一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法

專利名稱：一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法
技術領域：
本發明涉及瓦斯氣處理領域和能源利用領域，尤其涉及一種瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法。
背景技術：
瓦斯氣是指在煤炭開采過程中，出于采煤安全考慮，采用井下抽采技術，從礦井下抽采出來的煤層氣。由于在抽排過程中摻進大量空氣，一般甲烷體積濃度彡40%，而氧氣體積濃度最高可達到15%左右。瓦斯氣的燃燒產物為水和二氧化碳，不會對環境造成污染，被世界公認為是一種優質的清潔能源。在我國，目前大多數瓦斯氣只能就地作為民用燃料使用，而絕大部分被燃燒放空， 據統計，我國每年由于采煤排放出的瓦斯氣多達200億m3，占全球煤礦開采向大氣排放CH4 總量的1/3，造成極大的能源浪費；同時，瓦斯氣中的甲烷作為一種重要的溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍，其直接排入空中極大程度加劇全球溫室效應。因此，合理利用瓦斯氣是解決我國能源緊張和分布不平衡、減輕環境壓力、減緩溫室效應的重要手段。瓦斯氣利用的關鍵就是脫氧，即將瓦斯氣中的氧氣含量脫除至一個安全的范圍后 (體積濃度<0.5%)再進行綜合利用。但是由于瓦斯氣是高濃度的可燃氣體甲烷與高濃度氧氣的混合氣，采用物理方法脫氧具有很大的危險性。目前，比較安全而且有效的脫氧方式就是瓦斯氣的燃燒脫氧，尤其是催化燃燒脫氧，即在催化燃燒催化劑作用下，瓦斯氣中的甲烷和氧氣發生的甲烷無火焰燃燒的反應。該反應的主要反應為CH4+2& — C02+2H20 Δ H0 = -890. 31KJ/mol，從熱力學過程可得知，該反應屬于強放熱反應。據計算，氧氣體積濃度10%左右的瓦斯氣，每反應體積濃度的氧氣，其系統絕熱溫升為85°C左右。為了防止催化劑床層和反應器在高溫下被燒壞，同時也為了限制甲烷在高溫條件下的裂解，在做瓦斯氣催化燃燒脫氧反應時，一般要求入口處氧含量(體積％)。對于高于4%氧含量的瓦斯氣，一般采用將產品氣作為循環氣摻入原料氣中，達到降低氧含量的目的。對于瓦斯氣脫氧來說，循環過程中的能耗是整個工藝的主要能耗來源。瓦斯氣中氧含量越高，循環比越大，循環氣量也越大，循環壓縮機能耗就越大；同時氣量大，也導致循環機、換熱器以及管道的尺寸加大，增加了投資。因此，化學工作者們一直在致力于尋求一種適合用于處理高氧含量瓦斯氣的瓦斯氣脫氧的新工藝及系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種適合用于處理高氧含量瓦斯氣的瓦斯氣脫氧的新系統及方法。為此，本發明的發明人進行了深入研究并提供了如下各個方面<1>. 一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統，所述系統包括用于進行瓦斯氣脫氧反應的脫氧反應器，所述脫氧反應器通過循環壓縮機建立循環圈，其中循環壓縮機與系統接通的狀態是可調節的；
