[發(fā)明專利]一種二級流化床煤層氣非催化脫氧工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210133671.6
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102719290A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永發(fā);熊小晉;劉俊;趙鈺瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤層氣脫氧方法，具體是涉及一種二級流化床煤層氣非催化脫氧工藝。

背景技術(shù)

煤層氣屬于非常規(guī)天然氣，即煤在形成和演化過程中生成的、沒有經(jīng)過運(yùn)移、以吸附狀態(tài)存在于煤層內(nèi)的天然氣。煤層氣的主要成份為甲烷（CH₄）、氮?dú)夂脱鯕猓且环N清潔和高熱值的能源。由于煤層氣通常不含硫、苯、汞、鉛等可致癌的有毒物，所以煤層氣可以替代常規(guī)天然氣作為一種高熱值、無污染的優(yōu)質(zhì)清潔能源，用作發(fā)電燃料、工業(yè)燃料、車用燃料、化工原料和居民生活燃料。目前，對于CH₄含量在60%以上的煤層氣，利用技術(shù)比較成熟；而CH₄濃度相對比較低且混入空氣的煤層氣-煤層氣抽放氣利用技術(shù)相對比較少，煤層氣中的氧使得煤層氣的利用存在爆炸危險(xiǎn)，通常只能就地使用，或被燃燒放空。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年我國從采煤行業(yè)排放的CH₄達(dá)194億m³,這樣造成了極大的資源浪費(fèi)。此外，CH₄的溫室效應(yīng)是CO₂的21倍，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。因此，如果能將這種中、低濃度的含氧煤層氣提純，將具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

煤層氣抽放氣（含氧煤層氣）利用的關(guān)鍵是開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的脫氧技術(shù)，目前的脫氧技術(shù)主要有兩種：一種是物理脫氧，包括低溫深冷，變壓吸附、膜分離以及氣體磁力分離法等；一種是化學(xué)脫氧，包括催化法脫氧和焦炭燃燒法脫氧。

低溫深冷技術(shù)的原理是雙級精餾。其流程是：原料氣首先進(jìn)入制冷系統(tǒng)逐步降溫直至部分組分變?yōu)橐后w，進(jìn)入氣液分離器分離為尾氣和液態(tài)粗產(chǎn)品。根據(jù)需要，尾氣進(jìn)入下一級進(jìn)行進(jìn)一步的分離或返回制冷系統(tǒng)回收冷量，液態(tài)粗產(chǎn)品直接輸出或適當(dāng)增壓后進(jìn)入氣提塔，進(jìn)一步獲得更純的液態(tài)產(chǎn)品(塔頂氣體則并入氣液分離器尾氣)。低溫分離的特點(diǎn)是：通過適當(dāng)流程，可以實(shí)現(xiàn)在氣態(tài)物料中高沸點(diǎn)的被分離組分連續(xù)逐步減少，轉(zhuǎn)變?yōu)楹头悬c(diǎn)成份的液態(tài)，而更低沸點(diǎn)組份的總量則基本不變。公開號為CN101531560A公開了“一種以低溫液化分離從含氧煤層氣中提純甲烷的方法”，其所述方法步驟是：首先對含氧煤層氣的原料氣進(jìn)行降溫，再將降溫后的含氧煤層氣進(jìn)行精餾處理，即得分離提純的甲烷。

變壓吸附（PSA）技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸收為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組分、不易吸附低沸點(diǎn)組分和高壓下吸附量增加（吸附組分）、減壓下吸附量減少（解析組分）的特性，將原料氣在高壓力下通過吸附劑床層，高沸點(diǎn)雜質(zhì)組分被選擇性吸附，低沸點(diǎn)組分不易吸附而通過吸附劑床層，達(dá)到雜質(zhì)組分的分離，然后在減壓下解吸被吸附的組分使吸附劑獲得再生，再次進(jìn)行吸附分離雜質(zhì)。通常的變壓吸附工藝由一系列裝有吸附劑的塔組成，其中每個塔都必須經(jīng)歷吸附，壓力均衡，順向減壓，逆向減壓，沖洗，一次沖壓，二次沖壓等七個步驟。該工藝所用的吸附劑可以是硅膠、氧化鋁，A型、X型分子篩、活性碳或碳分子篩。但其關(guān)鍵是吸附劑對甲烷的吸附能力必須高于瓦斯氣中其他組分（除水外），還要求甲烷和氮有較大的分離系數(shù)，同時甲烷又能很容易地從吸附劑中脫附出來。此發(fā)明的主要問題是加壓過程中存在爆炸的危險(xiǎn)。

膜分離法脫氧具有不發(fā)生相態(tài)變化、設(shè)備簡單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。公開號為CN1799679A公開了一種“變壓吸附和膜分離技術(shù)”，是實(shí)現(xiàn)煤層氣濃縮CH₄和回收N₂綜合利用的方法。其膜分離工藝參數(shù)如下：膜孔徑為＜0.01μm,高壓與低壓比為＞4，原料氣壓力＞200Pa,原料氣溫度＜25℃，通過膜吸附和變壓吸附，獲得CH₄的含量達(dá)到50-95%。該工藝的缺點(diǎn)是：氣體各組分對薄膜的滲透能力不同，其滲透量與各組分滲透系數(shù)、滲透膜面積以及膜兩側(cè)的氣體組分的分壓差有關(guān)，在分離中會造成產(chǎn)品氣的損失。而且甲烷爆炸極限隨著壓力增高急劇擴(kuò)大，進(jìn)一步凸顯該技術(shù)的安全問題。

氣體磁力分離法，該方法的原理是：煤層氣中氧氣具有順磁性能被磁場吸引，而其中的甲烷、二氧化碳和氮?dú)獾染哂锌勾判阅鼙淮艌雠懦狻Ｍㄟ^利用交變梯度磁場把氧氣從煤層氣中脫除去。但是此技術(shù)目前仍然處于研究階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有較長的距離。

催化燃燒法的原理是：甲烷在催化劑作用下與煤層氣中的氧進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，達(dá)到脫氧的目的，其主要反應(yīng)如下：?