Reusing Low-Concentration Methane Gas

Reusing Low-Concentration Methane & Vam

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Situación actual de la utilización de metano en baja concentración

El metano de baja concentración tiene un gran volumen de emisión

  • 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.
  • En 2018, China extrajo 13 mil millones de metros cúbicos de gas, de los cuales se utilizaron 5,3 mil millones de metros cúbicos con una concentración superior a 9%, con una tasa de utilización de 40,7%.
  • Durante la minería de carbón, entre 601TP₄ y 701TP₄ del gas de baja concentración se encuentra por debajo de 91TP₄, con una tasa de utilización de tan solo 21TP₄. La mayor parte no se aprovecha y se descarga directamente a la atmósfera, contaminando el medio ambiente.
  • 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.
  • El gas es inflamable y explosivo (5%~15%) (problema de seguridad).

Propiedades del gas metano: combustible + gases de efecto invernadero distintos del CO2

  • El gas metano es un recurso combustible limpio.
  • 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.
  • La reducción profunda de las emisiones de metano será una condición necesaria para lograr el control del calentamiento global por debajo de 1,5 ℃.
  • En enero de 2021, el Ministerio de Ecología y Protección Ambiental señaló la necesidad de fortalecer el monitoreo de gases de efecto invernadero e incorporarlo gradualmente a la implementación general del sistema de monitoreo ambiental ecológico. A nivel de fuentes puntuales de emisión clave, se implementarán proyectos piloto para monitorear las emisiones de metano en industrias clave como el petróleo y el gas, la minería de carbón, etc.
  • El reinicio del Programa Nacional de Reducción Voluntaria Certificada de Emisiones (CCER) es inminente. (Calculado a 50 yuanes/tonelada, equivalente a un valor de gas de aproximadamente 0,75 yuanes/Nm³).
  • La oxidación y destrucción de los gases de escape se convertirá en una de las direcciones para la reducción de las emisiones de metano en el futuro.

Modo de reutilización de metano de baja concentración

Modo de purificación y suministro

    Modo calefacción (refrigeración)

      Modo de generación de energía

        Modo de cogeneración de oxidación por almacenamiento térmico

          Cascada y gestión de la concentración de metano en minas de carbón
          (Tomando a China como ejemplo en 2020)

          The coalbed methane associated with coal mining is commonly known as “gas”, and its main component is methane (CH4).
          En la actualidad, todo gas con una concentración inferior a 8% se libera a la atmósfera, provocando una gran cantidad de contaminación.
          El uso pleno de estos recursos para la calefacción y la generación de energía puede generar importantes beneficios económicos y de reducción de carbono.

          Tecnología de utilización de energía en cascada de almacenamiento térmico y oxidación

          Diagrama de flujo del proceso

          Transporte seguro y mezcla de CH4 y Vam de baja concentración

          • Función:
            Transportar de forma segura gas de baja concentración desde el extremo de escape hasta el extremo de consumo de gas, y garantizar la calidad del gas transportado; el extremo de escape involucrado es una estación de extracción de gas, y el extremo de gas involucrado es un sistema de mezcla.
          • Instalación:
            La tubería de tres vías conectada directamente a la salida de escape de la estación de extracción de gas no requiere modificación de la tubería.

          Main Equipment ① — Electric release valve

          • Principio y función:
            El dispositivo de liberación eléctrica se utiliza principalmente para lograr la liberación de emergencia de la presión del sistema, se instala al principio y al final de la tubería de transporte y se centra más en la protección de las estaciones de drenaje de gas de las minas de carbón y los sistemas de mezcla.
          • Requisitos de instalación:
            Se instala en el tubo de descarga final de la tubería de transporte y en la tubería de escape de salida de la estación de drenaje de gas de la mina de carbón. Se debe instalar un parallamas seco en el extremo posterior de la válvula de escape para garantizar que el gas liberado no afecte a la tubería.

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

          • Principio y función:
            El dispositivo de liberación eléctrica se utiliza principalmente para lograr la liberación de emergencia de la presión del sistema, se instala al principio y al final de la tubería de transporte y se centra más en la protección de las estaciones de drenaje de gas de las minas de carbón y los sistemas de mezcla.
          • Requisitos de instalación:
            Se instala en el tubo de descarga final de la tubería de transporte y en la tubería de escape de salida de la estación de drenaje de gas de la mina de carbón. Se debe instalar un parallamas seco en el extremo posterior de la válvula de escape para garantizar que el gas liberado no afecte a la tubería.

