CN102533367B - 一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的***及方法。所述***主要包括：用于进行瓦斯气脱氧反应的脱氧反应器，所述脱氧反应器通过循环机建立循环圈，其中循环压缩机与***接通的状态是可调节的；用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置；以及连接在循环圈后的精脱氧塔，用于补充氧气脱除。本发明的***和工艺操作简便，易于控制，通过向***中补入水蒸气，或者采用向***中补入水蒸气和循环气相结合的方式，可以提高反应器入口氧含量，减少循环气用量，从而可以减小设备尺寸，降低投资，降低动力消耗以及副产蒸汽等。

Description

一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的***及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯气处理领域和能源利用领域，尤其涉及一种瓦斯气催化燃烧脱氧的***及方法。

背景技术

瓦斯气是指在煤炭开采过程中，出于采煤安全考虑，采用井下抽采技术，从矿井下抽采出来的煤层气。由于在抽排过程中掺进大量空气，一般甲烷体积浓度≤40％，而氧气体积浓度最高可达到15％左右。瓦斯气的燃烧产物为水和二氧化碳，不会对环境造成污染，被世界公认为是一种优质的清洁能源。

在我国，目前大多数瓦斯气只能就地作为民用燃料使用，而绝大部分被燃烧放空，据统计，我国每年由于采煤排放出的瓦斯气多达200亿m³，占全球煤矿开采向大气排放CH₄总量的1/3，造成极大的能源浪费；同时，瓦斯气中的甲烷作为一种重要的温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，其直接排入空中极大程度加剧全球温室效应。因此，合理利用瓦斯气是解决我国能源紧张和分布不平衡、减轻环境压力、减缓温室效应的重要手段。

瓦斯气利用的关键就是脱氧，即将瓦斯气中的氧气含量脱除至一个安全的范围后(体积浓度≤0.5％)再进行综合利用。但是由于瓦斯气是高浓度的可燃气体甲烷与高浓度氧气的混合气，采用物理方法脱氧具有很大的危险性。目前，比较安全而且有效的脱氧方式就是瓦斯气的燃烧脱氧，尤其是催化燃烧脱氧，即在催化燃烧催化剂作用下，瓦斯气中的甲烷和氧气发生的甲烷无火焰燃烧的反应。

该反应的主要反应为CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O ΔH^Θ＝-890.31KJ/mol，从热力学过程可得知，该反应属于强放热反应。据计算，氧气体积浓度10％左右的瓦斯气，每反应1％体积浓度的氧气，其***绝热温升为85℃左右。为了防止催化剂床层和反应器在高温下被烧坏，同时也为了限制甲烷在高温条件下的裂解，在做瓦斯气催化燃烧脱氧反应时，一般要求入口处氧含量≤4％(体积％)。对于高于4％氧含量的瓦斯气，一般采用将产品气作为循环气掺入原料气中，达到降低氧含量的目的。对于瓦斯气脱氧来说，循环过程中的能耗是整个工艺的主要能耗来源。瓦斯气中氧含量越高，循环比越大，循环气量也越大，循环压缩机能耗就越大；同时气量大，也导致循环机、换热器以及管道的尺寸加大，增加了投资。

因此，化学工作者们一直在致力于寻求一种适合用于处理高氧含量瓦斯气的瓦斯气脱氧的新工艺及***。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合用于处理高氧含量瓦斯气的瓦斯气脱氧的新***及方法。为此，本发明的发明人进行了深入研究并提供了如下各个方面：

<1>.一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的***，所述***包括：用于进行瓦斯气脱氧反应的脱氧反应器，所述脱氧反应器通过循环压缩机建立循环圈，其中循环压缩机与***接通的状态是可调节的；

用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置；和

连接在所述循环圈后的精脱氧塔，用于补充进行氧气脱除。

<2>.根据<1>所述的***，其中所述***还包括：在接通循环压缩机的情况下，向瓦斯原料气中补充循环气的机构。

<3>.根据上述任一项所述的***，其中所述循环气是通过如下过程引入到脱氧反应器入口的：来自脱氧反应器出口的气体经过废热锅炉和原料气预热器换热，将温度降至300℃以下后，通过脱盐水预热器和循环气冷却器换热后，将温度降至40℃以下，气体经过水分离罐汽水分离后，通过循环机送入脱氧反应器入口。

