CN102660343B - 应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺 - Google Patents

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一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺是将煤层气加压预热，由反应器底部进入反应段，与脱氧剂反应；反应后的气体经反应器蓄热段降温，再由反应器上部输出进入冷却器冷却；然后将煤层气加压由反应器上部进入蓄热段预热后，进入反应段与脱氧剂反应，产品气进入蓄热段温降，由反应器上部进入冷却器冷却；通过阀门切换改变气体流向，将气体加压后，由反应器上部进入蓄热段预热，再进入反应段与脱氧剂反应，后进入蓄热段降温，产品气经冷却器降温输出。本发明提高了换热效率，有效的解决了焦炭燃烧中脱氧温度高的问题，也无需调节反应器进口原料气的氧含量，工艺流程简单，经济有效。

Description

应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺
技术领域
本发明涉及一种煤层气脱氧工艺，具体地说是一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺的技术方案。
背景技术
煤层气又称瓦斯，主要成分为CH4，是一种高热值的优质清洁能源，直接排放造成资源浪费；而且CH4是一种温室气体，其温室效应约为CO2的21倍，煤层气的排放还会加剧温室效应。因此加大煤层气的开发利用，具有良好的经济效益和环境效益。
含氧煤层气中的氧使得在煤层气的利用过程中存在***危险。因此含氧煤层气利用的关键技术是脱氧。目前的脱氧方法主要有两种：一种是物理方法脱氧，包括低温深冷，变压吸附、膜分离以及气体磁力分离法等；一种是化学方法脱氧，分为催化法脱氧和非催化法脱氧。催化法脱氧的原理是CH4在催化剂表面和O2发生燃烧反应，生成CO2、CO和H2O从而除去煤层气中的O2。此法适用于矿井风排瓦斯的催化燃烧或抽放瓦斯中氧气浓度5％左右煤层气的脱氧。非催化法的原理是通过焦炭与煤层气中的O2发生燃烧反应，来脱除煤层气中的O2。此法反应温度太高，会有部分甲烷燃烧、裂解。焦炭燃烧法适用原料气中氧气浓度在5％～15％的煤层气。这种方法经济有效、操作简单，可以将氧含量降至1%以下，保证甲烷的损失很少或不损失。
CN 101914402 A公开了“一种固定床煤层气非催化脱氧方法及装置”。该工艺中煤层气经煤层气进气管进入炉体内，与脱氧燃料进行脱氧反应，反应完的气体经喷淋塔冷却除尘后由出气管离开反应器。该工艺所采用的反应器外侧设有水夹套，通过控制水夹套中水的流量来控制炉体内的温度。该工艺的不足之处在于：炉体外侧所设置的水夹套仅围炉壁，换热面积小，导热效率低，反应器内部温度分布不均匀；存在低温区，并且低温区的焦炭燃烧不充分，随灰排出，造成焦炭浪费。
CN 102206521 A公开了“一种煤矿区煤层气（CMM）双压催化脱氧工艺”，该工艺将原料气一分为二：一部分原料气经鼓风机加压至0.08Mpa（G）后进入蓄热式脱氧反应器进行脱氧反应。反应完的气体一份为二：一部分产品气与另一部分原料气混合，经压缩机加压至0.6Mpa~0.8Mpa（G）后进入绝热反应器进行脱氧反应，另一部分产品气返回至蓄热式脱氧反应器与原料气混合，进入蓄热式反应器进行脱氧反应。其中蓄热式脱氧反应器由两个相同的反应器组成，并定时切换进行脱氧反应。该工艺的不足之处在于：蓄热式脱氧反应器和绝热反应器内均未设置换热装置，导致反应器内产生局部高温，造成甲烷裂解或燃烧；采用的催化脱氧法本身是以损耗甲烷来脱除氧气，会增加甲烷损耗。
