專利名稱：一種固定床煤層氣非催化脫氧方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煤層氣脫氧領域，特別是涉及一種固定床煤層氣非催化脫氧方法及其
裝置O
背景技術：
煤層氣，俗稱煤礦瓦斯，主要成分為甲烷(CH4)，另外還含有一定量的二氧化碳、氮 氣和氧氣等成分，是非常規(guī)天然氣。它是與煤伴生、共生的氣體資源。煤層氣因含有氧氣，除了直接用作為燃料或發(fā)電外，要加壓輸送或濃縮必須把氧 除掉，這樣才能保證后續(xù)工序的安全運行。目前可采用的煤層氣脫氧方法主要有催化脫氧 法(CN02113627.0)和焦炭燃燒法等。二者相比，催化脫氧法需要用到催化劑，脫氧成本較 高，焦炭燃燒法不需要使用催化劑，經(jīng)濟有效且操作簡單，可使煤層氣中氧含量降至1 %以 下，而甲烷基本不損失或損失較小。煤礦瓦斯氣的焦炭燃燒脫氧，主要是用焦炭與煤層氣中 的氧燃燒，從而除去煤層氣中的氧，工藝方法主要有非催化燃燒脫氧(CN02113627.0)和循 環(huán)部分脫氧冷卻后煤層氣至脫氧前煤層氣(一種煤層氣焦炭脫氧工藝CN1919986A)。前者 由于焦炭脫氧反應器是一個絕熱反應器，而脫氧過程中焦炭與氧反應、甲烷與氧反應等均 是強放熱反應，因此，隨著反應時間的進行，反應器內(nèi)溫度不斷升高，甲烷裂解程度增大，要 將反應溫度控制在所需溫度范圍比較困難。后者采用循環(huán)部分脫氧冷卻后煤層氣至脫氧前 的煤層氣中，雖可通過調(diào)節(jié)脫氧反應器中煤層氣的氧含量來控制反應溫度，但只對進入脫 氧反應器中反應氣體的氧含量調(diào)至5-9 %的氣體進行脫氧，才有較好的效果，氧氣濃度低， 循環(huán)氣量大，且未采用水夾套結構，不能很好的將脫氧反應器中過多的熱量移出?，F(xiàn)有的固定床氣化裝置多是為煤氣化的用途而設計的，若用于煤層氣非催化除 氧，或高徑比較大，氣體在爐內(nèi)停留時間長，造成甲烷損耗嚴重；或排灰裝置多采用灰鎖結 構排灰，在排灰時裝置內(nèi)會有少量的煤層氣隨灰渣一起排出，不利于安全生產(chǎn)；或裝置是絕 熱的，外無水夾套結構，不能很好的保護爐壁及將裝置中過多的熱量移出，容易導致反應器 內(nèi)溫度過高，進而造成煤層氣中甲烷的大量裂解，增大甲烷的損耗，均不能滿足煤層氣非催 化脫氧用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固定床煤層氣非催化脫氧方法及其裝置。本發(fā)明提供的固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體1在內(nèi)的固定床煤層氣 脫氧裝置本體，其中，所述爐體1的側(cè)壁上設有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套2 ；該水夾套2 的上部通過管道與汽包23的進氣口相連，該水夾套的下部通過管道與汽包23的出水口相 連。該裝置中，所述固定床煤層氣脫氧裝置本體包括爐體1、位于爐體1底部并與煤層 氣進氣管16相通的爐篦21、通過管道與固定床反應器的爐體1頂部相連的煤箱4、浸沒固 定床反應器的爐體1底部的水封裝置18、位于水封裝置18之下的螺旋排灰機17和一端與
4固定床反應器的爐體1相連另一端與煤層氣出氣管6相連的噴淋塔5 ；所述爐篦21外側(cè)設 有刮刀20 ；固定床反應器的爐體1上方設有探火孔3 ；固定床反應器的爐體1側(cè)壁上設有檢 修用人孔(檢修孔)22 ；所述水封裝置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封裝置18的 頂部設有超壓放散管19 ；所述煤層氣出氣管6和煤層氣進氣管16之間通過三通甲26、三通乙25及位于所 述三通甲26和三通乙25之間的循環(huán)氣返回管10相通，所述三通甲26連接所述煤層氣出 氣管6與所述循環(huán)氣返回管10，所述三通乙25連接所述煤層氣進氣管16與所述循環(huán)氣返 回管10 ；所述循環(huán)氣返回管10上由上至下依次設有循環(huán)氣調(diào)壓閥7、流量計甲8和循環(huán)氣 壓縮機9 ；所述煤層氣進氣管16上按照離固定床反應器的爐體由遠及近依次設有阻火器 15、壓力傳感器14、超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、防止循環(huán)氣返回管10中的循環(huán)氣倒流入 煤層氣進氣管16的止回閥11及流量計乙24 ；所述固定床反應器的爐體1的高徑比為1. 5-3. 2，優(yōu)選1. 5-2. 4，此處所指高度是 指從爐體1頂面到爐體1錐體底面的距離，所述徑為爐體1的內(nèi)徑。該裝置中，所述水夾套裝置的作用是通過調(diào)節(jié)其中水流量達到控制所述除氧反應 器爐體1內(nèi)除氧溫度的目的，由于除氧溫度較高，水夾套中會產(chǎn)生大量蒸汽，該蒸汽可通過 汽包(蒸汽匯集器)23富集。