<4>.根据上述任一项所述的***，其中所述***还包括：连接在所述***中的用于废热回收的蒸汽过热器、废热锅炉和预热器中的一项或多项。

<5>.根据上述任一项所述的***，其中所述脱氧反应器由2个串联连接的脱氧反应器构成。

<6>.根据上述任一项所述的***，其中所述用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置对处于工艺最上游的脱氧反应器中的第一脱氧反应器供给水蒸气。

<7>.一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的方法，所述方法包括：向脱氧反应器内补充水蒸气作为惰性气体；在脱氧反应器中对瓦斯气进行脱氧，在此脱除大量氧气；在精脱氧反应器中进行补充氧气脱除。

<8>.根据<7>所述方法，其中，相对于所述瓦斯原料气总体积，作为惰性气体的水蒸气的加入量为10～100体积％，优选20～60体积％。

<9>.根据<7>至<8>中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：向瓦斯原料气中补充循环气。

<10>.根据<7>至<9>中任一项所述方法，其中，在瓦斯气中氧含量为8～15％的条件下，循环气量的大小为瓦斯原料气量的10～150体积％，其中优选20～80体积％。

<11>.根据<7>至<10>中任一项所述的方法，所述方法包括：通过设置蒸汽过热器、废热锅炉和预热器中的一项或多项以回收利用工艺过程中产生的热量。

<12>.根据<7>至<11>中任一项所述的方法，所述方法包括使用通过如下过程制备的瓦斯气脱氧催化剂进行脱氧：

(1)选取合适的惰性载体材料作为催化剂骨架，

(2)将铈锆复合氧化物和氢氧化铝按照摩尔比0.5～5的比率混合，加入稀硝酸溶液，加入稀硝酸的体积为铈锆复合氧化物和氢氧化铝混合体积的2～20倍，湿法球磨成浆料，

(3)将制得的浆料涂敷到惰性催化剂载体上，干燥后，在500～900℃，焙烧2～6小时，得到所需催化剂载体，

(4)采用浸渍法，将(3)中制得的催化剂载体浸渍到含钼溶液中，干燥后得到催化剂前体A，

(5)通过浸渍法，将催化剂前体A浸渍到稀土硝酸盐溶液中，干燥后得到所需的催化剂前体B，

(6)然后，将催化剂前体B在500～900℃，焙烧1～4小时，得到催化剂前体C，

(7)采用浸渍法，将制得催化剂前体C浸渍到含铂溶液中，然后干燥，

(8)然后在900～1200℃，焙烧1～4小时，得到所需的脱氧催化剂。

本发明的工艺和***操作简便，易于控制，可以提高反应器入口氧含量，提高单台脱氧反应器的处理量；同时减少循环气用量，从而可以减小设备尺寸，降低投资，降低动力消耗；同时，本发明还充分利用了瓦斯气燃烧过程中的热能，通过过热蒸汽的形式，实现了能量回收。

附图说明

图1为本发明的适合用于处理高氧含量瓦斯气的脱氧的一种工艺流程图。

图2为本发明的适合用于处理高氧含量瓦斯气的脱氧的另一种工艺流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种适合用于处理高氧含量瓦斯气的脱氧的新方法及***。所述高氧含量通常是指进料瓦斯气中的氧含量高于4体积％，比如氧含量在4～15体积％的范围内的瓦斯原料气。如背景技术中所指出的，在这种高氧含量的情况下，一般采用将产品气作为循环气掺入原料气中，达到降低入口处氧含量的目的而实施工艺。在本发明中，提出了一种通过向***中补入水蒸气以达到降低入口处氧含量的目的，同时还可以结合采用将产品气作为循环气掺入原料气中的处理方式。

因此，本发明提供一种新的用于瓦斯气脱氧的***，所述***主要包括：多个脱氧反应器，并且所述反应器通过循环压缩机建立循环圈，其中循环压缩机与***接通的状态是可调节的；用于对所述反应器供给水蒸气的装置；以及连接在循环圈后的精脱氧塔，用于补充氧气脱除。

本发明的***还包括：在接通循环机的情况下，向瓦斯原料气中补充循环气的机构。这种机构可以采用在现有技术中任何适合于向***中补充循环气的机构。

在本发明的***中，所述多个脱氧反应器可以是多个串联、并联或串并联共存形式的反应器。在脱氧反应器是多个串联的脱氧反应器的情况下，通常地，仅对处于工艺最上游的脱氧反应器的第一脱氧反应器进行水蒸气的补充即可。此外，本发明中，也包括使用单个脱氧反应器的方案。

