CN1919986A

CN1919986A - 一种煤层气焦炭脱氧工艺

Info

Publication number: CN1919986A
Application number: CN 200610021720
Authority: CN
Inventors: 胡善霖; 廖炯; 曾健; 陈耀壮
Original assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Current assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-02-28

Abstract

本发明公开了一种煤层气焦炭脱氧工艺，将煤层气通过脱氧反应器中炽热的焦炭层或无烟煤层脱氧，控制脱氧反应温度为600－1000℃，压力为常压，然后再进行废热回收—除尘—冷却处理；在该脱氧过程中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至5－9％。采用本工艺可较好的控制反应温度，有效地除去煤层气中的氧，并最大限度地减少甲烷裂解，以保证甲烷的损耗在5％以下，同时降低脱氧过程中***的可能性，提高安全性。

Description

一种煤层气焦炭脱氧工艺

技术领域

本发明涉及煤层气综合利用前的脱氧工艺。

背景技术

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分为甲烷，大量存在于煤层中，属于非常规天然气；煤层气是造成煤矿井下事故的主要原因之一。实际上，煤层气是一种热值高、无污染的新能源，可作为发电燃料、工业燃料、化工原料和居民生活燃料等。如果对其合理利用，则可以弥补能源短缺；与此同时，对煤层气的回收利用还有助于保护环境。因为煤层气随着煤炭开采泄漏到空气中会加剧全球温室效应。但由于煤层气中甲烷的含量相对较低，空气的含量较大，直接利用相对较难，致使大量的煤层气长期未能得到很好的利用，不但造成大量的资源浪费，还造成环境污染。

为了充分利用煤层气这一资源，更为了保证后续工艺的安全操作，必须先脱除煤层气中的氧，使其组成避开***气体组成的范围。对于中等浓度的矿井煤层气，经脱氧脱硫后已符合国家城市燃气标准的产品气，可直接作为城市燃气。如再经变压吸附或深冷法浓缩提纯，得到甲烷(CH₄)含量高于93％的优质气体，或者纯度更高的浓缩气，可作为工业原料、燃料和民用燃料、压缩天然气CNG或液化天然气CNG等之用。

本发明人曾于1985年申请了名称为“变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷”的中国专利(CN85103557)，在该专利中公开了一种利用变压吸附技术从气体混合物(煤矿瓦斯气)中分离和富集甲烷的方法，可很好的利用煤层气，节约能源。但是，一般情况下，甲烷在浓缩提纯过程中，排放废气的氧含量也被浓缩提高，同时，废气中不可避免的还含有5-15％的甲烷气，致使排放废气的组成处于***气体组成的范围，因此，在排放废气管道内始终存在***的危险，这样就使该技术的推广应用受到了限制。

为了减少***的危险，促进煤层气的合理应用，在加工利用煤层气之前进行安全有效的脱氧处理显得尤为重要。

目前可采用的脱氧方法主要有催化脱氧法(CN02113628.9)和焦炭燃烧法(非催化燃烧脱氧，CN02113627.0)等，前者使煤层气在一定温度下通过催化剂床层，在较高空速下利用甲烷和氧反应迅速脱氧；后者使煤层气经预热后进入反应器，在反应器内通过高温焦炭床层脱氧生成CO、CO₂，同时生成少量的H₂和水。二者相比，焦炭燃烧法更为经济有效且操作简单，不需要使用催化剂，可使煤层气中氧含量降至1％以下，而甲烷基本不损失或损失较小，且更为节约水、电等资源，对环境基本上没有不利影响。但焦炭燃烧法在反应过程中温度的控制是一难点，如果反应温度过低，煤层气脱氧不完全，且焦炭燃烧也不完全，使得焦炭消耗量增大，浪费资源；如果反应温度过高，则甲烷裂解程度增大，也造成能源的浪费。且由于脱氧过程中的焦炭与氧反应、甲烷与氧反应等均是强放热反应，而焦炭脱氧反应器是一个绝热反应器，因此，随着反应时间的延长，反应器中的温度也不断升高，要将反应温度保持在所需温度范围比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的煤层气焦炭脱氧工艺，采用本工艺可较好的控制反应温度，有效地除去煤层气中的氧，并最大限度地减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5％以下，同时降低脱氧过程中***的可能性，提高安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种煤层气焦炭脱氧工艺，将煤层气通过脱氧反应器中炽热的焦炭层或无烟煤层脱氧，控制脱氧反应温度为600-1000℃，以700-800℃为优，压力为常压，然后再进行废热回收-除尘-冷却等处理；在该脱氧过程中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至5-9％，以7-8％为优。