所述汽包(蒸汽匯集器)23裝置的作用除了富集蒸汽外，還 為所述水夾套提供水分。所述煤箱4的作用是存儲并定量提供除氧所需燃料。所述爐體1 上方所設探火孔3的作用是探測爐內(nèi)溫度和檢查燃燒層的分布情況。所述水封裝置18的 頂部所設超壓放散管19的作用是在特殊情況下爐內(nèi)壓力過高時，將爐內(nèi)氣體導出。所述噴 淋塔5的作用是對脫氧煤層氣進行冷卻除塵。由于煤層氣通過灼熱的含炭燃料層后，會發(fā)生如下反應C+02 = CO2 ΔΗ = -339. 777kJ/mol(1)C+l/202 = CO ΔΗ =-110. 595kJ/mol (2)C02+C = 2C0 ΔΗ = 172. 284kJ/mol(3)CH4+202 = C02+2H20(4)CH4+3/202 = C0+2H20(5)其中，反應(1)、(2)、(3)為主要化學反應，上述三反應可在固定床反應器中在 500 900°C進行，反應完畢可將煤層氣中的氧脫至0.5%以下；同時，由于反應(1)和(2) 是強放熱反應，而反應(3)是吸熱反應，因此，反應(3)有抑制溫度上升的作用。在非催化 燃燒除氧時，煤層氣中的氧與焦炭反應生成CO2和C0，但隨著溫度的升高，反應氣中氫的含 量逐漸增高，這是由如下甲烷裂解反應(6)和(7)所致CH4 = C+2H2(6)2H2+02 = 2H20 (7)當氧氣消耗完時，則反應氣中H2濃度隨著反應溫度的升高而增加，反應氣中CO濃 度也增加，其中H2、CO屬于工業(yè)合成或者燃燒利用中的有效成分氣體。對于甲烷含量及氧含量不同的煤層氣，其脫氧方法有所不同，對于氧含量較高的 煤層氣，必須將反應氣體的氧含量調(diào)至適宜范圍再進行脫氧反應，才能有效地將脫氧反應 器內(nèi)的反應溫度控制在適宜溫度范圍內(nèi)，避免因反應器內(nèi)溫度過高而造成煤層氣中甲烷的大量裂解，最大限度的減少甲烷裂解，降低甲烷的反應損耗，提高甲烷的利用率，故本發(fā)明 針對不同甲烷含量(即氧含量)的煤層氣，提供了兩種不同的脫氧方法。本發(fā)明提供的利用上述固定床煤層氣非催化脫氧裝置進行甲烷含量大于28%小 于或等于50%的煤層氣的脫氧方法，包括如下步驟關閉所述循環(huán)氣調(diào)壓閥7及所述循環(huán) 氣壓縮機9后，將脫氧燃料經(jīng)所述煤箱4加入到所述爐體1中，所述甲烷的體積百分含量大 于28%小于或等于50%的煤層氣經(jīng)過所述煤層氣進氣管16上的所述阻火器15、所述壓力 傳感器14、所述超壓截斷閥13、所述進氣調(diào)壓閥12、所述止回閥11和所述流量計乙24后， 由所述爐篦21進入所述爐體1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，反應完畢后氣體經(jīng)所述噴淋 塔5冷卻，由所述煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應過程中產(chǎn)生的灰渣由 所述爐篦21掉入所述水封裝置18的渣池內(nèi)，并由所述螺旋排灰機17排出；在上述過程的同時，控制所述汽包23進水管中水的溫度使所述脫氧反應的溫度 為 500-900"C。上述脫氧方法中，所述汽包23進水管中水的溫度為5-25°C。所述脫氧燃料選 自焦炭、半焦炭、無煙煤和煤矸石中的至少一種，所述脫氧燃料的粒徑為13 50mm，優(yōu)選 25-50mm ；所述脫氧反應中，溫度為 500-900°C，具體為 710士20°C、800士20°C、690士20°C、 760 士 20 "C >670-820 V，690-800 V 或 710-820 V，優(yōu)選 600-800 V，壓力為 4-IOKPa,具體為 5亞3、6蝦3、7亞3、8蝦3、5-7亞3或7-8蝦3，優(yōu)選5-8蝦3 ；所述甲燒的體積百分含量大于28% 小于或等于50%的煤層氣的氣流速度(煤層氣標準狀態(tài)下空截面流速)為0. 1-0. 3m/s，優(yōu) 選 0. lm/s0本發(fā)明提供的利用上述固定床煤層氣非催化脫氧裝置進行甲烷含量為20-28%的 煤層氣的脫氧方法，包括如下步驟開啟所述循環(huán)氣調(diào)壓閥7及上述循環(huán)氣壓縮機9后，將 脫氧燃料經(jīng)上述煤箱4加入到所述爐體1中，甲烷的體積百分含量為20-28%的煤層氣經(jīng)上 述阻火器15、所述壓力傳感器14、所述超壓截斷閥13、上述進氣調(diào)壓閥12、所述止回閥11 和所述流量計乙24后，由所述爐篦21進入所述爐體1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，反應 完畢后再經(jīng)所述噴淋塔5冷卻，冷卻后的氣體一部分經(jīng)所述循環(huán)氣返回管10上的所述循環(huán) 氣調(diào)壓閥7、所述流量計甲8和所述循環(huán)氣壓縮機9進行壓縮后，在所述三通乙25處與由所 述煤層氣進氣管16進入所述爐體1的甲烷含量為20-28%的煤層氣混合，控制混合后的氣 體中氧含量為10. 