在本发明的***中，所述的循环压缩机与***的连接状态由瓦斯原料气中氧含量决定。对于氧含量4～8体积％的瓦斯原料气，通过向***内补充水蒸气即可完成脱氧要求，则循环压缩机不开启；对于氧含量8～15体积％的瓦斯原料气，仅靠补水蒸气不能满足脱氧要求，则需要开启循环压缩机，向***内补充部分循环气。

用于向脱氧反应器中补充水蒸气的装置可以是相关领域中熟知的能够实现补水功能的装置，例如，可以使用汽包。

值得指出的是，由于本发明的***中，使用了补入水蒸气的方法来调节进入脱氧反应器的瓦斯气的氧含量，因此通常地，需要使用的脱氧反应器的数量相对较少。本发明人通过多次的试验，发现对于氧含量在4-15％的瓦斯气，通常仅需要2个串并联的脱氧反应器即可完成本发明。而现有技术中，通常都是需要多于2个的脱氧反应器来完成的脱氧过程，甚至有文献报导使用多达27个脱氧反应器，因而本发明的***还可以节省这一步骤的工艺成本。

因此，在本发明的***中，工艺主要包括：根据瓦斯气中氧含量的不同，向脱氧反应器内补充适量的水蒸气，提高各段反应器的脱氧能力，并实现对各脱氧反应的温度控制；在脱氧反应器中进行脱氧过程，在此脱除大量氧气；在精脱氧反应器中进行补充氧气脱除。

本发明的瓦斯气脱氧反应器可以使用多个脱氧反应器，但是通常地，仅采用两个串并联的高温脱氧反应器组，并将这两个反应器通过循环压缩机连接，建立循环圈。

理论上，本发明的工艺和***适用于任何氧含量的瓦斯气的脱氧，但是考虑到工艺成本，本发明通常地针对氧含量大于4％的瓦斯气进行，例如对4％～15％氧含量的瓦斯气进行。上述脱氧反应在使用过程中，根据瓦斯气中的氧含量不同，决定脱氧反应过程中水蒸气补入的多少。通常地，补入水蒸气量为瓦斯原料气量的10～100％，优选20～60％。

此外，针对氧含量高的瓦斯气，比如氧含量在8～15％的瓦斯气，本发明还采用向瓦斯原料气中补入水蒸气和补充循环气相结合的处理方式。即，在本发明的瓦斯气脱氧工艺中，还包括向瓦斯原料气中补入循环气的工序。循环气通常是将来自脱氧反应器中的一部分气体通过循环压缩机送入脱氧反应器入口作为循环气。通常地，来自脱氧反应器中的一部分气体任选经过预热器和循环气冷却器换热后，经过气液分离后的气体。通常地，在这种情况下，取决于根据瓦斯原料气中的氧含量不同，向瓦斯原料气中补入循环气的量为瓦斯原料气量的10～150％，优选20～80％。

上述脱氧反应过程，压力为0.5～3MPa。

此外，在本发明的用于瓦斯气脱氧的***中，还可以在任何合适的工艺流程中连接比如蒸汽过热器、废热锅炉、预热器等装置，以充分利用工艺处理过程的热量。

作为本发明工艺的一个实例，如图1所示，本发明可以按照如下步骤进行：矿区来的瓦斯气净化后通过原料预热器E104与来自精脱氧反应器R103后的气体并成一路，并与汽包V102的部分水蒸气混合后，保证混合气进口温度为280～300℃，进入第一脱氧反应器R101，反应器出口温度为500～700℃，脱氧反应器R101出口的气体经过蒸汽过热器E101、废热锅炉E102换热后，将气体温度降至280～300℃后进入第二脱氧反应器R102，脱氧反应器R102的出口温度为300～700℃，脱氧反应器R102出口气体经过废热锅炉E103和原料气预热器E104换热，将温度降至280～300℃后，分为两路：一路通过脱盐水预热器E105和循环气冷却器E106换热后，将温度降至40℃以下，经过水分离罐V103汽液分离后，工业废水排出装置，气体通过循环压缩机C101送入脱氧反应器R101入口作为循环气；另外一路进入精脱氧反应器R103，将气体中残留的氧气脱除，反应器出口温度为300～400℃。反应后的气体经过循环气预热器E107和脱盐水预热器E108以及产品气冷却器E109后，将温度降至40℃左右，进入水分离罐V101分离气体和水，产品气进入下一工段操作，水排出装置。