发明内容
本发明针对现有脱氧工艺中存在的不足，提供一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，以解决现有技术中存在的脱氧反应温度高、脱氧反应不充分而导致脱氧率低的问题。
实现上述目的和解决上述问题所采取的措施是一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，其所述工艺采用的双筒体移动床反应器是“Y”型双筒体与设置于“Y”型双筒体间的倒“Y”型结构在反应段相交通而构成；其所述工艺处理的原料是含氧量为3%~17%的煤层气，其所述工艺采用的脱氧剂是粒径为25~50mm的半焦或是长焰煤，其所述煤层气与脱氧剂在单位时间的进料质量比为（4.54~17.14）/1；其所述煤层气的脱氧工艺按下列步骤进行：
（1）将煤层气加压至0.01~0.1Mpa，送入预热器预热到280～320℃，再由底部进入双筒体移动床反应器的反应段，与进入的脱氧剂发生脱氧反应；反应温度为290～310℃，反应后的气体经反应器的蓄热段降温至95～105℃后，由双筒体移动床反应器上部输出，并进入冷却器冷却至25~35℃。
（2）将煤层气加压至0.01~0.1Mpa由双筒体移动床反应器上部进入与第一双筒体相对应的蓄热段预热至255～295℃后，进入双筒体反应器反应段与脱氧剂进行反应，反应温度为250~450℃，反应时间为25~35秒，反应后的产品气进入与第二双筒体相对应的蓄热段后温降至95～105℃，由双筒体移动床反应器上部进入冷却器冷却至25~35℃；通过阀门切换改变气体流向，将气体加压至0.01~0.1Mpa后，由双筒体移动床反应器上部进入与第二双筒体相对应的蓄热段预热至255～295℃，进入双筒体移动床反应段与脱氧剂进行脱氧反应，反应时间为25~35秒，进入与第一双筒体相对应的蓄热段降温至95～105℃，产品气经冷却器降温至25~35℃输出。
（3）重复步骤（2），进入稳态煤层气脱氧操作流程。
在上述技术方案中，本发明附加的技术特征还在于所述煤层气非催化脱氧工艺是采用对称结构的双筒体移动床反应器，由第一双筒体和第二双筒体构成，当第一双筒体输入煤层气时，第二双筒体输出脱氧产品气；当第二双筒体输入煤层气时，第一双筒体输出脱氧产品气；煤层气进入第一双筒体或第二双筒体时，气体和固体之间呈顺流形式流动；脱氧产品气离开第二双筒体或第一双筒体时，气体和固体之间呈逆流形式流动；所述煤层气的流速是0.1~0.5m/s；所述产品气的含氧量<1.5%。  
实现本发明所述的一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，与现有技术相比，本脱氧工艺所采用的反应器，设置的蓄热段可以实现产品气余热的高效回收利用，既可以降低产品气的出口温度，又能预热其原料气；设置的原料气支管可以在灰渣中脱氧剂含量增高时，打开阀门使一部分煤层气通过此管由反应器底部进入反应段，与未反应或未完全反应的脱氧剂进行脱氧反应，减少脱氧剂浪费；设置的换热管，增大了反应器内的换热面积，提高了换热效率，有效的解决了焦炭燃烧法中脱氧温度高的问题，无需调节反应器进口的原料气氧含量；所采用的脱氧剂脱氧效率高，脱氧温度低。本工艺流程简单，经济有效。
附图说明
图1 是本发明的工艺流程图。
图中：1：鼓风机；2：阀门；3：预热器；4：气体分布器；5：排灰装置；6：第二双筒体；7：冷却器；8：第二进气阀；9：第一出气阀；10：第二出气阀；11：第一进气阀；12：第一双筒体；13：阀门；14：阀门；15：阀门。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出说明。