用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置；和連接在所述循環圈后的精脫氧塔，用于補充進行氧氣脫除。<2〉.根據<1>所述的系統，其中所述系統還包括在接通循環壓縮機的情況下，向瓦斯原料氣中補充循環氣的機構。<3〉.根據上述任一項所述的系統，其中所述循環氣是通過如下過程引入到脫氧反應器入口的來自脫氧反應器出口的氣體經過廢熱鍋爐和原料氣預熱器換熱，將溫度降至 300°C以下后，通過脫鹽水預熱器和循環氣冷卻器換熱后，將溫度降至40°C以下，氣體經過水分離罐汽水分離后，通過循環機送入脫氧反應器入口。<4〉.根據上述任一項所述的系統，其中所述系統還包括連接在所述系統中的用于廢熱回收的蒸汽過熱器、廢熱鍋爐和預熱器中的一項或多項。<5〉.根據上述任一項所述的系統，其中所述脫氧反應器由2個串聯連接的脫氧反應器構成。<6>.根據上述任一項所述的系統，其中所述用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置對處于工藝最上游的脫氧反應器中的第一脫氧反應器供給水蒸氣。<7>. 一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的方法，所述方法包括向脫氧反應器內補充水蒸氣作為惰性氣體；在脫氧反應器中對瓦斯氣進行脫氧，在此脫除大量氧氣；在精脫氧反應器中進行補充氧氣脫除。<8〉.根據<7>所述方法，其中，相對于所述瓦斯原料氣總體積，作為惰性氣體的水蒸氣的加入量為10 100體積％，優選20 60體積％。<9>.根據<7>至<8>中任一項所述的方法，其中，所述方法還包括向瓦斯原料氣中補充循環氣。<10>.根據<7>至<9>中任一項所述方法，其中，在瓦斯氣中氧含量為8 15%的條件下，循環氣量的大小為瓦斯原料氣量的10 150體積％，其中優選20 80體積％。<11〉.根據<7>至<10>中任一項所述的方法，所述方法包括通過設置蒸汽過熱器、廢熱鍋爐和預熱器中的一項或多項以回收利用工藝過程中產生的熱量。<12〉.根據<7>至<11>中任一項所述的方法，所述方法包括使用通過如下過程制備的瓦斯氣脫氧催化劑進行脫氧(1)選取合適的惰性載體材料作為催化劑骨架，(2)將鈰鋯復合氧化物和氫氧化鋁按照摩爾比0. 5 5的比率混合，加入稀硝酸溶液，加入稀硝酸的體積為鈰鋯復合氧化物和氫氧化鋁混合體積的2 20倍，濕法球磨成漿料，(3)將制得的漿料涂敷到惰性催化劑載體上，干燥后，在500 900°C，焙燒2 6 小時，得到所需催化劑載體，(4)采用浸漬法，將(3)中制得的催化劑載體浸漬到含鉬溶液中，干燥后得到催化劑前體A，(5)通過浸漬法，將催化劑前體A浸漬到稀土硝酸鹽溶液中，干燥后得到所需的催化劑前體B，(6)然后，將催化劑前體B在500 900°C，焙燒1 4小時，得到催化劑前體C，(7)采用浸漬法，將制得催化劑前體C浸漬到含鉬溶液中，然后干燥，
(8)然后在900 1200°C，焙燒1 4小時，得到所需的脫氧催化劑。本發明的工藝和系統操作簡便，易于控制，可以提高反應器入口氧含量，提高單臺脫氧反應器的處理量；同時減少循環氣用量，從而可以減小設備尺寸，降低投資，降低動力消耗；同時，本發明還充分利用了瓦斯氣燃燒過程中的熱能，通過過熱蒸汽的形式，實現了能量回收。


圖1為本發明的適合用于處理高氧含量瓦斯氣的脫氧的一種工藝流程圖。圖2為本發明的適合用于處理高氧含量瓦斯氣的脫氧的另一種工藝流程圖。
具體實施例方式本發明的目的在于提供一種適合用于處理高氧含量瓦斯氣的脫氧的新方法及系統。所述高氧含量通常是指進料瓦斯氣中的氧含量高于4體積％，比如氧含量在4 15體積％的范圍內的瓦斯原料氣。如背景技術中所指出的，在這種高氧含量的情況下，一般采用將產品氣作為循環氣摻入原料氣中，達到降低入口處氧含量的目的而實施工藝。在本發明中，提出了一種通過向系統中補入水蒸氣以達到降低入口處氧含量的目的，同時還可以結合采用將產品氣作為循環氣摻入原料氣中的處理方式。