脱盐水分为两路进入装置，一路通过脱盐水换热器E105与来自脱氧反应器R102的部分产品气换热；另外一路通过脱盐水换热器E108与来自精脱氧反应器R103的产品气换热，换热后的脱盐水被预热至100～250℃后，进入汽包V102。汽包内的气体通过废热锅炉E102和废热锅炉E103分别与来自脱氧反应器R101和R102的产品气换热后，温度被加热至300～450℃，一部分蒸汽作为惰性物质与原料气和循环气混合后，由脱氧反应器R101进入反应***，另外一部分蒸汽经过蒸汽过热器E101形成过热蒸汽，送出装置使用。

图2是本发明工艺的另一个实例，不同之处在于：图2中的脱氧反应器是采用并联形式的。

上述脱氧反应过程中，通过废热锅炉和换热器对脱氧过程中产生的大量热能进行了有效回收，提高了整个***的能效。

此外，值得指出的是，在上述脱氧反应中使用的瓦斯脱氧催化剂可以是任何能够具有较好耐水热性的催化剂，优选使用申请人自主开发的催化燃烧脱氧催化剂，并且所述催化剂装填在每一个脱氧反应器中。

申请人自主开发的催化燃烧脱氧催化剂的制备方法包括如下步骤：

(1)选取合适的惰性载体材料作为催化剂骨架，

(2)将氢氧化铝和铈锆复合氧化物按照摩尔比0.5～5的比率混合，加入适量的稀硝酸溶液，例如体积浓度为0.1～2％的稀硝酸溶液，加入稀硝酸的体积为铈锆复合氧化物和氢氧化铝混合体积的2～20倍，湿法球磨成浆料，

(3)将制得的浆料涂敷到惰性催化剂载体上，干燥，在500～900℃，焙烧2～6小时，得到所需催化剂载体，

(4)采用浸渍法，将制好的催化剂载体浸渍到含钼的溶液中，例如0.1～1g/ml的钼酸铵溶液，然后干燥，得到催化剂前体A，

(5)通过浸渍法，将制好的催化剂前体A浸渍到稀土硝酸盐溶液中，例如0.1～1g/ml稀土硝酸盐溶液，浸渍时间为2～6小时，干燥后制得催化剂前体B，

(6)然后将催化剂前体B在500～900℃，焙烧1～4小时，

(7)采用浸渍法，将制得催化剂前体浸渍到含铂的溶液中，例如浓度为10～50mg/ml的氯铂酸溶液，浸渍时间为20～40分钟，干燥，得到催化剂前体C，

(8)然后，在900～1200℃焙烧1～4小时，得到所需的脱氧催化剂。

例如，下面描述催化剂的一个制备实例。

(1)称取100g氧化铝小球为催化剂惰性载体。

(2)分别称取氧氯化锆64.4g和硝酸铈86.8g，并分别将其溶于500ml去离子水中，完全溶解后将两种溶液混合。在搅拌条件下，向混合溶液中滴加体积浓度为25％的氨水溶液，控制滴定终点pH值为9.5～10，滴定结束，沉淀物静置12小时，抽滤并洗涤沉淀物，洗至pH值为7，100℃干燥，研磨成粉末。3小时内程序升温至900℃，焙烧4小时，制得结构式为CeZrO₄的铈锆复合氧化物57.89g备用。

(3)称取30g铈锆复合氧化物和16g氢氧化铝，充分混合，加入体积浓度为0.5％的稀硝酸150ml，湿法球磨12小时，得到含有铈锆铝的浆料。量取50ml浆料，将氧化铝小球浸渍到量取的浆料中，浸渍20分钟，100℃下干燥12小时，将担载铈锆铝的氧化铝小球，3小时内程序升温至500℃，焙烧2小时。再重复上述实验一次，得到担载铈锆铝氧化物的催化剂载体。

(4)称取20g二钼酸铵，溶于100ml的15％的氨水溶液中，配成二钼酸铵溶液。将制得的催化剂载体浸渍其中，浸渍3小时，80℃下干燥12小时，再重复上述实验两次。