6-15%后，由所述爐篦21進入所述爐體1內(nèi)，與脫氧燃料繼續(xù)進行脫氧 反應，冷卻后的另一部分氣體直接由所述煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反 應過程中產(chǎn)生的灰渣由所述爐篦21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由所述螺旋排灰機17排 出；在上述過程的同時，控制所述汽包23進水管中水的溫度使所述脫氧反應的溫度 為 500-900"C。上述脫氧方法中，所述汽包23進水管中水的溫度為5-25°C。所述脫氧燃料選 自焦炭、半焦炭、無煙煤和煤矸石中的至少一種，所述脫氧燃料的粒徑為13 50mm，優(yōu)選 25-50mm ；所述脫氧反應中，溫度為 500-900°C，具體為 710士20°C、800士20°C、690士20°C、 760 士 20 "C >670-820 V，690-800 V 或 710-820 V，優(yōu)選 600-800 V，壓力為 4-IOKPa,具體為 5KPa、7KPa、8KPa、5-7KPa或7_8KPa，優(yōu)選5_8KPa ；所述甲烷含量為20-28%的煤層氣的氣 流速度為0. 1-0. 3m/s，優(yōu)選0. lm/s，保證煤層氣以較短的時間通過整個固定床反應器的爐體，減少甲烷損耗量。該方法中，所述控制混合后的氣體中氧含量為10. 6-15%的方法為控 制所述脫氧冷卻后的氣體與作為原料氣的脫氧之前的煤層氣的體積比(即循環(huán)比)，使其 循環(huán)比為0. 01 0. 55，這可以通過控制循環(huán)氣返回管10上的流量計甲8及煤層氣進氣管 16上的流量計乙24來控制循環(huán)比。上述兩方法中，所述脫氧燃料的加料量可根據(jù)具體選用的原料及其含碳量和煤層 氣中的氧含量，選用合適的用量。本發(fā)明提供的煤層氣脫氧裝置，很好的解決了煤層氣濃縮中存在的安全問題，除 氧徹底迅速、投資消耗低、設備緊湊、占地面積小、排污量少等優(yōu)點，可實現(xiàn)連續(xù)進料排灰， 操作方便，在煤層氣除氧領域具有很好的應用前景。本發(fā)明提供的利用該裝置進行煤層氣脫氧的方法，適合于對CH4含量在20% 50%的煤層氣(此原料氣中的氧含量較高，為10.6-16.8% )進行脫氧，當原料氣中甲烷 含量小于或等于28%時(即原料氣中氧含量大于15%時)，需采用循環(huán)方式，以使循環(huán)后 混合氣體的氧含量在10. 6-15%后再進行脫氧，循環(huán)后混合氣體氧氣濃度較現(xiàn)有方法高， 同樣生產(chǎn)規(guī)模所需的循環(huán)氣量較現(xiàn)有方法能夠顯著減少，因而能夠降低能源消耗及生產(chǎn)成 本，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)焊接在脫氧反應器外面的水夾套中的水流量，及循環(huán)部 分脫氧冷卻后的煤層氣至脫氧前的煤層氣中，調(diào)節(jié)進入脫氧反應器中反應氣體的氧含量至 10. 6-15%,可有效地將脫氧反應器內(nèi)溫度控制在適宜溫度范圍內(nèi)，避免反應器內(nèi)溫度過高 而造成煤層氣中甲烷的大量裂解，不僅可有效地除去煤層氣中的氧，使煤層氣中氧含量降 至0.5%以下，而且可最大限度的減少甲烷裂解，使甲烷的損耗在5%以下，有利于甲烷資 源的節(jié)約利用，同時使裝置內(nèi)氣體的組成處于爆炸氣體組成的范圍之外，降低脫氧過程中 爆炸的可能性，提高整個工藝過程的安全性。該方法應用范圍廣，投資消耗低，除氧徹底迅 速，在煤層氣除氧領域具有很好的應用前景。


圖1為本發(fā)明提供的固定床煤層氣非催化除氧裝置的結構示意圖，其中，1為固定 床反應器的爐體，2為水夾套，3為探火孔，4為煤箱，5為噴淋塔，6為煤層氣出氣管，7為循 環(huán)氣調(diào)壓閥，8為流量計甲，9為循環(huán)壓縮機，10為循環(huán)氣返回管，11為止回閥，12為進氣調(diào) 壓閥，13為超壓截斷閥，14為壓力傳感器，15為阻火器，16為煤層氣進氣管，17為螺旋排灰 機，18為水封裝置，19為超壓放散管，20為刮刀，21為爐篦，22為檢修用人孔，23為汽包(蒸 汽匯集器)，24為流量計乙，25為三通乙，26為三通甲。
具體實施例方式本發(fā)明以固定床反應器為煤層氣脫氧主要裝置，將煤層氣通過固定床中熾熱 的燃料層進行脫氧，通過調(diào)節(jié)反應器外面的水夾套中水流量，將脫氧反應溫度控制在 500-900°C，以600-800°C為優(yōu)，壓力控制在4_10KPa，以5_8KPa為優(yōu)，脫氧后的煤層氣經(jīng)過 冷卻除塵一除焦油一脫硫等處理后進入后續(xù)工藝。在該脫氧過程中，對煤層氣中CH4體積 百分含量小于或等于28%的低濃度煤層氣，通過循環(huán)部分脫氧冷卻后的煤層氣至脫氧前的 煤層氣中，循環(huán)比為0. 01 0. 55，調(diào)節(jié)進入脫氧反應器中煤層氣的氧含量至10. 6 15%。 對煤層氣中CH4體積百分含量大于28%的中高濃度煤層氣，因其氧含量低可不采用循環(huán)方
