[0001] 本发明属于矿井能源设备技术领域，具体涉及基于矿井水制氢的瓦斯减碳处理系统。

[0002] 煤矿开采过程中不可避免的会产生矿井排水、矿井瓦斯等，目前将矿井排水通过水处理达标后进行回用、排放，矿井水处理脱盐过程中会产生大量的浓盐水，这部分浓盐水需要消耗大量的热量进行结晶分盐等处理。对于涌水量大的煤矿，经过处理后的大量排水煤矿无法全部消纳，需在地面建设储水库。此外，煤矿开采过程中会产生大量的矿井瓦斯，瓦斯的温室效应是二氧化碳的21倍，甲烷也已经纳入温室气体减排中，《甲烷排放控制行动方案》提出：鼓励引导煤炭企业加大煤矿瓦斯抽采利用，到2025年，煤矿瓦斯年利用量达到60亿立方米。同时，生态环境部也在开展煤矿瓦斯甲烷减排方法学相关工作，推动煤矿行业开展甲烷减排参与温室气体自愿减排机制，参与碳减排市场交易，促进瓦斯减排利用。

[0003] 早期煤矿建设之初，为了解决煤矿的供热及用电，同时提高洗选产生的煤矸石等劣质煤的就地资源化利用，部分煤矿建设有小型自备电厂。随着国内发电技术水平发展，虽然原有煤矿自建小型燃煤电厂运行时间不长，但与大机组存在明显的技术水平代际差距，厂用电率和发电煤耗居高不小，发电经济较差。《全国煤电机组改造升级实施方案》中明确对供电煤耗在300克标准煤/千瓦时以上的煤电机组，应加快创造条件实施节能改造，对无法改造的机组逐步淘汰关停，并视情况将具备条件的转为应急备用电源。近年来，各省市也在推进逐步关停小型燃煤发电机组，煤矿自备燃煤发电机组供电煤耗普遍较高，部分机组煤耗超过350克标准煤/千瓦时，即使进行节能改造，也难以降至300克标准煤/千瓦时以下，如何避免煤矿小型自备燃煤发电机组“一关了之”，在新形势下改造转型得以保留继续发挥作用是一大难题。

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0021] 本发明提供基于矿井水制氢的瓦斯减碳处理系统，如图1所示，包括结晶反应器10，结晶反应器10输出端通过管道分别连通有浓水池9、蒸馏水池11和加热装置22，结晶反应器10输入端通过管道连接有汽轮机7；汽轮机7通过轴连接有发电机8，加热装置22输出端与汽轮机7连接；蒸馏水池11输出端通过管道依次连接有制氢装置12和氢气储罐13，氢气储罐13输出端通过管道分别连接有瓦斯发电机16和发电机8，瓦斯发电机16输出端连接有碳捕集装置17，瓦斯发电机16通过管道连接有瓦斯储罐15。

[0022] 加热装置22包括熔盐加热器3，熔盐加热器3输出端通过管道分别连接有高温熔盐储罐4和低温熔盐储罐5，高温熔盐储罐4输出端通过管道连接有蒸汽发生器6，蒸汽发生器6输出端通过管道分别与汽轮机7和低温熔盐储罐5连接，结晶反应器10输出端通过管道与蒸汽发生器6连接，熔盐加热器3输入端通过电线分别连接有风力发电1和光伏发电2。

[0023] 风力发电1和光伏发电2均通过电线与制氢装置12连接。瓦斯发电机16顶部连通有排放管21；瓦斯发电机16与碳捕集装置17连接的管道上设有第一阀门20。

[0024] 第一阀门20控制瓦斯发电机16出入口进入对碳捕集装置17中CO2的流量。

[0025] 浓水池9与结晶反应器10连接的管道上设有第二阀门23，具体为汽轮机7与蒸汽反应器6连接的管道上分出一路引入浓水池9，并设有第二阀门23，第二阀门23控制将汽轮机7热力循环过程中产生的高盐水定期排放进浓水池9，瓦斯储罐15输入端通过管道连接有瓦斯抽采泵站14，碳捕集装置17输出端通过管道依次连接有CO2储罐18和CO2输送泵19。

[0026] 其中，汽轮机7与结晶反应器10通过管道相连，提供蒸汽结晶所需热量，结晶反应器10中冷凝后的抽汽经管道与蒸汽发生器6蒸汽侧进口相连。汽轮机7与矿井浓水池9通过管道相连，汽轮机7汽水系统循环过程含盐量会逐步升高，为了避免汽轮机7结垢等需要进行排污，通过开启结晶反应器10与矿井浓水池9连接管道上的第二阀门23可以将经汽轮机7汽水循环过程中的含盐水排放到浓水池9中统一处理，确保汽轮机7汽水循环系统含盐量不超标。

[0027] 工作过程是：采用风力发电1和光伏发电2作为熔盐加热器3和制氢装置12的动力来源，矿井水处理产生的浓盐水进入浓水池9内，浓水池9内的浓盐水通过管道进入结晶反应器10内，结晶反应器10产生的蒸馏水经管道进入蒸馏水池11，蒸馏水池11内的蒸馏水通过管道进入制氢装置12、制氢装置12产生的氢气进入氢气储罐13后分别进入两个流经，其中一个流经是与瓦斯储罐15内的瓦斯一起进入瓦斯发电机16掺混燃烧，燃烧后的部分无害气体排入大气中，另一部分与碳捕集装置17通过管道连接，经过处理后的CO2经泵送到矿井防灭火系统，充分利用液态CO2惰性、窒息性和低温吸热的特性，达到降温防灭火的目的，有效防止煤层自燃；经氢气储罐13后另一流经为连接发电机8对发电机8进行冷却，氢气密度小，导热性强，能大大降低了发电机8内部摩擦损耗，提高发电机效率。