因此，本發明提供一種新的用于瓦斯氣脫氧的系統，所述系統主要包括多個脫氧反應器，并且所述反應器通過循環壓縮機建立循環圈，其中循環壓縮機與系統接通的狀態是可調節的；用于對所述反應器供給水蒸氣的裝置；以及連接在循環圈后的精脫氧塔，用于補充氧氣脫除。本發明的系統還包括在接通循環機的情況下，向瓦斯原料氣中補充循環氣的機構。這種機構可以采用在現有技術中任何適合于向系統中補充循環氣的機構。在本發明的系統中，所述多個脫氧反應器可以是多個串聯、并聯或串并聯共存形式的反應器。在脫氧反應器是多個串聯的脫氧反應器的情況下，通常地，僅對處于工藝最上游的脫氧反應器的第一脫氧反應器進行水蒸氣的補充即可。此外，本發明中，也包括使用單個脫氧反應器的方案。在本發明的系統中，所述的循環壓縮機與系統的連接狀態由瓦斯原料氣中氧含量決定。對于氧含量4 8體積％的瓦斯原料氣，通過向系統內補充水蒸氣即可完成脫氧要求，則循環壓縮機不開啟；對于氧含量8 15體積％的瓦斯原料氣，僅靠補水蒸氣不能滿足脫氧要求，則需要開啟循環壓縮機，向系統內補充部分循環氣。用于向脫氧反應器中補充水蒸氣的裝置可以是相關領域中熟知的能夠實現補水功能的裝置，例如，可以使用汽包。值得指出的是，由于本發明的系統中，使用了補入水蒸氣的方法來調節進入脫氧反應器的瓦斯氣的氧含量，因此通常地，需要使用的脫氧反應器的數量相對較少。本發明人通過多次的試驗，發現對于氧含量在4-15%的瓦斯氣，通常僅需要2個串并聯的脫氧反應器即可完成本發明。而現有技術中，通常都是需要多于2個的脫氧反應器來完成的脫氧過程，甚至有文獻報導使用多達27個脫氧反應器，因而本發明的系統還可以節省這一步驟的工藝成本。
因此，在本發明的系統中，工藝主要包括根據瓦斯氣中氧含量的不同，向脫氧反應器內補充適量的水蒸氣，提高各段反應器的脫氧能力，并實現對各脫氧反應的溫度控制； 在脫氧反應器中進行脫氧過程，在此脫除大量氧氣；在精脫氧反應器中進行補充氧氣脫除。本發明的瓦斯氣脫氧反應器可以使用多個脫氧反應器，但是通常地，僅采用兩個串并聯的高溫脫氧反應器組，并將這兩個反應器通過循環壓縮機連接，建立循環圈。理論上，本發明的工藝和系統適用于任何氧含量的瓦斯氣的脫氧，但是考慮到工藝成本，本發明通常地針對氧含量大于4%的瓦斯氣進行，例如對4% 15%氧含量的瓦斯氣進行。上述脫氧反應在使用過程中，根據瓦斯氣中的氧含量不同，決定脫氧反應過程中水蒸氣補入的多少。通常地，補入水蒸氣量為瓦斯原料氣量的10 100%，優選20 60%。此外，針對氧含量高的瓦斯氣，比如氧含量在8 15%的瓦斯氣，本發明還采用向瓦斯原料氣中補入水蒸氣和補充循環氣相結合的處理方式。即，在本發明的瓦斯氣脫氧工藝中，還包括向瓦斯原料氣中補入循環氣的工序。循環氣通常是將來自脫氧反應器中的一部分氣體通過循環壓縮機送入脫氧反應器入口作為循環氣。通常地，來自脫氧反應器中的一部分氣體任選經過預熱器和循環氣冷卻器換熱后，經過氣液分離后的氣體。通常地，在這種情況下，取決于根據瓦斯原料氣中的氧含量不同，向瓦斯原料氣中補入循環氣的量為瓦斯原料氣量的10 150%，優選20 80%。上述脫氧反應過程，壓力為0.5 3MPa。此外，在本發明的用于瓦斯氣脫氧的系統中，還可以在任何合適的工藝流程中連接比如蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、預熱器等裝置，以充分利用工藝處理過程的熱量。