实施本发明一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，其所述工艺是采用的移动床反应器，所述移动床反应器是“Y”型结构的双筒体移动床反应器，并在 “Y”型双筒体移动床反应器间设置有倒“Y”型结构，在反应段相连通而构成；其所述工艺所处理的原料气是含氧量为3%~17%的煤层气，其所述工艺采用的脱氧剂是粒径为25~50mm的半焦或是长焰煤破碎而得，其所述煤层气与脱氧剂在单位时间的进料按质量比为（4.54~17.14）/1；其所述煤层气的脱氧工艺按下列步骤进行：
步骤一，首先将煤层气加压至0.01~0.1Mpa，送入预热器3将煤层气预热到280～320℃，再由双筒体移动床反应器的底部送入反应段，在反应段与进入的脱氧剂发生脱氧反应，反应的温度为290~310℃，反应后的气体经反应器的蓄热段将温度降至95~105℃后，由双筒体移动床反应器上部输出，并进入冷却器7中将反应气冷却至25~35℃。
步骤二，将煤层气加压至0.01~0.1Mpa后，由双筒体移动床反应器上部进入与第一双筒体12相对应的蓄热段，将煤层气预热至255~295℃后，再进入双筒体反应器反应段与脱氧剂进行反应，反应温度为250~450℃，反应时间为25~35秒，后将反应后的产品气送入与第二双筒体6相对应的蓄热段后将温度降至95～105℃，再由双筒体移动床反应器上部送入冷却器7冷却至25~35℃；通过阀门切换改变气体流向，将气体加压至0.01~0.1Mpa后，由双筒体移动床反应器上部进入与第二双筒体6相对应的蓄热段并预热至255～295℃，进入双筒体移动床反应段与脱氧剂进行脱氧反应，反应时间为25~35秒，进入与第一双筒体12相对应的蓄热段降温至95～105℃，产品气经冷却器7降温至25~35℃输出。
步骤三，重复上述步骤二，进入稳态煤层气脱氧操作流程。
本发明一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，由于是采用对称结构的第一双筒体12和第二双筒体6构成的双筒体移动床反应器对煤层气进行非催化脱氧，因此，在对煤层气进行非催化脱氧时，当第一双筒体12输入煤层气时，第二双筒体6输出脱氧产品气；当第二双筒体6输入煤层气时，第一双筒体12输出脱氧产品气；煤层气进入第一双筒体12或第二双筒体6时，气体和固体之间呈顺流形式流动；脱氧产品气离开第二双筒体6或第一双筒体12时，气体和固体之间呈逆流形式流动，并进行交替循环对煤层气进行非催化脱氧，非催化脱氧时，煤层气的流速控制在0.1~0.5m/s之间，非催化脱氧的产品气的含氧量<1.5%。  
实施例1
实施本发明所述的一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，其脱氧剂采用粒径为350mm左右的半焦或者是长焰煤，其进料量控制在550kg/hr，所处理的原料煤层气的流量控制为3500Nm3/hr。原料煤层气经鼓风机1加压至0.07Mpa，进入预热器3预热至280℃，从反应器底部进入反应段，煤层气与半焦或长焰煤进行脱氧反应，使脱氧剂床层升温至300℃，反应完的气体进入反应器上部的蓄热段，预热蓄热介质后其温度降至120℃，该气体离开蓄热段，经过第一出气阀9和第二出气阀10进入冷却器7冷却至30℃，此时其余阀门均关闭。