[0028] 实施例1

[0029] 本发明的基于矿井水制氢的瓦斯减碳处理系统，包括结晶反应器10，结晶反应器10输出端通过管道分别连通有浓水池9、蒸馏水池11和加热装置22，结晶反应器10输入端通过管道连接有汽轮机7；汽轮机7通过轴连接有发电机8，加热装置22输出端与汽轮机7连接；
蒸馏水池11输出端通过管道依次连接有制氢装置12和氢气储罐13，氢气储罐13输出端通过管道分别连接有瓦斯发电机16和发电机8，瓦斯发电机16输出端连接有碳捕集装置17，瓦斯发电机16通过管道连接有瓦斯储罐15。

[0030] 对矿井浓盐水的处理过程为：来自煤矿井底的矿井排水经水处理后产生的浓盐水储存于浓水池9中，矿井浓盐水通过管道流入结晶反应器10内，汽轮机7的抽汽为蒸发结晶反应器10结晶蒸发提供所需能量，蒸发结晶反应器10产生的蒸馏水经管道进入蒸馏水池11，蒸馏水池11与制氢装置12相连，电解水产生氢气，氢气经过管道存入氢气储罐13内，氢气储罐13内的氢气用于两部分，一部分用于发电机8来冷却发电机，另一部分进入瓦斯发电机16掺混燃烧；利用光力发电1和风伏发电2所发绿电将矿井浓盐水制氢，实现了矿井浓盐水的减量资源化就地消纳，既解决了大量矿井排水无处去的问题，又将煤矿水处理与新能源消纳、瓦斯发电等有机结合起来，实现了矿区多流程协同减碳。

[0031] 实施例2

[0032] 本发明的基于矿井水制氢的瓦斯减碳处理系统，包括结晶反应器10，结晶反应器10输出端通过管道分别连通有浓水池9、蒸馏水池11和加热装置22，结晶反应器10输入端通过管道连接有汽轮机7；汽轮机7通过轴连接有发电机8，加热装置22输出端与汽轮机7连接；
蒸馏水池11输出端通过管道依次连接有制氢装置12和氢气储罐13，氢气储罐13输出端通过管道分别连接有瓦斯发电机16和发电机8，瓦斯发电机16输出端连接有碳捕集装置17，瓦斯发电机16通过管道连接有瓦斯储罐15。

[0033] 对矿井瓦斯处理过程为：通过对矿井水处理得到蒸馏水，并对蒸馏水电解产生氢气，将氢气存入氢气储罐13内；矿井的瓦斯与氢气储罐13内的氢气一起输送至瓦斯发电机16内进行燃烧，经过燃烧后产生大量的CO2通过管道被传送到碳捕集装置17内，接着被CO2输送泵19输送至矿井灭火系统，氢气点火能小，极易点燃，着火极限范围空气中为4％～75％，与瓦斯掺混燃烧有助于强化燃烧过程，燃烧后产生的烟气中主要是CO2和水，掺混燃烧能降低瓦斯中CO2原始排放浓度。同时，将碳捕集装置17捕集提纯后的高浓度CO2回用于煤矿防灭火系统，大幅降低排放到环境中的二氧化碳量，实现了瓦斯燃烧过程降碳与煤矿安全开采的有机结合。经瓦斯发电机16内进行燃烧产生的净烟气通过排放管21排放在空气中，瓦斯发电机16与碳捕集装置17连接的管道上设有第一阀门20，所述第一阀门20控制瓦斯发电机
16出口进入碳捕集装置17中的CO2的流量。

[0034] 实施例3

[0035] 本发明的基于矿井水制氢的瓦斯减碳处理系统，包括结晶反应器10，结晶反应器10输出端通过管道分别连通有浓水池9、蒸馏水池11和加热装置22，结晶反应器10输入端通过管道连接有汽轮机7；汽轮机7通过轴连接有发电机8，加热装置22输出端与汽轮机7连接；
蒸馏水池11输出端通过管道依次连接有制氢装置12和氢气储罐13，氢气储罐13输出端通过管道分别连接有瓦斯发电机16和发电机8，瓦斯发电机16输出端连接有碳捕集装置17，瓦斯发电机16通过管道连接有瓦斯储罐15。

[0036] 对矿井浓盐水和瓦斯的处理过程为：来自煤矿井底的矿井排水经水处理后产生的浓盐水储存于浓水池9中，矿井浓盐水通过管道流入结晶反应器10内，汽轮机7抽汽为结晶反应器10结晶蒸发提供所需能量，蒸发结晶反应器10产生的蒸馏水经管道进入蒸馏水池11，蒸馏水池11与制氢装置12相连，进行电解水反应产生氢气，氢气经过管道存入氢气储罐
13内，氢气储罐13内的氢气用于两部分，一部分用于发电机8来冷却发电机，另一部分先保存在氢气储罐13内，煤矿煤层中的瓦斯经瓦斯抽采泵站14进入瓦斯储罐15中储存，瓦斯储罐15中的瓦斯与氢气储罐13中的氢进入瓦斯发电机16掺混燃烧，经过燃烧后产生的净烟气通过排放管21排放到大气中，经过燃烧后产生的CO2经打开的第一阀门20进入到碳捕集装置17内，经过捕集提纯后的CO2输送到CO2储罐18，接着被CO2输送泵19输送至矿井灭火系统用于井下防灭火，其中，第一阀门20控制瓦斯发电机16出口进入碳捕集装置17中的CO2的流量。