7式。下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。本 發(fā)明中所述甲烷含量均為體積百分含量。實施例1圖1所示固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體1在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧 裝置本體，其中，爐體1的側(cè)壁上設有包圍著爐體側(cè)壁的水夾套2 ；該水夾套2的上部通過 管道與汽包23的進氣口相連，水夾套2內(nèi)蒸汽通過此管道進入汽包23，該水夾套2的下部 的進水管與汽包23的出水口相連，水由汽包23經(jīng)此管道進入水夾套2。該裝置中，所述固定床煤層氣脫氧裝置本體包括爐體1、位于爐體1底部并與煤層 氣進氣管16相通的爐篦21、通過管道與固定床反應器的爐體1頂部相連的煤箱4、浸沒固 定床反應器的爐體1底部的水封裝置18、位于水封裝置18之下的螺旋排灰機17和一端與 固定床反應器的爐體1相連另一端與煤層氣出氣管6相連的噴淋塔5 ；爐篦21外側(cè)設有刮 刀20 ；固定床反應器的爐體1上方設有探火孔3 ；固定床反應器的爐體1側(cè)壁上設有檢修用 人孔22 ；所述水封裝置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封裝置18的頂部設有超壓 放散管19 ；煤層氣出氣管6和煤層氣進氣管16之間通過三通甲26、三通乙25及位于所述三 通甲26和三通乙25之間的循環(huán)氣返回管10相通，所述三通甲26連接所述煤層氣出氣管 與所述循環(huán)氣返回管，所述三通乙25連接所述煤層氣進氣管16與所述循環(huán)氣返回管10 ； 所述循環(huán)氣返回管10上由上至下依次設有循環(huán)氣調(diào)壓閥7、流量計甲8和循環(huán)氣壓縮機9 ；煤層氣進氣管16上按照離固定床反應器的爐體由遠及近依次設有阻火器15、壓 力傳感器14、超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、防止循環(huán)氣返回管10中的循環(huán)氣倒流入煤層 氣進氣管16的止回閥11及流量計乙24 ；該固定床反應器的爐體1的高徑比為1. 67，內(nèi)徑為3m，高為5m。此處所指高度是 指從爐體1頂面到爐體1錐體底面的距離，所述徑為爐體1的內(nèi)徑。實施例2關閉圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置(該裝置固定床反應器1的內(nèi)徑為3m、高 為5m)的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25-50mm的焦炭作為脫氧燃料，將該脫氧燃料經(jīng) 煤箱4加入固定床反應器的爐體1中，加料量為300kg/h，流量為2543Nm3/h(氣流速度為 0. lm/s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管16上的阻火器15、壓力傳感器14、超壓截 斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦21進入固定床反應器的爐體 1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，固定床反應器的爐體內(nèi)脫氧反應壓力為5KPa，控制汽包23 進水管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應的溫度為710V (士20°C )，反應8s后，反應完畢 的氣體經(jīng)噴淋塔5冷卻，由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應過程中產(chǎn)生 的灰渣由爐篦21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為原料氣的煤層氣中各組分名稱及體積百分比如下C020 . 35%、0214. 82%, N255.48%和CH429. 35%，由煤層氣出氣管(6)排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比 如下=H21. 51%,C029 . 64%, O2O. 36%,N254. 39%,CH428. 37%, CO 5. 73%。按照物料平衡方法(已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應，脫氧反 應前后其總量保持不變，求出脫氧反應后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的