阀门15、第一进气阀11和第一出气阀9开启，其余阀门均关闭，煤层气经鼓风机1加压至0.07Mpa，依次经过阀门15、第一进气阀11，由双筒体反应器上方进入与第一双筒体12相对应的蓄热段，此时蓄热段释放热量并预热煤层气至260℃，然后被预热的煤层气进入反应段与半焦或长焰煤进行脱氧反应。反应完的产品气进入与第二双筒体6相对应的蓄热段，预热蓄热介质，同时产品气被冷却到120℃，然后产品气经第一出气阀9进入冷却器7，并被冷却到30℃；反应进行30秒后，打开阀门15、第二进气阀8和第二出气阀10，其他阀门均关闭，实现气体流动方向的变换，此时煤层气由反应器上方进入与第二双筒体6相对应的蓄热段，并被预热到260℃后进入反应段与半焦或长焰煤进行脱氧反应。反应完的产品气进入与第一双筒体12相对应的蓄热段，预热其中的蓄热介质，其产品气温度降至120℃，之后产品气经第二出气阀10到达冷却器7，温度降至30℃。其各气体组分含量如下表1：
各气体组分含量表1
  流量/Nm3 O2/% N2/% CH4/% CO/% CO2/%
原料气 3500 11.16 45.51 43.33 0 0
产品气 3526  0.48 45.18 43.00 1.48 9.86
重复上述步骤，进入稳态煤层气脱氧操作流程。当灰中半焦含量超过5%时，打开相应的阀门13或阀门14，使一部分被预热的煤层气经阀门13或阀门14所在管道进入反应器底部，与未反应或未完全反应的半焦或长焰煤反应，避免脱氧剂浪费。反应进行的同时，设置于反应器内部的换热管中通有冷却水，可增大反应器内的换热面积，避免高温区的形成，反应器内产生的灰渣由排灰装置5排走。

Claims (3)

1.一种应用双筒体移动床反应器的煤层气非催化脱氧工艺，其所述工艺采用的双筒体移动床反应器是“Y”型双筒体与设置于“Y”型双筒体间的倒“Y”型结构在反应段相交通而构成；其所述工艺处理的原料气是含氧量为3%~17%的煤层气，其所述工艺采用的脱氧剂是粒径为25~50mm的半焦或是长焰煤，其所述煤层气与脱氧剂在单位时间的进料质量比为（4.54~17.14）/1；其所述煤层气的脱氧工艺按下列步骤进行：
（1）将煤层气加压至0.01~0.1MPa，送入预热器（3）预热到280～320℃，再由双筒体移动床反应器底部进入反应段，与进入的脱氧剂发生脱氧反应；反应温度为290~310℃，反应后的气体经反应器的蓄热段降温至95~105℃后，由双筒体移动床反应器上部输出，并进入冷却器（7）冷却至25~35℃；
（2）将煤层气加压至0.01~0.1MPa后，由双筒体移动床反应器上部进入与第一双筒体（12）相对应的蓄热段，预热至255~295℃后，进入双筒体反应器反应段与脱氧剂进行反应，反应温度为250~450℃，反应时间为25~35秒，反应后的产品气进入与第二双筒体（6）相对应的蓄热段后温降至95～105℃，由双筒体移动床反应器上部进入冷却器（7）冷却至25~35℃；通过阀门切换改变气体流向，将气体加压至0.01~0.1MPa后，由双筒体移动床反应器上部进入与第二双筒体（6）相对应的蓄热段并预热至255～295℃，进入双筒体移动床反应段与脱氧剂进行脱氧反应，反应时间为25~35秒，进入与第一双筒体（12）相对应的蓄热段降温至95～105℃，产品气经冷却器（7）降温至25~35℃输出；
（3）重复步骤（2），进入稳态煤层气脱氧操作流程；
其中，所述双筒体移动床反应器是由第一双筒体（12）和第二双筒体（6）构成，当第一双筒体（12）输入煤层气时，第二双筒体（6）输出脱氧产品气；当第二双筒体（6）输入煤层气时，第一双筒体（12）输出脱氧产品气；煤层气进入第一双筒体（12）或第二双筒体（6）时，气体和固体之间呈顺流形式流动；脱氧产品气离开第二双筒体（6）或第一双筒体（12）时，气体和固体之间呈逆流形式流动。
2.如权利要求1所述的脱氧工艺，其所述煤层气的流速是0.1~0.5m/s。
3.如权利要求1所述的脱氧工艺，其所述产品气的含氧量<1.5%。
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