作為本發明工藝的一個實例，如圖1所示，本發明可以按照如下步驟進行礦區來的瓦斯氣凈化后通過原料預熱器E104與來自精脫氧反應器R103后的氣體并成一路，并與汽包V102的部分水蒸氣混合后，保證混合氣進口溫度為280 300°C，進入第一脫氧反應器 RlOl，反應器出口溫度為500 700°C，脫氧反應器RlOl出口的氣體經過蒸汽過熱器ElOl、 廢熱鍋爐E102換熱后，將氣體溫度降至280 300°C后進入第二脫氧反應器R102，脫氧反應器R102的出口溫度為300 700°C，脫氧反應器R102出口氣體經過廢熱鍋爐E103和原料氣預熱器E104換熱，將溫度降至280 300°C后，分為兩路一路通過脫鹽水預熱器E105 和循環氣冷卻器E106換熱后，將溫度降至40°C以下，經過水分離罐V103汽液分離后，工業廢水排出裝置，氣體通過循環壓縮機ClOl送入脫氧反應器RlOl入口作為循環氣；另外一路進入精脫氧反應器R103，將氣體中殘留的氧氣脫除，反應器出口溫度為300 400°C。反應后的氣體經過循環氣預熱器E107和脫鹽水預熱器E108以及產品氣冷卻器E109后，將溫度降至40°C左右，進入水分離罐VlOl分離氣體和水，產品氣進入下一工段操作，水排出裝置。脫鹽水分為兩路進入裝置，一路通過脫鹽水換熱器E105與來自脫氧反應器R102 的部分產品氣換熱；另外一路通過脫鹽水換熱器E108與來自精脫氧反應器R103的產品氣換熱，換熱后的脫鹽水被預熱至100 250°C后，進入汽包V102。汽包內的氣體通過廢熱鍋爐E102和廢熱鍋爐E103分別與來自脫氧反應器RlOl和R102的產品氣換熱后，溫度被加熱至300 450°C，一部分蒸汽作為惰性物質與原料氣和循環氣混合后，由脫氧反應器RlOl 進入反應系統，另外一部分蒸汽經過蒸汽過熱器ElOl形成過熱蒸汽，送出裝置使用。圖2是本發明工藝的另一個實例，不同之處在于圖2中的脫氧反應器是采用并聯形式的。
上述脫氧反應過程中，通過廢熱鍋爐和換熱器對脫氧過程中產生的大量熱能進行了有效回收，提高了整個系統的能效。此外，值得指出的是，在上述脫氧反應中使用的瓦斯脫氧催化劑可以是任何能夠具有較好耐水熱性的催化劑，優選使用申請人自主開發的催化燃燒脫氧催化劑，并且所述催化劑裝填在每一個脫氧反應器中。申請人:自主開發的催化燃燒脫氧催化劑的制備方法包括如下步驟(1)選取合適的惰性載體材料作為催化劑骨架，(2)將氫氧化鋁和鈰鋯復合氧化物按照摩爾比0. 5 5的比率混合，加入適量的稀硝酸溶液，例如體積濃度為0. 1 2%的稀硝酸溶液，加入稀硝酸的體積為鈰鋯復合氧化物和氫氧化鋁混合體積的2 20倍，濕法球磨成漿料，(3)將制得的漿料涂敷到惰性催化劑載體上，干燥，在500 900°C，焙燒2 6小時，得到所需催化劑載體，(4)采用浸漬法，將制好的催化劑載體浸漬到含鉬的溶液中，例如0. 1 lg/ml的鉬酸銨溶液，然后干燥，得到催化劑前體A，(5)通過浸漬法，將制好的催化劑前體A浸漬到稀土硝酸鹽溶液中，例如0. 1 lg/ml稀土硝酸鹽溶液，浸漬時間為2 6小時，干燥后制得催化劑前體B，(6)然后將催化劑前體B在500 900°C，焙燒1 4小時，(7)采用浸漬法，將制得催化劑前體浸漬到含鉬的溶液中，例如濃度為10 50mg/ ml的氯鉬酸溶液，浸漬時間為20 40分鐘，干燥，得到催化劑前體C，(8)然后，在900 1200°C焙燒1 4小時，得到所需的脫氧催化劑。例如，下面描述催化劑的一個制備實例。(1)稱取IOOg氧化鋁小球為催化劑惰性載體。(2)分別稱取氧氯化鋯64. 4g和硝酸鈰86. Sg,并分別將其溶于500ml去離子水中，完全溶解后將兩種溶液混合。在攪拌條件下，向混合溶液中滴加體積濃度為25%的氨水溶液，控制滴定終點PH值為9. 5 10，滴定結束，沉淀物靜置12小時，抽濾并洗滌沉淀物， 洗至PH值為7，100°C干燥，研磨成粉末。