8體積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤 層氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。)計算脫 氧后甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1. 41%。實施例3關閉圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置(該裝置固定床反應器的爐體1的內(nèi)徑為 3m、高為5m)的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25_50mm的焦炭作為脫氧燃料，將該脫氧燃 料經(jīng)煤箱4加入固定床反應器的爐體1中，加料量為490kg/h，流量為5087Nm3/h (氣流速度 為0. 2m/s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管16上的阻火器15、壓力傳感器14、超壓 截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦(21)進入固定床反應器的 爐體1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，固定床反應器的爐體內(nèi)脫氧反應壓力為6KPa，控制汽 包23進水管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應的溫度為800°C (士20°C )，固定床反應器的 爐體1內(nèi)的脫氧反應溫度可控制在800°C (士20°C)，反應7s后，反應完畢的氣體經(jīng)噴淋塔 5冷卻，由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應過程中產(chǎn)生的灰渣由爐篦21 掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為原料氣的煤層氣中各組分名稱及體積百分比如下C020 . 27%、021 2 . 78%, N248. 13%和CH438. 82%,由煤層氣出氣管6排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比如 下=H2O. 41%,C027 . 36%, O2O. 45%,N248. 08%,CH438. 15% 禾口 CO 5. 55%0 按照物料平衡方 法(已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應，脫氧反應前后其總量保持不變，求 出脫氧反應后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的體積百分含量，求出脫氧前 后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤層氣中甲烷的量除以脫氧前 煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。)計算脫氧后甲烷的損失率，可知按照 上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1. 62%。實施例4關閉圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置(該裝置固定床反應器爐體1的內(nèi)徑為 3m、高為5m)的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25_50mm的半焦炭作為脫氧燃料，將該脫氧 燃料經(jīng)煤箱(4)加入固定床反應器的爐體1中，加料量為280kg/h，流量為2543Nm3/h (氣流 速度為0. lm/s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管16上的阻火器15、壓力傳感器14、 超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦21進入固定床反應器 的爐體1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，固定床反應器的爐體內(nèi)脫氧反應壓力為7KPa，控制 汽包23進水管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應的溫度為690°C (士20°C )，反應8s后，反 應完畢的氣體經(jīng)噴淋塔5冷卻，由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應過程 中產(chǎn)生的灰渣由爐篦21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為原料氣的煤層氣中各組分名稱及體積百分比如下C020 . 