[發(fā)明專利]以惰性物料控溫的煤層氣脫氧裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010961411.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN114181748A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦強(qiáng);張進(jìn)華;劉書賢;何立新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號(hào): C10L3/10
• 分類號(hào): C10L3/10
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 趙東方;周春雨

本發(fā)明屬于煤層氣脫氧和瓦斯治理利用領(lǐng)域，公開了一種以惰性物料控溫的煤層氣脫氧裝置及方法，裝置包括惰性物料料倉(cāng)、流化床反應(yīng)器和氣固分離器；惰性物料料倉(cāng)具有用于投放惰性蓄熱物料的入口端，惰性物料料倉(cāng)的出口端連接至流化床反應(yīng)器的第一入口端，流化床反應(yīng)器具有用于投放脫氧劑的第二入口端，流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接至含氧煤層氣的輸送管道，流化床反應(yīng)器的出口端連接至氣固分離器的入口端，氣固分離器的出氣口連接至脫氧煤層氣收集管道，氣固分離器的固態(tài)物出口端連接至惰性物料回收管道，惰性物料回收管道具有至少一個(gè)出口端。本發(fā)明可有效脫除煤層氣中的氧氣，脫氧反應(yīng)可在低溫下穩(wěn)定運(yùn)行，極大地減少甲烷的損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤層氣脫氧和瓦斯治理利用領(lǐng)域，具體地，涉及一種以惰性物料控溫的煤層氣脫氧裝置及方法。

背景技術(shù)

煤層氣是與煤伴生的非常規(guī)天然氣資源，其中含有大量CH₄。煤層氣開采方式分為地面抽采、井下抽放和乏風(fēng)瓦斯。地面抽采的煤層氣CH₄濃度多在90％以上，可以直接進(jìn)入天然氣管道或就地生產(chǎn)LNG/CNG。乏風(fēng)瓦斯中CH₄濃度多在0.75％以下，利用難度大，經(jīng)濟(jì)性較差，目前主要以保障煤礦安全排空為主。井下抽放的煤層氣CH₄濃度波動(dòng)較大，處于10％～60％，有較高利用價(jià)值，但由于開采過(guò)程中混入空氣，含有大量的O₂，給后續(xù)利用帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患和困難。

目前，我國(guó)每年井下抽放的煤層氣接近130億m³，利用率僅有38％左右(參考2017年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公開數(shù)據(jù))，約有80億m³排放到大氣中沒有得到合理利用。這部分煤層氣中CH₄含量較高，不僅造成巨大的能源浪費(fèi)，同時(shí)由于CH₄的溫室效應(yīng)是CO₂的21倍，還帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

井下抽采的煤層氣中甲烷和氧氣共存，具有易燃易爆屬性，所以在煤層氣利用之前需脫除其中的氧氣或者將氧氣含量降至安全限值以下。燃燒法是煤層氣化學(xué)脫氧方法之一，該方法利用脫氧劑中的炭?jī)?yōu)先于甲烷與氧氣進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫氧的目的。

目前尚沒有已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用且技術(shù)成熟的煤層氣脫氧工藝，現(xiàn)有煤層氣利用工業(yè)化示范案例多采用變壓吸附工藝脫氧，該工藝只針對(duì)甲烷含量30％以上的中高濃度煤層氣，且在變壓吸附過(guò)程中，吸附床層內(nèi)部容易穿透爆炸極限，具有一定的安全隱患。具體地，其中一種固定流化床脫氧方式的脫氧反應(yīng)器單純采用外壁水夾套散熱，很難有效控制溫度，反應(yīng)溫度偏高，容易局部過(guò)熱，使甲烷容易燃燒和裂解；另外，采用焦炭作為脫氧劑，成本較高。另一種二次循環(huán)流化床脫氧工藝采用長(zhǎng)焰煤為脫氧劑，揮發(fā)分較高，容易產(chǎn)生焦油類物質(zhì)，需增加凈化裝置，否則會(huì)影響脫氧反應(yīng)器的正常運(yùn)行；循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)脫氧劑和氧氣反應(yīng)時(shí)沒有換熱介質(zhì)，無(wú)法保證在低溫下處于穩(wěn)定反應(yīng)狀態(tài)，易出現(xiàn)反應(yīng)溫度逐步升高使熱量集聚而出現(xiàn)飛溫，導(dǎo)致甲烷燃燒和裂解，甲烷損失較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以惰性物料控溫的煤層氣脫氧裝置及方法，采用循環(huán)流化床原理，利用高活性可燃物脫氧劑和含氧煤層氣進(jìn)行氣固兩相流化脫氧反應(yīng)，在反應(yīng)溫度控制合適的條件下，脫氧劑中的碳優(yōu)先于甲烷與煤層氣中的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，從而達(dá)到脫氧目的；采用大比熱惰性蓄熱物料換熱介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)換熱，可防止反應(yīng)器溫度過(guò)高出現(xiàn)飛溫導(dǎo)致甲烷燃燒和裂解，使脫氧反應(yīng)器在相對(duì)低溫下保持穩(wěn)定運(yùn)行；惰性蓄熱物料換熱可產(chǎn)生高溫蒸汽，經(jīng)脫氧后的煤層氣進(jìn)一步經(jīng)脫硫凈化后，可變壓吸附分離制得天然氣，也可分離出雜質(zhì)氣體后作為固體燃料電池的原料氣使用。該脫氧方案工藝先進(jìn)，可有效脫除井下抽采的煤層氣中的氧氣，消除利用的安全隱患，同時(shí)脫氧反應(yīng)可在低溫下穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)使發(fā)生甲烷燃燒和裂解，極大地減少甲烷的損失。