3小時內程序升溫至900°C，焙燒4小時，制得結構式為CdrO4的鈰鋯復合氧化物57. 89g備用。(3)稱取30g鈰鋯復合氧化物和16g氫氧化鋁，充分混合，加入體積濃度為0. 5% 的稀硝酸150ml，濕法球磨12小時，得到含有鈰鋯鋁的漿料。量取50ml漿料，將氧化鋁小球浸漬到量取的漿料中，浸漬20分鐘，100°C下干燥12小時，將擔載鈰鋯鋁的氧化鋁小球，3 小時內程序升溫至500°C，焙燒2小時。再重復上述實驗一次，得到擔載鈰鋯鋁氧化物的催化劑載體。(4)稱取20g 二鉬酸銨，溶于IOOml的15%的氨水溶液中，配成二鉬酸銨溶液。將制得的催化劑載體浸漬其中，浸漬3小時，80°C下干燥12小時，再重復上述實驗兩次。(5)稱取IOg硝酸鑭，溶于IOOml去離子水中，配成硝酸鑭溶液，將擔載二鉬酸銨的催化劑前體浸漬其中，浸漬3小時，80°C下干燥12小時。(6)將擔載鉬和鑭后的催化劑前體，3小時內程序升溫至500°C，焙燒2小時，得到擔載三氧化鉬和氧化鑭催化劑前體。(7)采用上述同樣的方法擔載貴金屬Pt。Pt溶液濃度為lmg/L，浸漬時間為30分
8鐘。(8)3小時內程序升溫至900°C，焙燒2小時。制得催化劑DX-1。其具體組成為(質
量％ )0. 4%o Pt/3. 98% Μο03/0· 45% La203/2. 79% γ _Α1203/4· 70% Ce02/3 . 36% ZrO2,余
量是氧化鋁小球。上述精脫氧反應中脫氧反應器R103裝填自主開發催化燃燒精脫氧催化劑。其制備過程基本與上述過程相同。不同之處在于該催化劑的制備沒有上述制備的( 過程，即氧化鋁小球上只擔載氫氧化鋁漿料。后繼操作完全相同。制得催化劑DX-2，其具體組成為 (質量％ ) 0. 3%o Pt/5. 33% Mo03/0. 70% La203/ll. 92% Y-Al2O3，余量是氧化鋁小球。與現有技術相比，本發明的有益效果是在催化燃燒過程中補充水蒸氣作為蓄熱物質可以吸收甲烷與氧氣在燃燒過程中產生的大量熱量，從而降低體系的絕熱溫升，提高單臺反應器的脫氧能力；同時，大量水蒸氣的加入導致甲烷與氧氣燃燒的反應平衡向左邊移動，從而抑制燃燒反應的劇烈程度，達到降低體系溫升的目的；水蒸氣在體系中作為惰性材料存在，不參與反應的過程，反應結束后易于分離；同時，對于甲烷和氧氣混合體系來說， 大量水蒸氣的加入具有很好的抑爆效果。針對高氧含量的脫氧過程，水蒸氣的加入能極大的減少循環氣用量，降低脫氧的能耗，同時循環氣量的降低，也能大幅度減小循環機、換熱器以及管閥件的尺寸，降低生產成本和固定投資。本發明針對瓦斯氣中氧含量的不同，通過調整水蒸氣的補入量和循環氣量的大小，可適用于各種不同氧含量的瓦斯氣的氧氣脫除。 同時本發明對瓦斯氣脫氧過程中產生的熱進行了充分利用，回收了能量降低了能耗。實施例下面結合附圖，通過實施例對本發明進行更詳細的說明，但是本發明并不限于這些實施例。實施例1本實施例脫氧工藝如附圖1所示，但是實驗中不開啟循環系統。瓦斯原料氣組成為(體積％) =CH4 40. 7%, N2 45.6%, CO2 5.9%, O2 7. 8%。氣量為 100Nm3/h，溫度 300°C，壓力 0. 6MPa。實驗過程中向系統內補入相當于瓦斯原料氣體積20%的水蒸氣，補充水蒸氣后的氣體組成的體積比為:CH4 34%, N2 38%, CO2 4. 9%, O2 6. 4%, H2O 16. 7%0脫氧反應器RlOl入口溫度為300°C，出口溫度620°C。反應后的混合氣體經過換熱后，溫度降至300°C，通入脫氧反應器R102，反應器出口溫度為540°C。