一種含氧煤層氣催化脫氧工藝制造技術

一種含氧煤層氣催化脫氧工藝，屬于煤層氣利用技術領域，特別是采用催化脫氧的方法去除含氧煤層氣中的氧。這種含氧煤層氣催化脫氧工藝采用多級反應器進行脫氧反應，根據原料氣氧濃度的不同，前級反應器采用換熱方式將反應熱取走，以維持一定的反應溫度和適當降低反應氣中氧濃度，前級反應器出口溫度控制在400℃以下，后級采用絕熱反應器，出口溫度控制在700℃以下。整個工藝氣體脫氧后不需要循環，從而降低了能耗，同時能夠有效地控制脫氧反應器出口溫度，減少甲烷裂解損失。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種含氧煤層氣催化脫氧工藝，屬于煤層氣利用
，特別是采用催化脫氧的方法去除含氧煤層氣中的氧。
技術介紹
我國是世界煤炭產量最大的國家，煤礦礦井數量也居世界首位，大量的煤礦低濃度瓦斯排放不僅浪費了寶貴的清潔能源資源，同時也加重了全球溫室效應的影響。因此必須結合我國煤炭瓦斯排放的特點，從技術、經濟角度選擇適宜的低濃度瓦斯利用技術，加強我國煤礦抽放瓦斯的資源化利用。其中，抽放煤層氣混摻空氣是我國煤層氣利用中的一個亟待尋求突破的重要環節。 煤層氣提純技術是指將N2或空氣與甲烷分離，使煤層氣中甲烷含量相應增加，從而提高煤層氣的熱值及降低運輸成本。煤層氣提純技術主要包括低溫深冷分離、變壓吸附和膜分離等三種。對于變壓吸附和膜分離，高壓有利于氣體的分離提純。但是，高壓下使含氧甲烷容易爆炸，操作非常危險。因此，一種較為安全的分離提純方案是先脫除煤層氣中的氧再進行提純處理，目前在用的煤層氣脫氧方式主要包括催化脫氧、焦炭脫氧等，其中，催化脫氧工藝的本質是富燃貧氧氣氛下甲烷的催化燃燒，其主要反應式為CH4 + 202 = CO2 + 2H20 該反應是強放熱反應，溫升大，每脫除1%的氧溫升在85°C左右，當煤層氣中氧含量10%時，溫度將達到1000°C以上，使甲烷裂解。因此如何移走反應過程中放出的大量熱，并減少副反應的發生，是該工藝的關鍵所在。目前主要采用部分產品氣循環工藝(如專利CN101139239A)。該工藝需要大量循環產品氣，產品氣的循環消耗了大量的能源，增加了運行費用。因此，針對煤層氣處理量大、壓力低、氧濃度變化頻繁等工藝特點，開發一種更為高效的煤層氣脫氧工藝，降低煤層氣脫氧的操作費用，才有利于煤層氣催化脫氧工藝的推廣和應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種含氧煤層氣脫氧工藝，解決了煤層氣液化、儲運過程中由于氧的存在而導致的安全隱患，通過換熱和去掉產品氣循環的方法，降低煤層氣催化脫氧工藝的運行費用，該工藝可應用于含氧煤層氣脫氧以及其他可燃氣體的催化脫氧過程。本專利技術采用的技術方案是一種含氧煤層氣催化脫氧工藝采用1-3個換熱脫氧反應器、一個絕熱脫氧反應器和一個蒸汽鍋爐串聯連接的催化脫氧裝置，所述換熱脫氧反應器設有獨立的冷卻系統，絕熱脫氧反應器的出口氣在蒸汽鍋爐和產品氣換熱器中換熱后作為產品氣排出，原料氣在產品氣換熱器和第一換熱器中換熱后，進入第一換熱脫氧反應器，第一換熱脫氧反應器的出口氣經第一換熱器換熱后進入下一級換熱脫氧反應器或絕熱脫氧反應器；所述換熱脫氧反應器采用具有較低起活溫度的貴金屬脫氧催化劑或非貴金屬脫氧催化劑，所述絕熱脫氧反應器采用具有高溫穩定性(60(T70(TC)的非貴金屬脫氧催化劑；所述換熱脫氧反應器的入口氣溫度控制在230-330°C之間，出口氣溫度控制在300-400°C之間，所述絕熱脫氧反應器的入口溫度控制在230-330°C之間，出口溫度控制在600-700°C之間。所述催化脫氧裝置采用第一換熱脫氧反應器與絕熱脫氧反應器串聯連接。所述催化脫氧裝置采用第一換熱脫氧反應器(Rl)、第二換熱脫氧反應器與絕熱脫氧反應器串聯連接，在第二換熱脫氧反應器與絕熱脫氧反應器之間設有第四換熱器。所述催化脫氧裝置采用第一換熱脫氧反應器、第二換熱脫氧反應器、第三換熱脫氧反應器與絕熱脫氧反應器串聯連接，在第二換熱脫氧反應器與第三換熱脫氧反應器之間設有第四換熱器，在第三換熱脫氧反應器與絕熱脫氧反應器之間設有第六換熱器。 所述第三換熱脫氧反應器的出口氣采用管道經調節閥與原料氣連通。上述的技術方案采用兩段多級反應器進行脫氧反應，根據原料氣氧濃度的不同，前段反應器采用換熱方式將反應熱取走，以維持一定的反應溫度和適當降低反應氣中氧濃度，前段各級反應器出口溫度控制在400°c以下，后端采用絕熱反應器，出口溫度控制在700°C以下。整個工藝氣體脫氧后不需要循環，從而降低了能耗，同時能夠有效地控制脫氧反應器出口溫度，減少甲烷裂解損失。