(5)称取10g硝酸镧，溶于100ml去离子水中，配成硝酸镧溶液，将担载二钼酸铵的催化剂前体浸渍其中，浸渍3小时，80℃下干燥12小时。

(6)将担载钼和镧后的催化剂前体，3小时内程序升温至500℃，焙烧2小时，得到担载三氧化钼和氧化镧催化剂前体。

(7)采用上述同样的方法担载贵金属Pt。Pt溶液浓度为1mg/L，浸渍时间为30分钟。

(8)3小时内程序升温至900℃，焙烧2小时。制得催化剂DX-1。其具体组成为(质量％)：

0.4‰Pt/3.98％MoO₃/0.45％La₂O₃/2.79％γ-Al₂O₃/4.70％CeO₂/3.36％ZrO₂，余量是氧化铝小球。

上述精脱氧反应中脱氧反应器R103装填自主开发催化燃烧精脱氧催化剂。其制备过程基本与上述过程相同。不同之处在于该催化剂的制备没有上述制备的(2)过程，即氧化铝小球上只担载氢氧化铝浆料。后继操作完全相同。制得催化剂DX-2，其具体组成为(质量％)：0.3‰Pt/5.33％MoO₃/0.70％La₂O₃/11.92％γ-Al₂O₃，余量是氧化铝小球。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在催化燃烧过程中补充水蒸气作为蓄热物质可以吸收甲烷与氧气在燃烧过程中产生的大量热量，从而降低体系的绝热温升，提高单台反应器的脱氧能力；同时，大量水蒸气的加入导致甲烷与氧气燃烧的反应平衡向左边移动，从而抑制燃烧反应的剧烈程度，达到降低体系温升的目的；水蒸气在体系中作为惰性材料存在，不参与反应的过程，反应结束后易于分离；同时，对于甲烷和氧气混合体系来说，大量水蒸气的加入具有很好的抑爆效果。针对高氧含量的脱氧过程，水蒸气的加入能极大的减少循环气用量，降低脱氧的能耗，同时循环气量的降低，也能大幅度减小循环机、换热器以及管阀件的尺寸，降低生产成本和固定投资。本发明针对瓦斯气中氧含量的不同，通过调整水蒸气的补入量和循环气量的大小，可适用于各种不同氧含量的瓦斯气的氧气脱除。同时本发明对瓦斯气脱氧过程中产生的热进行了充分利用，回收了能量降低了能耗。

实施例

下面结合附图，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但是本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本实施例脱氧工艺如附图1所示，但是实验中不开启循环***。

瓦斯原料气组成为(体积％)：CH₄ 40.7％，N₂ 45.6％，CO₂ 5.9％，O₂7.8％。气量为100Nm³/h，温度300℃，压力0.6MPa。

实验过程中向***内补入相当于瓦斯原料气体积20％的水蒸气，补充水蒸气后的气体组成的体积比为：CH₄ 34％，N₂ 38％，CO₂ 4.9％，O₂ 6.4％，H₂O 16.7％。

脱氧反应器R101入口温度为300℃，出口温度620℃。反应后的混合气体经过换热后，温度降至300℃，通入脱氧反应器R102，反应器出口温度为540℃。从脱氧反应器R102出来的气体，经过废锅E103和原料气冷却器E104降温至300℃后，通入精脱氧反应器R103，出口温度300℃，氧气含量＜0.1体积％。通过脱盐水冷却器E108和产品气冷却器E109后，将气体温度降至40℃，并经过分液罐V102分液气体，产品气最终组成的体积比为：CH₄ 39.9％，N₂ 49.5％，CO₂ 10.6％。

脱氧反应器R101和R102内装填自制脱氧催化剂，采用氧化铝小球上担载铈锆复合氧化物和拟薄水铝石浆料，焙烧后浸渍Pt、Mo、La等活性组分制得，其组成为(质量％)：0.4‰Pt/3.98％MoO₃/0.45％La₂O₃/2.79％γ-Al₂O₃/4.70％CeO₂/3.36％ZrO₂/84.68％氧化铝小球。

精脱氧反应器R103内的催化剂制备方法与上述催化剂制备方法相同，其具体组成为(质量％)：0.3‰Pt/5.33％MoO₃/0.70％La₂O₃/11.92％γ-Al₂O₃/82.02％氧化铝小球。

对比例1

本实施例的脱氧工艺如附图1所示，但是不使用补水工艺。

瓦斯原料气气组成采用与实施例1相同的瓦斯气，其组成为：CH₄40.7％，N₂ 45.6％，CO₂ 5.9％，O₂ 7.8％。气量为100Nm³/h，温度300℃，压力0.6MPa。