從脫氧反應器R102出來的氣體，經過廢鍋E103和原料氣冷卻器E104降溫至300°C后，通入精脫氧反應器R103， 出口溫度300°C，氧氣含量< 0. 1體積％。通過脫鹽水冷卻器E108和產品氣冷卻器E109 后，將氣體溫度降至40°C，并經過分液罐V102分液氣體，產品氣最終組成的體積比為=CH4 39. 9%, N2 49. 5%, CO2 10. 6%。脫氧反應器RlOl和R102內裝填自制脫氧催化劑，采用氧化鋁小球上擔載鈰鋯復合氧化物和擬薄水鋁石漿料，焙燒后浸漬Pt、Mo、La等活性組分制得，其組成為(質量％) 0. 4%o Pt/3. 98% M0O3/O. 45% La203/2. 79% γ -Al203/4. 70% Ce02/3 . 36% Zr02/84. 68% 氧化鋁小球。精脫氧反應器R103內的催化劑制備方法與上述催化劑制備方法相同，其具體組成為(質量 ％) :0. 3%o Pt/5. 33% Mo03/0. 70% La203/ll. 92% γ _Α1203/82· 02%氧化鋁小球。對比例1本實施例的脫氧工藝如附圖1所示，但是不使用補水工藝。瓦斯原料氣氣組成采用與實施例1相同的瓦斯氣，其組成為=CH4 40.7 %, N2 45. 6%, CO2 5. 9%, O2 7. 8% 氣量為 100Nm3/h，溫度 300°C，壓力 0. 6MPa。實驗將經過E104換熱后的部分產品氣作為循環氣補充入脫氧反應器R101，循環比為1.2，即相當于瓦斯原料氣120%的氣量作為循環氣。補充循環氣后進入脫氧反應器 RlOl 的氣體組成為(體積％) :CH4 40. 3%,N2 47. 7%,CO2 8. 5%,O2 3. 5%。氣量為 220Nm3/ h。脫氧反應器RlOl入口溫度為300°C，出口溫度650°C。將反應后的混合氣體經過換熱后，溫度降至300°C，通入脫氧反應器R102，反應器出口溫度為440°C。將從脫氧反應器 R102出來的氣體，經過廢鍋E103和原料氣冷卻器E104降溫至300°C后，通入精脫氧反應器 R103，出口溫度300°C。通過脫鹽水冷卻器E108和產品氣冷卻器E109后，將氣體溫度降至 400C，并經過分液罐V102分液氣體，產品氣最終組成的體積比為=CH4 39. 1%, N2 49.9%, CO2 11%。本實施例中使用的催化劑與實施例1中使用的催化劑相同。通過本對比例與實施例1的對比結果可知，補水能夠大大降低循環氣比，從而降低脫氧過程中的能耗，并減小工藝設備體積，減少成本。實施例2本實施例脫氧工藝如附圖1所示瓦斯原料氣組成為(體積％):CH4 35. 6%, N2 47. 8%, CO2 3. 2%, O2 13.4%。氣量為 100Nm3/h，溫度 300°C，壓力 0. 6MPa。實驗過程中向系統內補入相當于原料氣體積50%的水蒸氣，并將脫氧反應器 R102出口的氣體，作為循環氣與原料氣與水蒸氣混合后進入脫氧反應器R101，循環量為 0.5倍，即相當于原料氣50%的氣量作為循環氣。補充水蒸氣和循環氣后，氣體組成為(體積％) =CH4 26. 2%, N2 37. 7%, CO2 4. 4%, O2 6. 7%, H2 0 25%，氣量為 200Nm3/h。礦區來的瓦斯原料氣通過原料預熱器E104與來自精脫氧反應器R103后循環氣并成一路，并與汽包V102的水蒸氣混合后，總流量為200Nm3/h，混合后氣體溫度為300°C， 進入脫氧反應器RlOl進行脫氧反應，反應器出口溫度為650°C。脫氧反應器RlOl出口的氣體經過蒸汽過熱器E101、廢熱鍋爐E102換熱后，氣體溫度降至300°C，進入脫氧反應器 R102脫氧。