本发明煤层气焦炭脱氧过程可在固定床反应器中进行，所用的焦炭的固定炭含量(质量分数)以不小于80％为宜；也可用含炭量高的无烟煤代替焦炭。

本发明煤层气脱氧过程中，在高温条件下，煤层气中的氧与焦炭或无烟煤中的炭发生化学反应；同时少量的甲烷发生裂解产生氢气和炭，新产生的炭又与氧反应，从而达到有效除去煤层气中氧的目的。其中，发生的主要化学反应如下：

同时，在高温下少量甲烷发生以下化学反应：

通过本发明方法脱氧后的煤层气，再经脱硫等处理后即可送到下一步进行浓缩提纯等后续工艺。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在煤层气焦炭脱氧过程中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至适宜范围，可更为有效地将脱氧反应的温度控制在适宜范围内，使反应温度不至过高而造成煤层气中甲烷的大量裂解，不仅可有效地除去煤层气中的氧，使煤层气中氧含量降至0.5％以下，而且可最大限度地减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5％以下，有利于甲烷资源的节约利用，同时使排放废气的组成处于***气体组成的范围之外，降低脱氧过程中***的可能性，提高整个工艺过程的安全性。

附图说明

图1为本发明煤层气焦炭脱氧工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例煤层气焦炭脱氧工艺如下：

在直径为32mm的反应器内，装填200ml冶金焦炭，在常压下，以0.5M³/hr的流速通入体积组成为O₂ 10.5％、N₂ 39.5％、CH₄ 50％的原料煤层气，随着反应的持续进行，反应温度可升高到1008℃左右，温度偏高；通过测定，脱氧后的煤层气组成(体积百分数，干基)为：CH₄ 42.98％、N₂ 39.8％、O₂ 0％、CO₂ 5.10％、CO 6.52％、H₂ 5.6％。

本实施例中，没有循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的原料煤层气中，进入脱氧反应器的原料煤层气中氧含量较高，使反应过程中的温度偏高，高于理想的温度范围，反应过程中甲烷裂解损失较大。

实施例2

本实施例煤层气焦炭脱氧工艺如下：

在直径为32mm的反应器内，装填200ml冶金焦炭，在常压下，以0.5M³/hr的流速通入原料煤层气，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的原料煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量，使其中各组分的体积组成为O₂ 7.14％、N₂ 26.86％、CH₄ 66％，随着反应的持续进行，反应温度可控制在780℃左右，为比较理想的反应温度；通过测定，脱氧后的煤层气组成(体积百分数，干基)为：CH₄ 64.69％、N₂ 26.86％、O₂ 0％、CO₂ 4.11％、CO 2.84％、H₂ 1.5％。

实施例3

本实施例煤层气焦炭脱氧工艺如下：

在直径为32mm的反应器内，装填200ml冶金焦炭，在常压下，以0.5M³/hr的流速通入原料煤层气，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的原料煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量，使其中各组分的体积组成为O₂ 6.3％、N₂ 23.7％、CH₄ 70％，随着反应的持续进行，反应温度可控制在670℃左右，为比较理想的反应温度；通过测定，脱氧后的煤层气组成(体积百分数，干基)为：CH₄ 68.25％、N₂ 23.7％、O₂ 0.46％、CO₂ 5.08％、CO 1.93％、H₂ 0.58％。

实施例2和实施例3中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的原料煤层气中，使进入脱氧反应器的原料煤层气中氧含量较为合适，反应过程中的温度控制在较理想的范围，甲烷裂解损失较小。

由上述实施例1-3可以看出，反应前的原料煤层气中氧含量过高可导致脱氧反应温度偏高，甲烷裂解损失加大，甲烷裂解生成物H₂和CO量增大；而在适宜的氧含量范围内，脱氧反应温度也较容易的控制在适宜的范围内，甲烷裂解损失较小，甲烷裂解生成物H₂和CO量较低。

Claims

1.一种煤层气焦炭脱氧工艺，将煤层气通过脱氧反应器中炽热的焦炭层或无烟煤层脱氧，控制脱氧反应温度为600-1000℃，压力为常压，然后再进行废热回收-除尘-冷却处理，其特征在于：在脱氧过程中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至5-9％。

2.根据权利要求1所述的煤层气焦炭脱氧工艺，其特征在于：所述的脱氧反应温度为700-800℃。

3.根据权利要求1所述的煤层气焦炭脱氧工艺，其特征在于：在脱氧过程中，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至7-8％。