前段帶換熱的反應器可以是一級、二級或三級，每級反應器出口反應氣溫度控制在300 400°C之間。前段帶換熱的反應器每段反應器的入口氣體中氧含量可在5 12%之間，出口氣體中氧含量可減少到2 5%之間。后段絕熱反應器為一段反應器，反應器入口溫度控制在230-330°C之間，出口溫度控制在600 700°C之間。A口氣體氧濃度為前級反應出口氧的濃度，濃度在2飛％。反應器的出口氧濃度降低到0. 5%以下。前段帶換熱反應器的換熱介質可為熱水、冷氣。該工藝的反應空速為lOOOlOOOOh—1，優選條件下反應空速為50001000( '本專利技術的有益效果是這種含氧煤層氣催化脫氧工藝采用多級反應器進行脫氧反應，根據原料氣氧濃度的不同，前級反應器采用換熱方式將反應熱取走，以維持一定的反應溫度和適當降低反應氣中氧濃度，前級反應器出口溫度控制在400°C以下，后級采用絕熱反應器，出口溫度控制在700°C以下。整個工藝氣體脫氧后不需要循環，從而降低了能耗，同時能夠有效地控制脫氧反應器出口溫度，減少甲烷裂解損失。附圖說明圖I是本專利技術實施例I煤層氣2級催化脫氧工藝流程示意圖。圖2是本專利技術實施例2煤層氣3級催化脫氧工藝流程示意圖。圖3是本專利技術實施例3煤層氣4級催化脫氧工藝流程示意圖。圖中B、蒸汽鍋爐，E、產品氣換熱器，E1、第一換熱器，E2、第二換熱器，E3、第三換熱器，E4、第四換熱器，E5、第五換熱器，E6、第六換熱器，P1、第一冷卻泵，P2、第二冷卻泵，P3、第三冷卻泵，R、絕熱脫氧反應器，R1、第一換熱脫氧反應器，R2、第二換熱脫氧反應器，R3、第三換熱脫氧反應器，V、調節閥。具體實施例方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步的詳細描述。實施例I 本實施例含氧煤層氣催化脫氧反應工藝如圖I所示，采用二級反應器進行催化脫氧反應 煤層氣組成(mol%) :CH4 59. 5, O2 8.0，N2 32. 5，壓力 0. 55MPa，空速 IOOOOh'原料氣經過產品氣換熱器E換熱,再與第一換熱脫氧反應器Rl的出塔氣換熱后，溫度達到第一換熱脫氧反應器Rl的入塔溫度要求，T=250°C，進入第一換熱脫氧反應器Rl開始反應，隨著反應的進行，溫度逐漸升高，反應器的溫度通過換熱控制，使反應溫度低于催化劑的起燃溫度380°C，通過換熱控制第一換熱脫氧反應器Rl出口反應溫度360°C，出口反應氣的氧含量達到4. 8% ;從第一換熱脫氧反應器Rl出來的反應氣經過第一換熱器El與原料氣換熱后溫度降至250°C，進入絕熱脫氧反應器R，進入絕熱脫氧反應器R的反應氣隨著反應的進行，溫度逐漸升高到催化劑起燃溫度325°C，起燃后溫度迅速升高，絕熱脫氧反應器R的熱點溫度為638°C，反應后的氣體氧含量為0. 15%，經過二級催化脫氧反應后的氣體進入蒸汽鍋爐B，然后再進入產品氣換熱器E冷卻，后續水分離及甲烷的提純可采用常規的方法進行(圖中未標出)。第一換熱脫氧反應器Rl的出口氣溫度采用第一冷卻泵Pl和第二換熱器E2進行調節。本實施例中，沒有采用產品氣作為返回氣，大大降低了因循環而消耗的能量，節省了操作費用。實施例2 本實施例含氧煤層氣催化脫氧反應工藝如圖2所示，采用三級反應器催化脫氧反應 煤層氣組成(mol%) :C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含氧煤層氣催化脫氧工藝，其特征在于：它采用1?3個換熱脫氧反應器、一個絕熱脫氧反應器(R)和一個蒸汽鍋爐(B)串聯連接的催化脫氧裝置，所述換熱脫氧反應器設有獨立的冷卻系統，絕熱脫氧反應器(R)的出口氣在蒸汽鍋爐(B)和產品氣換熱器(E)中換熱后作為產品氣排出，原料氣在產品氣換熱器(E)?和第一換熱器(E1)中換熱后，進入第一換熱脫氧反應器(R1)，第一換熱脫氧反應器(R1)的出口氣經第一換熱器(E1)?換熱后進入下一級換熱脫氧反應器或絕熱脫氧反應器(R)；所述換熱脫氧反應器采用具有較低起活溫度的貴金屬脫氧催化劑或非貴金屬脫氧催化劑，所述絕熱脫氧反應器(R)?采用具有高溫穩定性的非貴金屬脫氧催化劑；所述換熱脫氧反應器的入口氣溫度控制在230?330℃之間，出口氣溫度控制在300?400℃之間，所述絕熱脫氧反應器(R)?的入口溫度控制在230?330℃之間，出口溫度控制在600?700℃之間。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周煥文，鄧少亮，喬川，曲雪琴，
申請(專利權)人：大連瑞克科技有限公司，
類型：發明
國別省市：