脫氧反應器R102的出口溫度為M0°C。脫氧反應器R102出口氣體經過廢熱鍋爐E103和原料氣預熱器E104換熱，將溫度降至300°C后，分為兩路一路通過脫鹽水預熱器E105和循環氣冷卻器E106換熱后，將溫度降至40°C以下，經過水分離罐V103汽水分離后，氣體通過循環機ClOl送入脫氧反應器RlOl入口作為循環氣，循環氣量瓦斯原料氣量的 50體積％ ；另外一路送入精脫氧反應器R103，將氣體中殘留的氧氣脫除，反應器出口溫度為410°C。反應后的氣體經過循環氣預熱器E107和脫鹽水預熱器E108以及產品氣冷卻器 E109后，將溫度降至40°C左右，進入水分離罐VlOl分離氣體和水，產品氣進入下一工段操作，水處理后回收利用。
脫鹽水分為兩路進入裝置，一路通過脫鹽水換熱器1E105與來自脫氧反應器R102 的部分產品氣換熱；另外一路通過脫鹽水換熱器2E108與來自精脫氧反應器R103的產品氣換熱，換熱后的脫鹽水被預熱至220°C后，進入汽包V102。汽包內的氣體通過廢熱鍋爐 E102和廢熱鍋爐E103分別與來自脫氧反應器RlOl和R102的產品氣換熱后，溫度被加熱至300°C，一部分蒸汽作為惰性物質由脫氧反應器RlOl進入反應系統，另外一部分一部分蒸汽經過蒸汽過熱器ElOl形成過熱蒸汽，送出裝置使用。產品氣最終組成的體積比為=CH4 33. 4%, N2 55. 3%, CO2 11. 3%0本實施例中使用的催化劑與實施例1中使用的催化劑相同。本實施例中，如果不采用補水的方式，只采用產品氣作為循環氣的方式降低入口處瓦斯氣中的氧含量，則所需循環氣量為瓦斯原料氣量的3 4倍，遠遠大于本實施例的 0.5倍循環量。實施例3本實施例的脫氧工藝如附圖1所示瓦斯原料氣采用與實施例2相同的瓦斯氣，其組成為(體積％ ) =CH4 35.6%, N2 47. 8%, CO2 3. 2%, O2 13.4%。氣量為 100Nm3/h，溫度 300°C，壓力 0. 6MPa。實驗中脫氧反應器RlOl和R102均裝填市售大連科聯新技術開發公司生產的 506HT型脫氧催化劑，精脫氧反應器R103中裝填市售大連科聯新技術開發公司生產的 506HL型脫氧催化劑。實驗采用與實施例2相同的控制步驟，即向系統內補入相當于瓦斯原料氣體積 50%的水蒸氣，并補入相當于原料氣50%的氣量的R102出口氣體作為循環氣。產品氣最終組成的體積比為=CH4 33. 9%, N2 55. 0%, CO2 11. 1%.工業可適用性由于本發明的系統和工藝操作簡便，易于控制，通過向系統中補入水蒸氣，或者采用向系統中補入水蒸氣和循環氣相結合的方式，可以提高反應器入口氧含量，減少循環氣用量，從而可以減小設備尺寸，降低投資，降低動力消耗以及副產蒸汽等，因此在工業上具有廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統，所述系統包括用于進行瓦斯氣脫氧反應的脫氧反應器，所述脫氧反應器通過循環壓縮機建立循環圈，其中循環壓縮機與系統接通的狀態是可調節的； 用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置；和連接在所述循環圈后的精脫氧塔，用于補充進行氧氣脫除。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述系統還包括在接通循環機的情況下，向瓦斯原料氣中補充循環氣的機構。