[发明专利]一种煤层气催化转化脱氧方法

说明书

技术领域

本发明属于气体除氧技术领域，特别涉及煤层气领域中的脱氧方法。

背景技术

煤层气是煤矿伴生气，煤矿区煤层气(CMM)中甲烷含量高达40％以上，可作燃料也可作化工原料。

煤层气因含有氧气，除了直接用作燃料或发电外，要加压输送或浓缩必须把氧除掉，这样才能保证后续工序的安全运行。公告号为CN 1330739 C的中国专利，公开了一种“生产甲醇用煤矿瓦斯气的催化燃烧脱氧工艺方法”，其主要利用甲烷与氧催化燃烧脱掉氧，其催化剂为贵金属催化剂或钙钛型复合金属氧化物催化剂。

上述催化燃烧法脱氧过程中的主要反应式为：

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O-Q

该反应放出大量热。在此方法中，甲烷的燃烧热变成蒸汽回收，可以达到较高的能量利用率，对甲烷浓缩生产高浓度甲烷或LNG是可采用的方法。

但该方法输出的气体冷气效率(冷气效率η＝输出气体量×输出气体高热值/(输入气体量×输入气体高热值))较低。尤其是含氧越高的煤层气其冷气效率愈低。如果副产蒸汽利用困难，则其能量利用率将会明显降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷气效率较高的煤层气催化转化脱氧方法，该方法主要适用于气体需要加压至较高压力，对气体热值范围适应较宽领域的煤层气催化转化脱氧。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤层气催化转化脱氧方法，其流程如图1所示，将原料煤层气脱硫后通入脱氧反应器中进行催化转化脱氧反应，其特征在于：在脱硫后的煤层气中加入少量水蒸气，使加入的水与煤层气中的甲烷摩尔比H₂O/CH₄＝0.2～0.5。

在脱氧反应器中，在催化剂存在下，煤层气中的部分甲烷与氧反应而除掉氧，同时放出大量热；利用此反应热使部分甲烷与水蒸气反应，转化成一氧化碳(CO)和氢(H₂)，可通过废热锅炉回收热量并副产蒸汽，冷却除去水后，压缩送所需用户。即在反应过程中同时发生如下反应：

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O-Q

CH₄+H₂O＝CO+3H₂+Q

后一反应是吸热反应，其热量是由甲烷与氧燃烧热提供的。从反应式可知，1标准米³的甲烷可得到1标准米³的一氧化碳和3标准米³的氢气。CH₄、CO、H₂三者的高热值分别为39.816MJ/Nm³，12.635MJ/Nm³和12.745MJ/Nm³。这样输出气体的总热量为12.635×1+12.745×3＝50.870MJ，而输入气体的热量为39.816MJ。显然输出气体的热量比输入气体增加了11.05MJ热量，这样就提高了输出气体的冷气效率。

上述催化转化脱氧反应过程中，催化剂以采用SiO₂或Al₂O₃为载体的Ni系催化剂为优。反应压力可优选为0.15MPa～0.60Mpa。反应器进口温度可优选为400℃～500℃。

上述催化转化脱氧方法适用于甲烷浓度为25％或25％以上的原料煤层气催化转化脱氧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明煤层气催化转化脱氧方法通过在煤层气中加入少量水蒸气，使部分甲烷转化为CO和H₂，增加了输出气体的热量，提高了输出气体的冷气效率。由于转化后输出气体的体积增大，单位体积混合气热值有所降低，所以本发明适用于对气体热值适应较宽且需要加压至较高压力的领域。

附图说明

图1是本发明煤层气催化转化脱氧方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1

本实施例煤层气催化转化脱氧方法的工艺流程如图1所示：