[发明专利]一种含氧煤层气催化脱氧工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种含氧煤层气催化脱氧工艺，属于煤层气利用技术领域，特别是采用催化脱氧的方法去除含氧煤层气中的氧。

背景技术

我国是世界煤炭产量最大的国家，煤矿矿井数量也居世界首位，大量的煤矿低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源资源，同时也加重了全球温室效应的影响。因此必须结合我国煤炭瓦斯排放的特点，从技术、经济角度选择适宜的低浓度瓦斯利用技术，加强我国煤矿抽放瓦斯的资源化利用。其中，抽放煤层气混掺空气是我国煤层气利用中的一个亟待寻求突破的重要环节。

煤层气提纯技术是指将N₂或空气与甲烷分离，使煤层气中甲烷含量相应增加，从而提高煤层气的热值及降低运输成本。煤层气提纯技术主要包括低温深冷分离、变压吸附和膜分离等三种。对于变压吸附和膜分离，高压有利于气体的分离提纯。但是，高压下使含氧甲烷容易爆炸，操作非常危险。因此，一种较为安全的分离提纯方案是先脱除煤层气中的氧再进行提纯处理，目前在用的煤层气脱氧方式主要包括催化脱氧、焦炭脱氧等，其中，催化脱氧工艺的本质是富燃贫氧气氛下甲烷的催化燃烧，其主要反应式为

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

该反应是强放热反应，温升大，每脱除1%的氧温升在85℃左右，当煤层气中氧含量10%时，温度将达到1000℃以上，使甲烷裂解。因此如何移走反应过程中放出的大量热，并减少副反应的发生，是该工艺的关键所在。目前主要采用部分产品气循环工艺（如专利CN101139239A）。该工艺需要大量循环产品气，产品气的循环消耗了大量的能源，增加了运行费用。

因此，针对煤层气处理量大、压力低、氧浓度变化频繁等工艺特点，开发一种更为高效的煤层气脱氧工艺，降低煤层气脱氧的操作费用，才有利于煤层气催化脱氧工艺的推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氧煤层气脱氧工艺，解决了煤层气液化、储运过程中由于氧的存在而导致的安全隐患，通过换热和去掉产品气循环的方法，降低煤层气催化脱氧工艺的运行费用，该工艺可应用于含氧煤层气脱氧以及其他可燃气体的催化脱氧过程。

本发明采用的技术方案是：一种含氧煤层气催化脱氧工艺采用1-3个换热脱氧反应器、一个绝热脱氧反应器和一个蒸汽锅炉串联连接的催化脱氧装置，所述换热脱氧反应器设有独立的冷却系统，绝热脱氧反应器的出口气在蒸汽锅炉和产品气换热器中换热后作为产品气排出，原料气在产品气换热器和第一换热器中换热后，进入第一换热脱氧反应器，第一换热脱氧反应器的出口气经第一换热器 换热后进入下一级换热脱氧反应器或绝热脱氧反应器；所述换热脱氧反应器采用具有较低起活温度的贵金属脱氧催化剂或非贵金属脱氧催化剂，所述绝热脱氧反应器采用具有高温稳定性（600~700℃）的非贵金属脱氧催化剂；所述换热脱氧反应器的入口气温度控制在230-330℃之间，出口气温度控制在300-400℃之间，所述绝热脱氧反应器的入口温度控制在230-330℃之间，出口温度控制在600-700℃之间。

所述催化脱氧装置采用第一换热脱氧反应器与绝热脱氧反应器串联连接。

所述催化脱氧装置采用第一换热脱氧反应器(R1)、第二换热脱氧反应器与绝热脱氧反应器串联连接，在第二换热脱氧反应器与绝热脱氧反应器之间设有第四换热器。

所述催化脱氧装置采用第一换热脱氧反应器、第二换热脱氧反应器、第三换热脱氧反应器与绝热脱氧反应器串联连接，在第二换热脱氧反应器与第三换热脱氧反应器之间设有第四换热器，在第三换热脱氧反应器与绝热脱氧反应器之间设有第六换热器。

所述第三换热脱氧反应器的出口气采用管道经调节阀与原料气连通。