[發明專利]一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法

有效

• 申請號: 201110440862.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102533367A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王義;張建祥;趙海龍;于建濤;常俊石;劉雪飛
• 申請（專利權）人: 新地能源工程技術有限公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

技術領域

本發明涉及瓦斯氣處理領域和能源利用領域，尤其涉及一種瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法。

背景技術

瓦斯氣是指在煤炭開采過程中，出于采煤安全考慮，采用井下抽采技術，從礦井下抽采出來的煤層氣。由于在抽排過程中摻進大量空氣，一般甲烷體積濃度≤40％，而氧氣體積濃度最高可達到15％左右。瓦斯氣的燃燒產物為水和二氧化碳，不會對環境造成污染，被世界公認為是一種優質的清潔能源。

在我國，目前大多數瓦斯氣只能就地作為民用燃料使用，而絕大部分被燃燒放空，據統計，我國每年由于采煤排放出的瓦斯氣多達200億m³，占全球煤礦開采向大氣排放CH₄總量的1/3，造成極大的能源浪費；同時，瓦斯氣中的甲烷作為一種重要的溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍，其直接排入空中極大程度加劇全球溫室效應。因此，合理利用瓦斯氣是解決我國能源緊張和分布不平衡、減輕環境壓力、減緩溫室效應的重要手段。

瓦斯氣利用的關鍵就是脫氧，即將瓦斯氣中的氧氣含量脫除至一個安全的范圍后(體積濃度≤0.5％)再進行綜合利用。但是由于瓦斯氣是高濃度的可燃氣體甲烷與高濃度氧氣的混合氣，采用物理方法脫氧具有很大的危險性。目前，比較安全而且有效的脫氧方式就是瓦斯氣的燃燒脫氧，尤其是催化燃燒脫氧，即在催化燃燒催化劑作用下，瓦斯氣中的甲烷和氧氣發生的甲烷無火焰燃燒的反應。

該反應的主要反應為CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O?ΔH^Θ＝-890.31KJ/mol，從熱力學過程可得知，該反應屬于強放熱反應。據計算，氧氣體積濃度10％左右的瓦斯氣，每反應1％體積濃度的氧氣，其系統絕熱溫升為85℃左右。為了防止催化劑床層和反應器在高溫下被燒壞，同時也為了限制甲烷在高溫條件下的裂解，在做瓦斯氣催化燃燒脫氧反應時，一般要求入口處氧含量≤4％(體積％)。對于高于4％氧含量的瓦斯氣，一般采用將產品氣作為循環氣摻入原料氣中，達到降低氧含量的目的。對于瓦斯氣脫氧來說，循環過程中的能耗是整個工藝的主要能耗來源。瓦斯氣中氧含量越高，循環比越大，循環氣量也越大，循環壓縮機能耗就越大；同時氣量大，也導致循環機、換熱器以及管道的尺寸加大，增加了投資。

因此，化學工作者們一直在致力于尋求一種適合用于處理高氧含量瓦斯氣的瓦斯氣脫氧的新工藝及系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種適合用于處理高氧含量瓦斯氣的瓦斯氣脫氧的新系統及方法。為此，本發明的發明人進行了深入研究并提供了如下各個方面：

<1>.一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統，所述系統包括：用于進行瓦斯氣脫氧反應的脫氧反應器，所述脫氧反應器通過循環壓縮機建立循環圈，其中循環壓縮機與系統接通的狀態是可調節的；

用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置；和

連接在所述循環圈后的精脫氧塔，用于補充進行氧氣脫除。

<2>.根據<1>所述的系統，其中所述系統還包括：在接通循環壓縮機的情況下，向瓦斯原料氣中補充循環氣的機構。

<3>.根據上述任一項所述的系統，其中所述循環氣是通過如下過程引入到脫氧反應器入口的：來自脫氧反應器出口的氣體經過廢熱鍋爐和原料氣預熱器換熱，將溫度降至300℃以下后，通過脫鹽水預熱器和循環氣冷卻器換熱后，將溫度降至40℃以下，氣體經過水分離罐汽水分離后，通過循環機送入脫氧反應器入口。

<4>.根據上述任一項所述的系統，其中所述系統還包括：連接在所述系統中的用于廢熱回收的蒸汽過熱器、廢熱鍋爐和預熱器中的一項或多項。

<5>.根據上述任一項所述的系統，其中所述脫氧反應器由2個串聯連接的脫氧反應器構成。

<6>.根據上述任一項所述的系統，其中所述用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置對處于工藝最上游的脫氧反應器中的第一脫氧反應器供給水蒸氣。

<7>.一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的方法，所述方法包括：向脫氧反應器內補充水蒸氣作為惰性氣體；在脫氧反應器中對瓦斯氣進行脫氧，在此脫除大量氧氣；在精脫氧反應器中進行補充氧氣脫除。

<8>.根據<7>所述方法，其中，相對于所述瓦斯原料氣總體積，作為惰性氣體的水蒸氣的加入量為10～100體積％，優選20～60體積％。