[发明专利]一种用煤矸石处理含氧煤层气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用煤矸石处理含氧煤层气的方法，属于煤层气脱氧及煤矸石处理方法的技术领域。

背景技术

煤炭既是一种能源，又是一种化工原料，伴随煤炭开采，会产生煤层气及煤矸石。

煤层气的主要成分是CH₄，储存于煤层之间，是与煤共生的资源，在目前的煤层气开采方式中，有一部分煤层气采取井下抽放的方式开采，井下抽放煤层气的CH₄体积含量约为50％，其余为空气，由于含有一定量的氧气，使直接利用具有安全隐患，故必须除氧后再进行后续操作；全世界每年因煤炭开采直接向大气排放的煤层气达315-540亿m³，中国为煤层气排放大国，占排放量的30％，由于CH₄的温室效应是CO₂的21倍，煤层气的直接排放使得环境污染极为严重，是目前亟待解决的问题。

目前含氧煤层气的处理方法主要有催化脱氧法，例如CN02113627专利，焦炭燃烧法，例如CN1919986A专利等；催化脱氧法需要外加催化剂，焦炭燃烧法需要使用焦炭，以上两种方法在实际操作中耗能较大，使煤层气脱氧成本升高、不利于实际生产应用。

煤矸石是采煤和洗煤过程中排放出的固体废料，是一种在地质成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石，煤矸石随着采煤和洗煤的进展，造成了大量的堆积，不仅占用了大量土地，其有害元素还会污染环境和土壤，露天堆放的煤矸石易自燃和排出一氧化碳、二氧化硫等有害气体和烟尘，严重污染环境。

微波是波长在1米到0.1毫米之间的电磁波，微波加热具有很强的穿透性，具有被加热物质选择性吸热的特性，使得微波加热比传统加热方式具有更快速、便捷、节能的优点；煤矸石是一种强吸微波的物质，采用微波加热方式对煤矸石加热具有很大的优越性。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对煤层气和煤矸石污染的实际情况，用煤矸石做原料，在微波加热炉内对含氧煤层气进行脱氧处理，对煤矸石进行脱碳处理，生成硅铝酸盐混合物，含氧煤层气脱氧后经除尘、冷却、变压吸附分离提纯，成液化CH₄、CO₂、N₂，既治理煤层气、煤矸石的污染，又对含氧煤层气与煤矸石进行回收利用，达到治理、利用的双重目的。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：含氧煤层气、煤矸石，其组合准备用量如下：以千克、米³为计量单位

含氧煤层气：以含氧体积分数12.6％计    25m³±0.05m³

煤矸石：以含碳质量分数15％计          10kg±0.01kg

用煤矸石处理含氧煤层气方法如下：

(1)粉碎处理煤矸石

将煤矸石置于粉碎机内，进行粉碎，然后用100目筛网过筛；

粉碎、过筛重复进行，成粉粒，粉粒直径≤0.15mm；

(2)收集储存含氧煤层气

将煤矿井下的含氧煤层气通过管路收集于储气罐内储存；

(3)煤矸石处理含氧煤层气

煤矸石处理含氧煤层气是在微波加热炉内进行的，是在加热、输入含氧煤层气、排出脱氧煤层气、提取硅铝酸盐混合物的过程中完成的，脱氧煤层气经除尘冷却、脱硫净化、变压吸附分离，制成液化甲烷、液化二氧化碳、液化氮；

①打开微波加热炉密封盖，将煤矸石加入微波加热炉内，然后关闭微波加热炉密封盖；

②开启微波发生器，加热炉内煤矸石，加热温度500℃±2℃；

③打开含氧煤层气储气罐进气管，向微波加热炉内输入含氧煤层气，含氧煤层气输入速度0.5m³/min，炉内压强为0.1MPa，煤矸石中混合的碳与含氧煤层气中混合的氧气将进行化学反应，煤矸石中的碳反应后分离出硅铝酸盐混合物，反应式如下：

式中：C——煤矸石中的碳

O₂——含氧煤层气中的氧气

CO₂——二氧化碳气体

④打开微波加热炉内电动卸料板并处于半开状态，使微波加热炉内反应后分离出的硅铝酸盐缓慢落入出料仓，待产物硅铝酸盐混合物产物卸完后关闭电动卸料板，然后打开出料仓密封盖，硅铝酸盐混合物进入产物箱；