实验将经过E104换热后的部分产品气作为循环气补充入脱氧反应器R101，循环比为1.2，即相当于瓦斯原料气120％的气量作为循环气。补充循环气后进入脱氧反应器R101的气体组成为(体积％)：CH₄ 40.3％，N₂ 47.7％，CO₂ 8.5％，O₂ 3.5％。气量为220Nm³/h。

脱氧反应器R101入口温度为300℃，出口温度650℃。将反应后的混合气体经过换热后，温度降至300℃，通入脱氧反应器R102，反应器出口温度为440℃。将从脱氧反应器R102出来的气体，经过废锅E103和原料气冷却器E104降温至300℃后，通入精脱氧反应器R103，出口温度300℃。通过脱盐水冷却器E108和产品气冷却器E109后，将气体温度降至40℃，并经过分液罐V102分液气体，产品气最终组成的体积比为：CH₄39.1％，N₂ 49.9％，CO₂ 11％。

本实施例中使用的催化剂与实施例1中使用的催化剂相同。

通过本对比例与实施例1的对比结果可知，补水能够大大降低循环气比，从而降低脱氧过程中的能耗，并减小工艺设备体积，减少成本。

实施例2

本实施例脱氧工艺如附图1所示：

瓦斯原料气组成为(体积％)：CH₄ 35.6％，N₂ 47.8％，CO₂ 3.2％，O₂13.4％。气量为100Nm³/h，温度300℃，压力0.6MPa。

实验过程中向***内补入相当于原料气体积50％的水蒸气，并将脱氧反应器R102出口的气体，作为循环气与原料气与水蒸气混合后进入脱氧反应器R101，循环量为0.5倍，即相当于原料气50％的气量作为循环气。补充水蒸气和循环气后，气体组成为(体积％)：CH₄ 26.2％，N₂ 37.7％，CO₂ 4.4％，O₂ 6.7％，H₂ O 25％，气量为200Nm³/h。

矿区来的瓦斯原料气通过原料预热器E104与来自精脱氧反应器R103后循环气并成一路，并与汽包V102的水蒸气混合后，总流量为200Nm³/h，混合后气体温度为300℃，进入脱氧反应器R101进行脱氧反应，反应器出口温度为650℃。脱氧反应器R101出口的气体经过蒸汽过热器E101、废热锅炉E102换热后，气体温度降至300℃，进入脱氧反应器R102脱氧。脱氧反应器R102的出口温度为540℃。脱氧反应器R102出口气体经过废热锅炉E103和原料气预热器E104换热，将温度降至300℃后，分为两路：一路通过脱盐水预热器E105和循环气冷却器E106换热后，将温度降至40℃以下，经过水分离罐V103汽水分离后，气体通过循环机C101送入脱氧反应器R101入口作为循环气，循环气量瓦斯原料气量的50体积％；另外一路送入精脱氧反应器R103，将气体中残留的氧气脱除，反应器出口温度为410℃。反应后的气体经过循环气预热器E107和脱盐水预热器E108以及产品气冷却器E109后，将温度降至40℃左右，进入水分离罐V101分离气体和水，产品气进入下一工段操作，水处理后回收利用。

脱盐水分为两路进入装置，一路通过脱盐水换热器1E105与来自脱氧反应器R102的部分产品气换热；另外一路通过脱盐水换热器2E108与来自精脱氧反应器R103的产品气换热，换热后的脱盐水被预热至220℃后，进入汽包V102。汽包内的气体通过废热锅炉E102和废热锅炉E103分别与来自脱氧反应器R101和R102的产品气换热后，温度被加热至300℃，一部分蒸汽作为惰性物质由脱氧反应器R101进入反应***，另外一部分一部分蒸汽经过蒸汽过热器E101形成过热蒸汽，送出装置使用。

产品气最终组成的体积比为：CH₄ 33.4％，N₂ 55.3％，CO₂ 11.3％。

本实施例中使用的催化剂与实施例1中使用的催化剂相同。

本实施例中，如果不采用补水的方式，只采用产品气作为循环气的方式降低入口处瓦斯气中的氧含量，则所需循环气量为瓦斯原料气量的3～4倍，远远大于本实施例的0.5倍循环量。

实施例3

本实施例的脱氧工艺如附图1所示：

瓦斯原料气采用与实施例2相同的瓦斯气，其组成为(体积％)：CH₄35.6％，N₂ 47.8％，CO₂ 3.2％，O₂ 13.4％。气量为100Nm³/h，温度300℃，压力0.6MPa。

