[發明專利]一種煤礦區煤層氣催化脫氧工藝

有效

• 申請號: 200910058610.6
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101508924A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 陶鵬萬;王曉東;曾健;黃維柱;廖炯
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 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

本發明涉及煤礦區煤層氣利用技術領域，尤其是一種煤礦區煤層氣的催化 脫氧工藝。

背景技術

我國煤層氣資源豐富，預測資源量約為31萬億m³，是世界煤層氣第三儲 量國，在煤炭開采中，每年要向大氣中排放大量的煤層氣，污染了大氣環境。

煤礦區煤層氣是富含甲烷的氣體，是一種清潔燃料。隨著世界能源的緊張 趨勢及環境問題的突出，對煤層氣的利用也愈加重視。目前，我國煤層氣大量 是井下抽取的，主要保證安全生產。其排放得到的煤層氣(CMM)甲烷含量不 高，僅30％-60％(體積百分數)，且隨開采環境的變化而發生波動。

對于大量中等甲烷含量(30％-60％)的煤層氣，通常可以作民用燃料、 公用事業用氣和發電。由于民用有限，發電效率較低，所以抽出的煤層氣大都 排入大氣，既浪費了資源，又污染了環境。

為了擴大此類煤層氣的其它用途，需要提高甲烷濃度，無論是變壓吸附法， 還是低溫分離濃縮，由于煤層氣中氧的濃度高，在濃縮之前必須脫除氧，以排 除爆炸危險。而脫氧工藝流程的配置方法是脫氧工藝的關鍵之一。

采用催化脫氧是一種有效的脫氧方法。其主要反應式為：

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

該反應是強放熱反應，溫升大。據推算含50％甲烷以下的煤層氣，每脫除 1％氧溫升85℃以上，視煤層氣中氧含量而定，氧含量愈高溫升愈大。如含10％ 氧的煤層氣一次通過反應，溫度將高達1000℃以上，使甲烷大量裂解，造成甲 烷損失。

發明內容

本發明的目的是提供一種煤礦區煤層氣催化脫氧工藝，利用該工藝使脫氧 反應器出口氣體溫度控制在660℃以下，同時使循環壓縮功耗大大降低。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種煤礦區煤層氣催化脫氧工藝，采用多級反應器(即脫氧反應器)進行 多級催化脫氧反應，控制每一級反應器的入口氣體溫度及入口氣體中O₂含量， 使催化脫氧反應后每一級反應器的出口氣體溫度均≤660℃。

優選的方案，可控制每一級反應器的入口氣體中O₂含量≤3.5％；可選用的 控制方法如下：

(1)第一級反應器的入口氣體控制：

采用部分已經脫氧并冷卻后的氣體(產品氣)作為返回氣加入到原料煤礦 區煤層氣中，稀釋至其中O₂含量≤3.5％；

(2)其它各級反應器(第一級反應器除外)的入口氣體控制：

將原料煤礦區煤層氣加入到前一級催化脫氧反應并冷卻后的氣體(即從前 一級反應器出口出來的氣體)中，加入原料煤礦區煤層氣的量以使加入后其中 O₂含量≤3.5％為宜。

進一步優選的，可將前一級催化脫氧反應后的氣體(由于在反應器中發生 催化脫氧反應，反應后氣體溫升大)用水冷卻并產生蒸汽(蒸汽壓力可達3.4 MPa以上)，依靠控制冷卻后的氣體溫度使其與原料煤礦區煤層氣混合后的溫度 達到脫氧催化劑起始溫度330℃±10℃，再進入相應級的反應器中進行催化脫 氧反應。

上述催化脫氧反應工藝中采用的多級反應器，可優選為2-4級。

各級反應器中，用于催化脫氧反應的催化劑可選用各種常用的煤層氣脫氧 催化劑，如各種錳系脫氧催化劑等。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：目前尚無專用的煤層氣脫氧工業 裝置，通過本發明的脫氧工藝，與采用單個反應器相比，可使作為返回氣用于 稀釋原料煤層氣中O₂含量的產品氣量大大降低，從而降低了能耗；同時能有效 的控制脫氧反應器出口的氣體溫度在溫度為660℃以下，可減少甲烷裂解，降 低甲烷損失量。

附圖說明

圖1是本發明實施例1煤礦區煤層氣的2級催化脫氧反應工藝流程示意圖；

圖2是本發明實施例2煤礦區煤層氣的3級催化脫氧反應工藝流程示意圖；

圖3是本發明實施例3煤礦區煤層氣的4級催化脫氧反應工藝流程示意圖。

圖1-3中，R1-R4為第一級至第四級反應器，B1-B4是蒸汽鍋爐，E1和E2 是換熱器，P是壓縮機，0為原料煤層氣，1-21為不同段的管線。

具體實施方式