36%、O2IO. 69%, N239.91%和CH449 . 04%，由煤層氣出氣管(6)排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比 如下=H2O. 81%,C027. 19%, O2O. 38%,N239. 10%,CH447. 09%, CO 5. 43%0按照物料平衡方法(已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應，脫氧反 應前后其總量保持不變，求出脫氧反應后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的 體積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤 層氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。)計算脫氧后甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1. 99%。實施例5開啟圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置(該裝置固定床反應器的爐體1的內(nèi)徑為 3m、高為5m)的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25_50mm的無煙煤)作為脫氧燃料，將該脫 氧燃料經(jīng)煤箱4加入固定床反應器的爐體1中，加料量為900kg/h，流量為7630Nm3/h (氣流 速度為0.3m/s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管(16)上的阻火器15、壓力傳感器 14、超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦21進入固定床反應 器的爐體1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，固定床反應器的爐體內(nèi)脫氧反應壓力為8KPa，控 制汽包23進水管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應的溫度為760V (士 20°C )，反應5s后， 反應完畢的氣體經(jīng)噴淋塔5冷卻，冷卻后的氣體一部分經(jīng)循環(huán)氣返回管10上的循環(huán)氣調(diào)壓 閥7、流量計甲8和循環(huán)氣壓縮機9進行壓縮后，在三通乙處與原料氣混合，混合氣體的流 量為7630Nm3/h(氣流速度為0. 3m/s)，原料氣中各組分名稱及體積百分比如下C020 . 57%, 0216· 15%, Ν263· 25%和CH420. 03%，循環(huán)比為0. 31，控制混合后的氣體中氧含量為12%, 混合氣體由爐篦21進入固定床反應器的爐體1內(nèi)，與脫氧燃料繼續(xù)進行脫氧反應，冷卻后 的另一部分氣體直接由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應過程中產(chǎn)生的 灰渣由爐篦21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為循環(huán)后混合氣體中各組分名稱及體積百分比如下H20.30%、C022. 84%, 0212 . 47%, Ν262. 94%, CH420. 00%, CO 1. 45%，由煤層氣出氣管(6)排出的煤層氣中，各組 分名稱及體積百分比如下:Η21. 29%, CO2IO. 27%, O2O. 46%, Ν261· 90%, CH419. 90%禾口 CO 6. 18%。按照物料平衡方法(已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應，脫氧反 應前后其總量保持不變，求出脫氧反應后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的 體積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤 層氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。)計算脫 氧后甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1. 13%。