專利名稱：應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種煤層氣脫氧エ藝，具體地說是ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝的技術方案。
背景技術：
煤層氣又稱瓦斯，主要成分為CH4,是ー種高熱值的優質清潔能源，直接排放造成資源浪費；而且CH4是ー種溫室氣體，其溫室效應約為CO2的21倍，煤層氣的排放還會加劇溫室效應。因此加大煤層氣的開發利用，具有良好的經濟效益和環境效益。含氧煤層氣中的氧使得在煤層氣的利用過程中存在爆炸危險。因此含氧煤層氣利用的關鍵技術是脫氧。目前的脫氧方法主要有兩種ー種是物理方法脫氧，包括低溫深冷，變壓吸附、膜分離以及氣體磁力分離法等；ー種是化學方法脫氧，分為催化法脫氧和非催化法脫氧。催化法脫氧的原理是CH4在催化劑表面和O2發生燃燒反應，生成C02、CO和H2O從而除去煤層氣中的02。此法適用于礦井風排瓦斯的催化燃燒或抽放瓦斯中氧氣濃度5%左右煤層氣的脫氧。非催化法的原理是通過焦炭與煤層氣中的O2發生燃燒反應，來脫除煤層氣中的02。此法反應溫度太高，會有部分甲烷燃燒、裂解。焦炭燃燒法適用原料氣中氧氣濃度在5% 15%的煤層氣。這種方法經濟有效、操作簡單，可以將氧含量降至1%以下，保證甲烷的損失很少或不損失。CN 101914402 A公開了“ー種固定床煤層氣非催化脫氧方法及裝置”。該エ藝中煤層氣經煤層氣進氣管進入爐體內，與脫氧燃料進行脫氧反應，反應完的氣體經噴淋塔冷卻除塵后由出氣管離開反應器。該エ藝所采用的反應器外側設有水夾套，通過控制水夾套中水的流量來控制爐體內的溫度。該エ藝的不足之處在于爐體外側所設置的水夾套僅圍爐壁，換熱面積小，導熱效率低，反應器內部溫度分布不均勻；存在低溫區，并且低溫區的焦炭燃燒不充分，隨灰排出，造成焦炭浪費。CN 102206521 A公開了 “ー種煤礦區煤層氣(CMM)雙壓催化脫氧エ藝”，該エ藝將原料氣一分為ニ 一部分原料氣經鼓風機加壓至O. OSMpa (G)后進入蓄熱式脫氧反應器進行脫氧反應。反應完的氣體ー份為ニ 一部分產品氣與另一部分原料氣混合，經壓縮機加壓至O. 6Mpa^0. 8Mpa (G)后進入絕熱反應器進行脫氧反應，另一部分產品氣返回至蓄熱式脫氧反應器與原料氣混合，進入蓄熱式反應器進行脫氧反應。其中蓄熱式脫氧反應器由兩個相同的反應器組成，并定時切換進行脫氧反應。該エ藝的不足之處在于蓄熱式脫氧反應器和絕熱反應器內均未設置換熱裝置，導致反應器內產生局部高溫，造成甲烷裂解或燃燒；采用的催化脫氧法本身是以損耗甲烷來脫除氧氣，會増加甲烷損耗。
發明內容
本發明針對現有脫氧エ藝中存在的不足，提供一種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，以解決現有技術中存在的脫氧反應溫度高、脫氧反應不充分而導致脫氧率低的問題。
實現上述目的和解決上述問題所采取的措施是ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，其所述エ藝采用的雙筒體移動床反應器是“Y”型雙筒體與設置于“Y”型雙筒體間的倒“Y”型結構在反應段相交通而構成；其所述エ藝處理的原料是含氧量為39Γ17%的煤層氣，其所述エ藝采用的脫氧劑是粒徑為25 50mm的半焦或是長焰煤，其所述煤層氣與脫氧劑在単位時間的進料質量比為(4. 5Π7. 14)/1 ;其所述煤層氣的脫氧エ藝按下列步驟進行