实验中脱氧反应器R101和R102均装填市售大连科联新技术开发公司生产的506HT型脱氧催化剂，精脱氧反应器R103中装填市售大连科联新技术开发公司生产的506HL型脱氧催化剂。

实验采用与实施例2相同的控制步骤，即向***内补入相当于瓦斯原料气体积50％的水蒸气，并补入相当于原料气50％的气量的R102出口气体作为循环气。

产品气最终组成的体积比为：CH₄ 33.9％，N₂ 55.0％，CO₂ 11.1％。

工业可适用性

由于本发明的***和工艺操作简便，易于控制，通过向***中补入水蒸气，或者采用向***中补入水蒸气和循环气相结合的方式，可以提高反应器入口氧含量，减少循环气用量，从而可以减小设备尺寸，降低投资，降低动力消耗以及副产蒸汽等，因此在工业上具有广阔的应用前景。

Claims (13)

1.一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的***，所述***包括：

用于进行瓦斯气脱氧反应的脱氧反应器，所述脱氧反应器通过循环压缩机建立循环圈，其中循环压缩机与***接通的状态是可调节的；

用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置；和

连接在所述循环圈后的精脱氧塔，用于补充进行氧气脱除，其中所述***还包括：在接通循环压缩机的情况下，向瓦斯原料气中补充循环气的机构。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述循环气是通过如下过程引入到脱氧反应器入口的：来自脱氧反应器出口的气体经过废热锅炉和原料气预热器换热，将温度降至300℃以下后，通过脱盐水预热器和循环气冷却器换热后，将温度降至40℃以下，气体经过水分离罐汽水分离后，通过循环机送入脱氧反应器入口。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述***还包括：连接在所述***中的用于废热回收的蒸汽过热器、废热锅炉和预热器中的一项或多项。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述脱氧反应器由2个串联连接的脱氧反应器构成。

5.根据权利要求4所述的***，其中所述用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置对处于工艺最上游的脱氧反应器中的第一脱氧反应器供给水蒸气。

6.一种使用权利要求1所述的***的用于瓦斯气催化燃烧脱氧的方法，所述方法包括：向脱氧反应器内补充水蒸气作为惰性气体；在脱氧反应器中对瓦斯气进行脱氧，在此脱除大量氧气；在精脱氧反应器中进行补充氧气脱除。

7.根据权利要求6所述方法，其中，相对于所述瓦斯原料气总体积，作为惰性气体的水蒸气的加入量为10～100体积％。

8.根据权利要求7所述方法，其中，相对于所述瓦斯原料气总体积，作为惰性气体的水蒸气的加入量为优选20～60体积％。

9.根据权利要求6所述方法，其中，所述方法还包括：向瓦斯原料气中补充循环气。

10.根据权利要求8所述方法，其中，在瓦斯气中氧含量为8～15％的条件下，循环气量的大小为瓦斯原料气量的10～150体积％。

11.根据权利要求10所述方法，其中，在瓦斯气中氧含量为8～15％的条件下，循环气量的大小为瓦斯原料气量的20～80体积％。

12.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，所述方法包括：通过设置蒸汽过热器、废热锅炉和预热器中的一项或多项以回收利用工艺过程中产生的热量。

13.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，所述方法包括使用通过如下过程制备的瓦斯气脱氧催化剂进行脱氧：

(1)选取合适的惰性载体材料作为催化剂骨架，

(2)将氢氧化铝和铈锆复合氧化物按照摩尔比0.5～5的比率混合，加入稀硝酸溶液，加入稀硝酸的体积为铈锆复合氧化物和氢氧化铝混合体积的2～20倍，湿法球磨成浆料，

(3)将制得的浆料涂敷到惰性催化剂载体上，干燥后，在500～900℃，焙烧2～6小时，得到所需催化剂载体，

(4)采用浸渍法，将(3)中制得的催化剂载体浸渍到含钼溶液中，干燥后得到催化剂前体A，

(5)通过浸渍法，将催化剂前体A浸渍到稀土硝酸盐溶液中，干燥后得到所需的催化剂前体B，

(6)然后，将催化剂前体B在500～900℃，焙烧1～4小时，得到催化剂前体C，

(7)采用浸渍法，将制得催化剂前体C浸渍到含铂溶液中，然后干燥，

(8)然后在900～1200℃，焙烧1～4小时，得到所需的脱氧催化剂。

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