An der Unterseite befindet sich ein Ablassventil, das regelmäßig geöffnet werden muss, um eine übermäßige Wasseransammlung im flammhemmenden Kern und eine Beeinträchtigung seiner Nutzung zu verhindern.
            Auf beiden Seiten des oberen Flammschutzkerns befinden sich Druckmessgeräte, um zu überwachen, ob der Flammschutzkern verstopft ist.

          Main Equipment ⑥ —Trockene Flammensperre

          • Prinzip und Funktion:
            Der hocheffiziente Gas-Flüssigkeits-Verbundabscheider erfüllt mehrere Funktionen wie Entwässerung, Staubentfernung und Druckstabilisierung und ist eine Anlage zur Gasreinigungsbehandlung.
            Einsatz der Zyklontrenntechnologie, bei der die Zentrifugalkraft zur Gas-Flüssigkeits-Trennung genutzt wird. Das abgetrennte Wasser fließt entlang der Zylinderwand nach unten, während das Gas spiralförmig entlang der Zylinderwand nach oben strömt und durch den sekundären Reinigungseffekt der oberen Trennschicht in das Gasende gelangt. Dadurch wird die Reinigung des Gases erreicht und die vom Gasmotor geforderten Gasindikatoren erfüllt.

          Mischsystem

          Komplexe Arbeitsbedingungen

          1. Schwankungen der Methankonzentration in niedrigen Konzentrationen
          2. Schwankungen der Methanflussrate bei niedriger Konzentration
          3. Temperaturschwankungen von Methan in geringer Konzentration
          4. Druckschwankungen bei geringer Methankonzentration
          5. Feuchtigkeitsschwankungen bei geringer Methankonzentration
          6. Schwankungen der Vam- und Methankonzentrationen

          Forschungsmethode

          1. Forschung zum adaptiven Schnellreaktionsalgorithmus neuronaler Netzwerke zur Überwachung und Anpassung von Eingabeparametern
          2. Forschung zum Blender-Design basierend auf dem Prinzip der elastischen Dämpfung
          3. Optimierung der Mischerstruktur durch CFD-Fluidberechnung

          Antwortausgabe

          1. Die Schwankungsbreite der Gaskonzentration nach dem Mischen beträgt 1,2% ± 0,1%
          2. Momentane Konzentrationsschwankung innerhalb von 10%
          3. Sofortige Reaktion innerhalb von 1 Sekunde

          Blender – Simulation Analysis

          Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich, steigt die Auslasskonzentration mit der Zeit allmählich an und stabilisiert sich nach 3 Sekunden bei 1,2%. Die Wolkenkarte rechts zeigt die zeitliche Veränderung der Auslasskonzentration.