(I)將煤層氣加壓至O. 0Γ0. IMpa，送入預熱器預熱到280 320°C，再由底部進入雙筒體移動床反應器的反應段，與進入的脫氧劑發生脫氧反應；反應溫度為290 310°C，反應后的氣體經反應器的蓄熱段降溫至95 105°C后，由雙筒體移動床反應器上部輸出，并進入冷卻器冷卻至25 35°C。(2)將煤層氣加壓至O. ΟΓΟ. IMpa由雙筒體移動床反應器上部進入與第一雙筒體相對應的蓄熱段預熱至255 295°C后，進入雙筒體反應器反應段與脫氧劑進行反應，反應溫度為25(T450°C，反應時間為25 35秒，反應后的產品氣進入與第二雙筒體相對應的蓄熱 段后溫降至95 105°C，由雙筒體移動床反應器上部進入冷卻器冷卻至25 35°C;通過閥門切換改變氣體流向，將氣體加壓至O. ΟΓΟ. IMpa后，由雙筒體移動床反應器上部進入與第ニ雙筒體相對應的蓄熱段預熱至255 295°C，進入雙筒體移動床反應段與脫氧劑進行脫氧反應，反應時間為25 35秒，進入與第一雙筒體相對應的蓄熱段降溫至95 105°C，產品氣經冷卻器降溫至25 35°C輸出。(3)重復步驟(2)，進入穩態煤層氣脫氧操作流程。在上述技術方案中，本發明附加的技術特征還在于所述煤層氣非催化脫氧エ藝是采用對稱結構的雙筒體移動床反應器，由第一雙筒體和第二雙筒體構成，當第一雙筒體輸入煤層氣時，第二雙筒體輸出脫氧產品氣；當第二雙筒體輸入煤層氣時，第一雙筒體輸出脫氧產品氣；煤層氣進入第一雙筒體或第二雙筒體時，氣體和固體之間呈順流形式流動；脫氧產品氣離開第二雙筒體或第一雙筒體時，氣體和固體之間呈逆流形式流動；所述煤層氣的流速是0. Γ0. 5m/s ;所述產品氣的含氧量〈I. 5%。
實現本發明所述的ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，與現有技術相比，本脫氧エ藝所采用的反應器，設置的蓄熱段可以實現產品氣余熱的高效回收利用，既可以降低產品氣的出口溫度，又能預熱其原料氣；設置的原料氣支管可以在灰渣中脫氧劑含量增高時，打開閥門使一部分煤層氣通過此管由反應器底部進入反應段，與未反應或未完全反應的脫氧劑進行脫氧反應，減少脫氧劑浪費；設置的換熱管，増大了反應器內的換熱面積，提高了換熱效率，有效的解決了焦炭燃燒法中脫氧溫度高的問題，無需調節反應器進ロ的原料氣氧含量；所采用的脫氧劑脫氧效率高，脫氧溫度低。本エ藝流程簡單，經濟有效。
圖I是本發明的エ藝流程圖。圖中1 :鼓風機；2 閥門；3 :預熱器；4 :氣體分布器；5 :排灰裝置；6 :第二雙筒體；7 :冷卻器；8 :第二進氣閥；9 :第一出氣閥；10 :第二出氣閥；11 :第一進氣閥；12 第一雙筒體;13 :閥門；14 :閥門；15 :閥門。
具體實施例方式下面對本發明的具體實施方式
作出說明。實施本發明ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，其所述エ藝是采用的移動床反應器，所述移動床反應器是“Y”型結構的雙筒體移動床反應器，并在“Y”型雙筒體移動床反應器間設置有倒“Y”型結構，在反應段相連通而構成；其所述エ藝所處理的原料氣是含氧量為39Γ17%的煤層氣，其所述エ藝采用的脫氧劑是粒徑為 25 50mm的半焦或是長焰煤破碎而得，其所述煤層氣與脫氧劑在單位時間的進料按質量比為(4. 5Π7. 14) /I ;其所述煤層氣的脫氧エ藝按下列步驟進行