對照在圖1所示內(nèi)徑3m、高為5m的固定床煤層氣非催化脫氧裝置內(nèi)，采用褐煤為脫氧 燃料，加料量為470kg/h，固定床反應器的爐體1內(nèi)脫氧反應壓力為5KPa，以2543Nm3/h(氣 流速度為0. lm/s)的流量通入煤層氣(原料氣)，按照與實施例2完全相同的方法進行脫氧 處理，隨反應的進行，固定床反應器1內(nèi)的脫氧反應溫度可達到1020°C (士20°C)，進行脫氧 反應12s后，完成脫氧處理。作為原料氣的煤層氣中各組分名稱及體積百分比如下C020 . 70%、O2IO. 60%, N249.42%和CH439. 28%，由煤層氣出氣管(6)排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比 如下=H21. 49%,C025 . 91%, O2O. 56%,N248. 85%,CH435. 31%和 CO 7. 88% 按照物料平衡方法(已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應，脫氧反 應前后其總量保持不變，求出脫氧反應后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的 體積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤 層氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。)計算脫 氧后甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為9. 06%。該損失率
10遠大于前述實施例2-5中的甲烷損失率，這是由于該對照方法中，選用脫氧燃料為揮發(fā)分 含量高的褐煤，致使脫氧反應溫度偏高，造成煤層氣中甲烷的大量裂解，脫氧過程中甲烷損 失率較大，即導致較高的甲烷損失率。而選用本發(fā)明提供的脫氧方法，才能有效控制甲烷損 失率，提高甲烷的利用率。
權利要求
一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體(1)在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧裝置本體，其特征在于所述爐體(1)的側(cè)壁上設有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套(2)；該水夾套(2)的上部通過管道與汽包(23)的進氣口相連，該水夾套的下部通過管道與汽包(23)的出水口相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述固定床煤層氣脫氧裝置本體包括爐 體(1)、位于爐體(1)底部并與煤層氣進氣管(16)相通的爐篦(21)、通過管道與固定床反 應器的爐體(1)頂部相連的煤箱(4)、浸沒固定床反應器的爐體(1)底部的水封裝置(18)、 位于水封裝置(18)之下的螺旋排灰機(17)和一端與固定床反應器的爐體(1)相連另一端 與煤層氣出氣管(6)相連的噴淋塔(5)；所述爐篦(21)外側(cè)設有刮刀(20)；固定床反應器 的爐體(1)上方設有探火孔(3)；固定床反應器的爐體(1)側(cè)壁上設有檢修用人孔(22)；所 述水封裝置(18)包括水封和位于水封下方的渣池，水封裝置(18)的頂部設有超壓放散管 (19)；所述煤層氣出氣管(6)和煤層氣進氣管(16)之間通過三通甲(26)、三通乙(25)及位 于所述三通甲(26)和三通乙(25)之間的循環(huán)氣返回管(10)相通，所述三通甲(26)連接 所述煤層氣出氣管(6)與所述循環(huán)氣返回管(10)，所述三通乙(25)連接所述煤層氣進氣管 (16)與所述循環(huán)氣返回管(10)；所述循環(huán)氣返回管(10)上由上至下依次設有循環(huán)氣調(diào)壓 閥(7)、流量計甲(8)和循環(huán)氣壓縮機(9)；所述煤層氣進氣管(16)上按照離固定床反應器的爐體由遠及近依次設有阻火器 (15)、壓力傳感器(14)、超壓截斷閥(13)、進氣調(diào)壓閥(12)、防止循環(huán)氣返回管(10)中的循 環(huán)氣倒流入煤層氣進氣管(16)的止回閥(11)及流量計乙(24)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述固定床反應器的爐體(1)的高 徑比為 1. 5-3. 2，優(yōu)選 1. 5-2. 4。