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述循環氣是通過如下過程引入到脫氧反應器入口的來自脫氧反應器出口的氣體經過廢熱鍋爐和原料氣預熱器換熱，將溫度降至300°C 以下后，通過脫鹽水預熱器和循環氣冷卻器換熱后，將溫度降至40°C以下，氣體經過水分離罐汽水分離后，通過循環機送入脫氧反應器入口。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述系統還包括連接在所述系統中的用于廢熱回收的蒸汽過熱器、廢熱鍋爐和預熱器中的一項或多項。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述脫氧反應器由2個串聯連接的脫氧反應器構成。
6.根據權利要求5所述的系統，其中所述用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置對處于工藝最上游的脫氧反應器中的第一脫氧反應器供給水蒸氣。
7.一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的方法，所述方法包括向脫氧反應器內補充水蒸氣作為惰性氣體；在脫氧反應器中對瓦斯氣進行脫氧，在此脫除大量氧氣；在精脫氧反應器中進行補充氧氣脫除。
8.根據權利要求7所述方法，其中，相對于所述瓦斯原料氣總體積，作為惰性氣體的水蒸氣的加入量為10 100體積％，優選20 60體積％。
9.根據權利要求7所述方法，其中，所述方法還包括向瓦斯原料氣中補充循環氣。
10.根據權利要求9所述方法，其中，在瓦斯氣中氧含量為8 15%的條件下，循環氣量的大小為瓦斯原料氣量的10 150體積％，其中優選20 80體積％。
11.根據權利要求7-9中任一項所述的方法，所述方法包括通過設置蒸汽過熱器、廢熱鍋爐和預熱器中的一項或多項以回收利用工藝過程中產生的熱量。
12.根據權利要求7-9中任一項所述的方法，所述方法包括使用通過如下過程制備的瓦斯氣脫氧催化劑進行脫氧(1)選取合適的惰性載體材料作為催化劑骨架，(2)將氫氧化鋁和鈰鋯復合氧化物和按照摩爾比0.5 5的比率混合，加入稀硝酸溶液，加入稀硝酸的體積為鈰鋯復合氧化物和氫氧化鋁混合體積的2 20倍，濕法球磨成漿料，(3)將制得的漿料涂敷到惰性催化劑載體上，干燥后，在500 900°C，焙燒2 6小時， 得到所需催化劑載體，(4)采用浸漬法，將(3)中制得的催化劑載體浸漬到含鉬溶液中，干燥后得到催化劑前體A，(5)通過浸漬法，將催化劑前體A浸漬到稀土硝酸鹽溶液中，干燥后得到所需的催化劑前體B，(6)然后，將催化劑前體B在500 900°C，焙燒1 4小時，得到催化劑前體C，(7)采用浸漬法，將制得催化劑前體C浸漬到含鉬溶液中，然后干燥，(8)然后在900 1200°C，焙燒1 4小時，得到所需的脫氧催化劑。
全文摘要
本發明提供一種用于瓦斯氣催化燃燒脫氧的系統及方法。所述系統主要包括用于進行瓦斯氣脫氧反應的脫氧反應器，所述脫氧反應器通過循環機建立循環圈，其中循環壓縮機與系統接通的狀態是可調節的；用于對所述脫氧反應器供給水蒸氣的裝置；以及連接在循環圈后的精脫氧塔，用于補充氧氣脫除。本發明的系統和工藝操作簡便，易于控制，通過向系統中補入水蒸氣，或者采用向系統中補入水蒸氣和循環氣相結合的方式，可以提高反應器入口氧含量，減少循環氣用量，從而可以減小設備尺寸，降低投資，降低動力消耗以及副產蒸汽等。
文檔編號C10L3/10GK102533367SQ20111044086
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者于建濤, 劉雪飛, 常俊石, 張建祥, 王 義, 趙海龍 申請人:新地能源工程技術有限公司