步驟一，首先將煤層氣加壓至O. ΟΓΟ. IMpa，送入預熱器3將煤層氣預熱到280 320°C，再由雙筒體移動床反應器的底部送入反應段，在反應段與進入的脫氧劑發生脫氧反應，反應的溫度為29(T310°C，反應后的氣體經反應器的蓄熱段將溫度降至95 105°C后，由雙筒體移動床反應器上部輸出，并進入冷卻器7中將反應氣冷卻至25 35°C。步驟ニ，將煤層氣加壓至O. OfO. IMpa后，由雙筒體移動床反應器上部進入與第一雙筒體12相對應的蓄熱段，將煤層氣預熱至255 295°C后，再進入雙筒體反應器反應段與脫氧劑進行反應，反應溫度為25(T450°C，反應時間為25 35秒，后將反應后的產品氣送入與第二雙筒體6相對應的蓄熱段后將溫度降至95 105°C，再由雙筒體移動床反應器上部送入冷卻器7冷卻至25 35°C ;通過閥門切換改變氣體流向，將氣體加壓至O. ΟΓΟ. IMpa后，由雙筒體移動床反應器上部進入與第二雙筒體6相對應的蓄熱段并預熱至255 295°C，進入雙筒體移動床反應段與脫氧劑進行脫氧反應，反應時間為25 35秒，進入與第一雙筒體12相對應的蓄熱段降溫至95 105°C，產品氣經冷卻器7降溫至25 35°C輸出。步驟三，重復上述步驟ニ，進入穩態煤層氣脫氧操作流程。本發明ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，由于是采用對稱結構的第一雙筒體12和第二雙筒體6構成的雙筒體移動床反應器對煤層氣進行非催化脫氧，因此，在對煤層氣進行非催化脫氧時，當第一雙筒體12輸入煤層氣時，第二雙筒體6輸出脫氧產品氣；當第二雙筒體6輸入煤層氣時，第一雙筒體12輸出脫氧產品氣；煤層氣進入第一雙筒體12或第二雙筒體6時，氣體和固體之間呈順流形式流動；脫氧產品氣離開第ニ雙筒體6或第一雙筒體12時，氣體和固體之間呈逆流形式流動，并進行交替循環對煤層氣進行非催化脫氧，非催化脫氧時，煤層氣的流速控制在O. Γ0. 5m/s之間，非催化脫氧的產品氣的含氧量〈I. 5%。
實施例I
實施本發明所述的ー種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，其脫氧劑采用粒徑為350mm左右的半焦或者是長焰煤，其進料量控制在550kg/hr，所處理的原料煤層氣的流量控制為3500Nm3/hr。原料煤層氣經鼓風機I加壓至O. 07Mpa，進入預熱器3預熱至280°C，從反應器底部進入反應段，煤層氣與半焦或長焰煤進行脫氧反應，使脫氧劑床層升溫至300°C，反應完的氣體進入反應器上部的蓄熱段，預熱蓄熱介質后其溫度降至120°C，該氣體離開蓄熱段，經過第一出氣閥9和第二出氣閥10進入冷卻器7冷卻至30°C，此時其余閥門均關閉。閥門15、第一進氣閥11和第一出氣閥9開啟，其余閥門均關閉，煤層氣經鼓風機I加壓至O. 07Mpa，依次經過閥門15、第一進氣閥11，由雙筒體反應器上方進入與第一雙筒體12相對應的蓄熱段，此時蓄熱段釋放熱量并預熱煤層氣至260°C，然后被預熱的煤層氣進入反應段與半焦或長焰煤進行脫氧反應。反應完的產品氣進入與第二雙筒體6相對應的蓄熱段，預熱蓄熱介質，同時產品氣被冷卻到120°C，然后產品氣經第一出氣閥9進入冷卻器7，并被冷卻到30°C ;反應進行30秒后，打開閥門15、第二進氣閥8和第二出氣閥10，其他閥門均關閉，實現氣體流動方向的變換，此時煤層氣由反應器上方進入與第二雙筒體6相對應的蓄熱段，并被預熱到260°C后進入反應段與半焦或長焰煤進行脫氧反應。反應完的產品氣進入與第一雙筒體12相對應的蓄熱段，預熱其中的蓄熱介質，其產品氣溫度降至120°C，之后產品氣經第二出氣閥10到達冷卻器7，溫度降至30°C。其各氣體組分含量如下表I :
