[發(fā)明專(zhuān)利]一種低濃度含氧煤層氣的脫氧方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510039710.X
• 申請(qǐng)日: 2015-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104629842B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建濤;方惠斌;張磊;黃戒介;張永奇;房倚天;王建國(guó);王洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C10L3/10
• 分類(lèi)號(hào): C10L3/10
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專(zhuān)利代理有限公司14101
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低濃度含氧煤層氣的脫氧方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

天然氣作為一種清潔、高效、低碳資源，在未來(lái)中國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中將大幅上升，但我國(guó)天然氣的產(chǎn)量和儲(chǔ)量遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此，非常規(guī)天然氣(煤層氣、頁(yè)巖氣)的開(kāi)發(fā)利用，對(duì)增加能源供應(yīng)，減小環(huán)境污染，保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

煤層氣是與煤炭伴生的甲烷氣體，我國(guó)是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，煤炭開(kāi)采過(guò)程中，排放大量的煤層氣，不僅浪費(fèi)了資源，同時(shí)也加重了大氣的溫室效應(yīng)，造成環(huán)境污染。

煤層氣的開(kāi)采方式可分為煤炭采前區(qū)的開(kāi)采、采動(dòng)區(qū)的開(kāi)采和采空區(qū)的開(kāi)采。隨著煤炭開(kāi)采程度的加深，老礦區(qū)的采空區(qū)逐漸增多，采空區(qū)煤層氣中一般混合一定濃度的空氣，氧氣含量可達(dá)2％以上，而且隨著開(kāi)采程度的加深，氧氣含量還可能繼續(xù)增加。為克服安全隱患，含氧煤層氣需脫除氧氣，才能送入后系統(tǒng)，經(jīng)壓縮、分離、低溫液化，生產(chǎn)壓縮天然氣(CNG)或液化天然氣(LNG)，作為汽車(chē)或民用燃料。

目前，脫除煤層氣中氧氣的方法主要有低溫催化燃燒法、焦炭燃燒脫氧法等。從各種方法的比較看，催化氧化脫氧方法利用了氣體中固有的甲烷和氧氣，不需添加其它物料，而且可以回收廢熱副產(chǎn)蒸汽，具有工藝簡(jiǎn)單、脫氧程度高、條件溫和、氣體后處理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

含氧煤層氣的催化脫氧工藝包括絕熱固定床工藝、等溫固定床工藝和流化床工藝。含氧煤層氣的催化脫氧反應(yīng)是甲烷在貧氧條件下的低溫完全燃燒過(guò)程，甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol，脫氧過(guò)程放出大量的反應(yīng)熱。為了保證反應(yīng)的活性和選擇性，防止催化劑燒結(jié)，必須控制催化劑床層在合適的反應(yīng)溫度，移出反應(yīng)熱。專(zhuān)利CN101139239A、CN101613627A公開(kāi)了采用絕熱固定床反應(yīng)器，循環(huán)部分脫氧冷卻后的富甲烷氣體的方法，以控制催化劑床層的反應(yīng)溫度、防爆，完成脫氧過(guò)程。專(zhuān)利CN102921355A、CN102430367提出了采用水或熔鹽換熱的等溫固定床反應(yīng)器，該工藝的換熱系統(tǒng)復(fù)雜，但可有效保護(hù)催化劑，防止床層飛溫。專(zhuān)利CN102517109A公開(kāi)了一種含氧煤層氣的流化床脫氧方法和設(shè)備，處理能力大、操作簡(jiǎn)便，適合處理含氧量5-15％的含氧煤層氣。

煤礦采空區(qū)抽采的礦井煤層氣含氧量較低(1-4％)，而且單井產(chǎn)量小，交通不便，需要一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的脫氧方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種安全性好、脫氧效果好、投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低的低濃度含氧煤層氣的脫氧方法及設(shè)備。

本發(fā)明提出的一種低濃度含氧煤層氣的脫氧方法是由列管式固定床脫氧反應(yīng)器、脫氧后的熱氣體與冷的含氧煤層氣進(jìn)行換熱的預(yù)熱器、脫氧煤層氣冷卻器組成。在列管式固定床催化脫氧反應(yīng)器內(nèi)填充粒徑2-6mm的脫氧催化劑，控制操作壓力0-0.4MPa、脫氧反應(yīng)溫度300-650℃、氣體體積空速2000-20000h^-1，催化煤層氣中的甲烷和氧進(jìn)行低溫燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳和水，降低煤層氣中的氧含量至0.2％(vol)以下,脫氧后的熱氣體進(jìn)入預(yù)熱器與冷的含氧氣體換熱，回收熱量并初步預(yù)熱煤層氣至150-450℃，最后進(jìn)入冷卻器冷卻至50℃以下，脫水后，進(jìn)入煤層氣輸送管路。

本發(fā)明提出的一種用于低濃度含氧煤層氣脫氧的固定床催化脫氧反應(yīng)器，在進(jìn)行催化脫氧反應(yīng)的同時(shí)具有換熱器的作用。含氧煤層氣在催化劑列管內(nèi)脫氧反應(yīng)放出的熱量導(dǎo)致催化劑床層溫度升高，高溫床層與管間的低溫未反應(yīng)氣體進(jìn)行熱交換，一方面維持催化劑劑床層在合適的溫度范圍內(nèi)，避免催化劑的高溫?zé)Y(jié)失活，另一方面進(jìn)一步預(yù)熱管間氣體至脫氧反應(yīng)的起燃溫度以上，從列管下部進(jìn)入催化劑床層。固定床反應(yīng)器的管間布置多塊折流擋板起到強(qiáng)化床層和管間氣體熱交換的作用。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

(1)系統(tǒng)低溫啟動(dòng)：首先利用煤層氣或電加熱烘爐，預(yù)熱固定床脫氧反應(yīng)器至300-500℃，即甲烷催化氧化的起燃溫度以上；

(2)含氧煤層氣經(jīng)阻火器、預(yù)熱器和預(yù)熱器旁路，從固定床脫氧反應(yīng)器上部的含氧煤層氣進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器，沿?fù)醢逑蛳抡哿髁鲃?dòng)，從列管下部列管氣體進(jìn)口進(jìn)入含有脫氧催化劑的列管中進(jìn)行脫氧反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度350-650℃，操作壓力0-0.4MPa，氣體體積空速2000-20000h^-1，熱的脫氧煤層氣從固定床脫氧反應(yīng)器頂部的脫氧煤層氣出口流出反應(yīng)器；