4.一種利用權利要求2或3所述固定床煤層氣非催化脫氧裝置進行甲烷的體積百分 含量大于28%小于或等于50%的煤層氣除氧方法，包括如下步驟關閉所述循環(huán)氣調(diào)壓閥 (7)及所述循環(huán)氣壓縮機(9)后，將脫氧燃料經(jīng)所述煤箱(4)加入到所述爐體(1)中，所述 甲烷的體積百分含量大于28%小于或等于50%的煤層氣經(jīng)所述煤層氣進氣管(16)上的所 述阻火器(15)、所述壓力傳感器(14)、所述超壓截斷閥(13)、所述進氣調(diào)壓閥(12)、所述止 回閥(11)和所述流量計乙(24)后，由所述爐篦(21)進入所述爐體⑴內(nèi)，與脫氧燃料進 行脫氧反應，反應完畢后氣體經(jīng)所述噴淋塔(5)冷卻，由所述煤層氣出氣管(6)排出，完成 煤層氣的脫氧；脫氧反應過程中產(chǎn)生的灰渣由所述爐篦(21)掉入所述水封裝置(18)的渣 池內(nèi)，并由所述螺旋排灰機(17)排出；在上述過程的同時，控制所述汽包(23)進水管中水的溫度使所述脫氧反應的溫度為 500-900 "C。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于所述汽包(23)進水管中水的溫度為5-25°C；所述脫氧燃料選自焦炭、半焦炭、無煙煤和煤矸石中的至少一種，脫氧燃料的粒徑為13 50mm，優(yōu)選 25_50mm。
6.根據(jù)權利要求4或5的方法，其特征在于所述脫氧反應中，溫度為500-900°C，優(yōu)選 600-800°C，壓力為 4-10KPa，優(yōu)選 5_8KPa。
7.根據(jù)權利要求4-6任一所述的方法，其特征在于所述甲烷的體積百分含量大于28%小于或等于50%的煤層氣的氣流速度為0. 1-0. 3m/s，優(yōu)選0. lm/s。
8.一種利用權利要求2或3所述固定床煤層氣非催化脫氧裝置進行甲烷的體積百分含 量為20-28%的煤層氣除氧的方法，包括如下步驟開啟所述循環(huán)氣調(diào)壓閥(7)及所述循環(huán) 氣壓縮機(9)后，將脫氧燃料經(jīng)所述煤箱(4)加入到所述爐體(1)中，所述甲烷的體積百分 含量為20-28%的煤層氣經(jīng)所述阻火器(15)、所述壓力傳感器(14)、所述超壓截斷閥(13)、 所述進氣調(diào)壓閥(12)、所述止回閥(11)和所述流量計乙(24)后，由所述爐篦(21)進入 所述爐體(1)內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應，反應完畢后再經(jīng)所述噴淋塔(5)冷卻，冷卻后 的氣體一部分經(jīng)所述循環(huán)氣返回管(10)上的所述循環(huán)氣調(diào)壓閥(7)、所述流量計甲(8)和 所述循環(huán)氣壓縮機(9)進行壓縮后，在所述三通乙(25)處與由所述煤層氣進氣管(16)進 入所述爐體(1)的甲烷的體積百分含量為20-28%的煤層氣混合，控制混合后的氣體中氧 含量為10. 6-15%后，由所述爐篦(21)進入所述爐體(1)內(nèi)，與脫氧燃料繼續(xù)進行脫氧反 應，冷卻后的另一部分氣體直接由所述煤層氣出氣管(6)排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反 應過程中產(chǎn)生的灰渣由所述爐篦(21)掉入水封裝置(18)的渣池內(nèi)，并由所述螺旋排灰機 (17)排出；在上述過程的同時，控制所述汽包(23)進水管中水的溫度使所述脫氧反應的溫度為 500-900 "C。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其特征在于所述汽包(23)進水管中水的溫度為5-25°C；所述脫氧燃料選自焦炭、半焦炭、無煙煤和煤矸石中的至少一種，脫氧燃料的粒徑為13 50mm，優(yōu)選 25_50mm。
10.根據(jù)權利要求8或9的方法，其特征在于所述脫氧反應中，溫度為500-900°C，優(yōu) 選600-800°C，壓力為4-lOKPa，優(yōu)選5_8KPa，所述甲烷的體積百分含量為20-28%的煤層氣 的氣流速度為0. 1-0. 3m/s，優(yōu)選0. lm/s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固定床煤層氣脫氧方法及其裝置。該裝置包括爐體(1)在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧裝置本體，其中，所述爐體(1)的側(cè)壁上設有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套(2)；該水夾套(2)的上部通過管道與汽包(23)的進氣口相連，該水夾套的下部的進水管與汽包(23)的出水口相連。利用該裝置進行煤層氣脫氧，可有效控制脫氧溫度，使煤層氣中氧含量降至0.5％以下，且最大限度的減少甲烷裂解，使甲烷的損耗在5％以下。
文檔編號C10L3/10GK101914402SQ201010256288
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權日2010年8月18日
發(fā)明者吳濤, 張科達, 徐春霞, 文芳, 李小亮, 楊宗仁, 段超, 王鵬, 董衛(wèi)果 申請人:煤炭科學研究總院