各氣體組分含量表I
權利要求
1.一種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧エ藝，其所述エ藝采用的雙筒體移動床反應器是“Y”型雙筒體與設置于“Y”型雙筒體間的倒“Y”型結構在反應段相交通而構成；其所述エ藝處理的原料氣是含氧量為39Γ17%的煤層氣，其所述エ藝采用的脫氧劑是粒徑為25飛Omm的半焦或是長焰煤，其所述煤層氣與脫氧劑在単位時間的進料質量比為(4. 5Π7. 14) /I ;其所述煤層氣的脫氧エ藝按下列步驟進行 (1)將煤層氣加壓至O.0Γ0. IMpa，送入預熱器(3)預熱到280 320°C，再由雙筒體移動床反應器底部進入反應段，與進入的脫氧劑發生脫氧反應；反應溫度為29(T310°C，反應后的氣體經反應器的蓄熱段降溫至95 105°C后，由雙筒體移動床反應器上部輸出，并進入冷卻器(7)冷卻至25 35°C ； (2)將煤層氣加壓至O.0Γ0. IMpa后，由雙筒體移動床反應器上部進入與第一雙筒體(12)相對應的蓄熱段，預熱至255 295°C后，進入雙筒體反應器反應段與脫氧劑進行反應，反應溫度為25(T450°C，反應時間為25 35秒，反應后的產品氣進入與第二雙筒體(6)相對應的蓄熱段后溫降至95 105°C，由雙筒體移動床反應器上部進入冷卻器(7)冷卻至25 35°C;通過閥門切換改變氣體流向，將氣體加壓至O. 0Γ0. IMpa后，由雙筒體移動床反應器上部進入與第二雙筒體(6)相對應的蓄熱段并預熱至255 295°C，進入雙筒體移動床反應段與脫氧劑進行脫氧反應，反應時間為25 35秒，進入與第一雙筒體(12)相對應的蓄熱段降溫至95 105°C，產品氣經冷卻器(7)降溫至25 35°C輸出； (3)重復步驟(2)，進入穩態煤層氣脫氧操作流程。
2.如權利要求I所述的脫氧エ藝，其所述煤層氣非催化脫氧エ藝是采用對稱結構的雙筒體移動床反應器，由第一雙筒體(12)和第二雙筒體(6)構成，當第一雙筒體(12)輸入煤層氣時，第二雙筒體(6)輸出脫氧產品氣；當第二雙筒體(6)輸入煤層氣時，第一雙筒體(12)輸出脫氧產品氣；煤層氣進入第一雙筒體(12)或第二雙筒體(6)時，氣體和固體之間呈順流形式流動；脫氧產品氣離開第二雙筒體(6)或第一雙筒體(12)時，氣體和固體之間呈逆流形式流動。
3.如權利要求I所述的脫氧エ藝，其所述煤層氣的流速是O.Γ0. 5m/s。
4.如權利要求I所述的脫氧エ藝，其所述產品氣的含氧量〈I.5%。
全文摘要
一種應用雙筒體移動床反應器的煤層氣非催化脫氧工藝是將煤層氣加壓預熱，由反應器底部進入反應段，與脫氧劑反應；反應后的氣體經反應器蓄熱段降溫，再由反應器上部輸出進入冷卻器冷卻；然后將煤層氣加壓由反應器上部進入蓄熱段預熱后，進入反應段與脫氧劑反應，產品氣進入蓄熱段溫降，由反應器上部進入冷卻器冷卻；通過閥門切換改變氣體流向，將氣體加壓后，由反應器上部進入蓄熱段預熱，再進入反應段與脫氧劑反應，后進入蓄熱段降溫，產品氣經冷卻器降溫輸出。本發明提高了換熱效率，有效的解決了焦炭燃燒中脫氧溫度高的問題，也無需調節反應器進口原料氣的氧含量，工藝流程簡單，經濟有效。
文檔編號C10L3/10GK102660343SQ20121015947
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者張永發, 徐英, 景瑞軍, 石玉良, 趙鈺瓊 申請人:太原理工大學