[發明專利]富含甲烷氣體的耐硫催化脫氧工藝

有效

• 申請號: 200710049962.6
• 申請日: 2007-09-06
• 公開（公告）號: CN101139239A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 胡善霖;陳耀壯;廖炯;曾健;雷菊梅;馬磊
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院
• 主分類號: C07C9/04
• 分類號: C07C9/04;C07C7/148;B01J23/34
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉明芳;吳彥峰

技術領域

本發明屬于氣體脫氧技術領域，特別涉及一種富含甲烷氣體的耐硫催化脫氧工藝。

背景技術

富含甲烷的氣體主要有煤層氣(俗稱瓦斯)、垃圾填埋氣等，其主要成分均為甲烷。

煤層氣大量存在于煤層中，屬于非常規天然氣；是造成煤礦井下事故的主要原因之一。實際上煤層氣是一種熱值高，無污染的新能源，可作為發電燃料、工藝燃料、化工原料和居民生活燃料等。我國每年向大氣排放煤層氣約300億立方米，造成巨大的環境壓力和資源浪費。對煤層氣合理綜合利用，可以彌補我國能源短缺。同時煤層氣的回收利用還有助于保護環境，甲烷的溫室效應是CO₂的20倍以上，大量的煤層氣排入大氣加劇了全球溫室效應。因此，煤層氣的低利用率既造成了資源的極大浪費，又加重了環境污染。

化學工業部西南化工研究院于1985年申請的中國專利ZL85103557“變壓吸附法富集煤礦瓦斯氣中甲烷”，公開了一種利用變壓吸附法從煤層氣中分離富集甲烷的方法。一般情況下，甲烷在濃縮提純過程中排放廢氣的氧含量也被濃縮提高，由于廢氣中不可避免的含有5～15％的甲烷，致使排放的廢氣處于甲烷的爆炸極限范圍，在排放廢氣管內，始終存在著爆炸的危險，這使得該技術的應用受到了限制，因而在煤層氣綜合利用前進行脫氧處理是十分必要的。

目前可采用的煤層氣脫氧方法主要有催化脫氧法(ZL02113628.9)和焦炭脫氧法(ZL02113627.0、200610021720.1)等，此兩種方法均可有效的將煤層氣中的氧含量降至0.5％以下，以保證后續工藝提濃過程的安全操作。

中國專利ZL02113628.9“生產甲醇用煤礦瓦斯氣的催化燃燒脫氧工藝方法”中所使用的催化劑為Pt或Pd等貴金屬催化劑，此類催化劑的優點在于催化活性高，反應溫度較低，脫氧后氣體中的氧可以基本除盡，工藝操作簡便，設備簡單，便于自動控制。不足之處是催化劑價格昂貴，同時由于富含甲烷氣體中含有硫化物，而硫對貴金屬有毒害作用從而造成催化劑失活，因此在脫氧前要先進行脫硫再進行脫氧反應，這樣造成了脫氧成本增大，致使煤層氣催化脫氧處理費用較高。

煤層氣焦炭法脫氧(ZL02113627.0、200610021720.1)是在高溫條件下，富含甲烷氣體中的氧與焦炭反應，同時部分甲烷與氧反應從而達到脫氧的目的。焦炭法脫氧的優點在于約70％的氧與焦炭反應，30％的氧與甲烷反應，因此甲烷的損失較小。該法的處理費用比貴金屬催化脫氧法要低。但缺點在于此法要消耗寶貴的焦炭資源，焦炭的消耗成本約為整個運行費用的50％左右。另外焦炭法脫氧其加焦、出渣勞動強度大，環境灰塵較大，且焦炭中帶有多種形態的硫化物。

垃圾填埋氣等也是富含甲烷的氣體，其甲烷含量與煤層氣中的甲烷含量相近，其硫含量則因填埋垃圾不同所產生的硫含量也不同，但一般硫含量不超過40mg/m³。在垃圾填埋氣等富含甲烷氣體的綜合回收處理利用中，也需要進行脫氧處理，由于其成分與煤層氣相近，其脫氧處理與煤層氣脫氧工藝相近。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的富含甲烷氣體的催化脫氧工藝，即富含甲烷氣體的耐硫催化脫氧工藝，該方法采用更為經濟的新催化劑，使富含甲烷氣體無需進行先脫硫，可直接進入脫氧反應器中脫氧，從而降低處理費用，并簡化工藝步驟。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

富含甲烷氣體的耐硫催化脫氧工藝：將煤層氣等富含甲烷氣體的原料氣通過預熱器預熱后直接進入脫氧反應器中(不需預先脫硫)，在常壓或低壓(常壓～0.5Mp)和500～750℃溫度條件下，反應空速為1000～3000h^-1，在催化劑床層中，富含甲烷氣體中的甲烷與氧反應生成二氧化碳和水，同時少量的甲烷發生裂解產生炭和氫氣，裂解產生的炭和氫氣又與氧反應，從而達到有效除去富含甲烷氣體中氧的目的。

脫氧過程中所用的催化劑為錳系耐硫脫氧催化劑，由活性組分、支撐擔體和粘結劑組成；其中的活性組分為錳的氧化物，可選自二氧化錳、碳酸錳、草酸錳等中的任意一種或幾種；支撐擔體為分子篩或活性氧化鋁，分子篩可選自A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、磷鋁分子篩等中的任意一種或幾種；粘結劑為高鋁水泥或粘土，粘土可選自高嶺土、凹凸棒土、硅藻土、羊甘土等中的任意一種或幾種。

上述錳系耐硫脫氧催化劑中，以活性組分、支撐擔體和粘結劑總重量為100％計，各組分的重量百分比可優選為：活性組分20～80％，支撐單體0～50％，粘結劑20～50％。