          1. Boquilla del dispositivo de supresión de explosiones

          2. Dispositivo de supresión de explosiones, cilindro de almacenamiento de polvo.

          3. tampón de agente extintor de incendios

          4. generador de gas

          5. terminal

          6. cable

          7. controlador

          8. sensor de llama ultravioleta

          Main Equipment ③ —Dispositivo automático de pulverización de polvo y supresión de explosiones.

          • Principio y función:
            El dispositivo de liberación eléctrica se utiliza principalmente para lograr la liberación de emergencia de la presión del sistema, se instala al principio y al final de la tubería de transporte y se centra más en la protección de las estaciones de drenaje de gas de las minas de carbón y los sistemas de mezcla.
          • Requisitos de instalación:
            Se instala en el tubo de descarga final de la tubería de transporte y en la tubería de escape de salida de la estación de drenaje de gas de la mina de carbón. Se debe instalar un parallamas seco en el extremo posterior de la válvula de escape para garantizar que el gas liberado no afecte a la tubería.

          Main Equipment ④ —Explosion prevention and venting device

          • Adopción de una combinación de sensores de llama fotoeléctricos, sensores de control de presión y enlace electromecánico para controlar la acción del dispositivo automático a prueba de explosiones.
          • Preste atención a la dirección de instalación.

          Main Equipment ⑤ —Dry flame arrester

          • Principio y función:
            Los apagallamas secos utilizan el principio de extinción de llamas en ranuras estrechas mediante la flexión y superposición de placas de acero inoxidable para formar una capa extintora con espacios muy pequeños. Cuando se genera una llama en la tubería, el apagallamas seco la bloquea, extinguiéndola o reduciendo su intensidad. Actúa como un inhibidor de la propagación de las llamas.
            Hay una válvula de drenaje en la parte inferior, que debe abrirse periódicamente para evitar la acumulación excesiva de agua en el núcleo retardante de llama y afectar su uso.
            Hay manómetros en ambos lados del núcleo retardante de llama superior para controlar si el núcleo retardante de llama está bloqueado.

          Main Equipment ⑥ —Parallamas seco

          • Principio y función:
            El separador de gas-líquido compuesto de alta eficiencia tiene múltiples funciones como deshidratación, eliminación de polvo y estabilización de presión, y es un equipo de tratamiento de purificación de gas.
            Se utiliza la tecnología de separación ciclónica, que utiliza la fuerza centrífuga para la separación gas-líquido. El agua separada fluye hacia abajo por la pared del cilindro, mientras que el gas asciende en espiral por la pared del cilindro y entra en el extremo de gas mediante el efecto de purificación secundaria de la capa de separación superior, logrando así la purificación del gas y cumpliendo con los indicadores de gas requeridos por el motor de gas.

          Sistema de mezcla

          Condiciones de trabajo complejas

          1. Fluctuaciones en la concentración de metano a baja concentración
          2. Fluctuaciones en el caudal de metano de baja concentración
          3. Fluctuaciones de temperatura del metano de baja concentración
          4. Fluctuaciones de presión de metano de baja concentración
          5. Fluctuaciones de humedad de metano de baja concentración
          6. Fluctuaciones en las concentraciones de Vam y metano

          Método de investigación

          1. Investigación sobre el algoritmo adaptativo de respuesta rápida de redes neuronales para la monitorización y ajuste de parámetros de entrada.
          2. Investigación sobre el diseño de licuadoras basado en el principio de amortiguamiento elástico
          3. Optimización del cálculo de fluidos CFD de la estructura del mezclador

          Salida de respuesta

          1. El rango de fluctuación de la concentración de gas después de la mezcla es 1,2% ± 0,1%
          2. Fluctuación instantánea de la concentración dentro de 10%
          3. Respuesta instantánea en 1 segundo

          Blender – Simulation Analysis

          Como se puede observar en la figura anterior, la concentración de salida aumenta gradualmente con el tiempo y se estabiliza en 1,21 TP₄₂T a los 3 segundos. El mapa de nubes de la derecha muestra la variación de la concentración de salida con el tiempo.