專利名稱：一種流化床抽放氣脫氧方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種抽放氣脫氧方法和設備，具體涉及一種流化床抽放氣脫氧的方法及其設備。
背景技術：
我國煤層氣資源豐富，據(jù)估算，埋深小于2000米的煤層氣資源量有30～35萬億立方米，與陸上常規(guī)基本天然氣相當。開發(fā)利用煤層氣有利于改善能源結構，減少環(huán)境污染，改善煤礦生產(chǎn)安全條件。國家將積極支持煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使其成為煤炭工業(yè)新的增長點。2000年煤層氣產(chǎn)量約8.6億立方米，2005年計劃達到30～40億立方米，2010年達到100億立方米，2015年達到200億立方米。實際抽放煤層氣甲烷濃度約為50％，含有約10％左右的氧，直接采用成熟的變壓吸附法分離純化甲烷，其壓縮過程中存在爆炸危險，安全沒有保障，無法實施，必須先進行脫氧操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)操作、效率高、運行費用低、安全可靠的抽放氣脫氧方法及其設備。
本發(fā)明原理是利用傳熱性能極好的流化床反應器實現(xiàn)低溫抽放氣脫氧，干碎焦在流化床反應器中與抽放氣中的氧氣在400-500℃低溫條件下發(fā)生部分氧化(燃燒)反應，生成CO、CO2等氣體，脫除氧氣同時放出熱量，維持反應繼續(xù)進行。多余熱量通過換熱管經(jīng)熱交換移出反應器。
本發(fā)明抽放氣脫氧方法具體實施步驟原料焦先破碎到＜8mm，然后烘干至含水量5％以下，進入流化床反應器下部，抽放氣由流化床反應器下部的分布噴嘴進入流化床反應器，床層氣速控制在1-2m/s范圍內(nèi)，原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.5-0.7kg/m3，在400-500℃低溫條件下發(fā)生部分氧化反應，流化床反應器下部為濃相區(qū)，上部為稀相區(qū)，分別設置換熱管進行移熱，反應生成的灰渣經(jīng)排灰管冷卻后排出，反應形成的脫氧氣體從流化床反應器上部引出經(jīng)除塵后進入洗滌冷卻系統(tǒng)，得潔凈脫氧氣體。
為實現(xiàn)上述發(fā)明，設計了一種專用流化床反應器，它是由爐體，抽放氣進氣口、脫氧氣出口、進煤口、排灰管組成，其特征在于爐體上部為稀相區(qū)、下部為濃相區(qū)，爐體頂部有脫氧氣出口、爐體上部內(nèi)設有換熱水管組，換熱入水口、換熱出水口分別與換熱水管組相連，爐體下部有進煤口，爐體下部內(nèi)設有換熱水管組、錐型耐熱體和氣體分布噴嘴，換熱入水口、換熱出水口分別與換熱水管組相連，氣體噴嘴與錐型耐熱體相連，爐體底部設有排灰管，排灰管外有水冷套筒。
如上所述的氣體噴嘴均勻分布在錐型耐熱體上，氣體噴嘴為3-12個。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.采用噴嘴流化床脫氧反應器，結構簡單，投資小，安全可靠，單臺處理能力高，移熱速率快。
2.考慮到部分氧化反應的動力學特性，采用400-500℃低溫操作，能耗低。
3.采用焦作為脫氧劑，成本低且用量少，經(jīng)濟性好。
以下結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步的詳細說明。
圖面說明

圖1是流化床抽放氣脫氧工藝流程示意圖。
圖2是流化床脫氧反應器結構示意圖。
圖3為流化床脫氧反應器的A-A截面示意圖。
如圖所示，1是進料斗，2皮帶輸送機，3是破碎機，4是提升機，5是篩分，6是烘干器，7是提升機，8是焦倉，9是振動給料器，10是提升機，11是給料斗，12是給料絞龍，13是流化床反應器，14、16是換熱入水口，15、17是換熱出水口，18是錐型耐熱體，19是排灰管，20是排灰冷卻入水入口，21是排灰冷卻出水出口，22是排灰絞龍，23是灰渣，24是旋風分離器，25是飛灰料斗，26是飛灰，27是水洗塔，28是凈化脫氧抽放氣，29是洗滌入水，30是洗滌出水，31是分氣缸，32是抽放氣，33是脫氧氣出口，34是反應器爐體，35是置于反應器內(nèi)部的換熱水管組，36進氣噴嘴，37是抽放氣進氣口，38是進煤口。
流化床脫氧反應器是由爐體34，抽放氣進氣口37、脫氧氣出口33、進煤口38、排灰管19組成，其特征在于爐體34上部為稀相區(qū)、下部為濃相區(qū)，爐體34頂部有脫氧氣出口33、爐體34上部內(nèi)設有換熱水管組35，換熱入水口16、換熱出水口17分別與換熱水管組35相連，爐體34下部有進煤口38，爐體34下部內(nèi)設有換熱水管組35、錐型耐熱體18和氣體分布噴嘴36，換熱入水口14、換熱出水口15分別與換熱水管組35相連，氣體噴嘴36與錐型耐熱體18相連，爐體34底部設有排灰管19，排灰管19外有水冷套筒。
實施例1利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑＜8mm。操作條件為溫度400℃，壓力0.1MPa(絕壓)。入口抽放氣組成為(體積百分率)CH4含量50％，N2含量40％，O2含量10％。首先，將粒徑為＜30mm焦顆粒裝入進料斗1，經(jīng)過輸送機2進入破碎機3，再經(jīng)提升機4和篩分5得到＜8mm顆粒，然后進入烘干機6烘干，保證外在水分含量小于5％，獲得的干焦顆粒經(jīng)提升機7進入焦倉8，然后由振動給料器9給入提升機10，提升至進料系統(tǒng)11，在絞龍12控制下以一定速度進入流化床反應器13下部。反應器13在進料前已經(jīng)烘爐加熱至500℃。在進料同時，抽放氣32經(jīng)分氣缸31經(jīng)計量后進入反應器流化噴嘴36，控制抽放氣在反應器13內(nèi)工況氣速1m/s，使原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.5kg/m3，在反應器13底部濃相區(qū)將焦顆粒流化，充分混和，抽放氣中的氧與焦在上述溫度條件下發(fā)生部分氧化反應，氧氣被消耗的同時放出熱量，維持脫氧反應繼續(xù)進行。由于所放出的熱量比維持脫氧反應所需熱量多，剩余熱量需通過反應器所設移換熱水管組35移出，通過控制換熱水量調節(jié)換熱量，維持反應溫度在400℃。脫氧后的氣體從脫氧氣出口33進入旋風分離器24，除去所攜帶的飛灰顆粒之后進入水洗塔27，得潔凈脫氧氣體。焦反應后剩余的灰通過排灰管19經(jīng)冷卻水冷卻由排灰絞龍22排出；少部分由飛灰?guī)С觯ㄟ^旋風分離器24經(jīng)飛灰料斗25排出系統(tǒng)，維持連續(xù)運行。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量近50％，N2含量約40％，CO2含量7％，CO含量3％，還包括微量H2。
實施例2利用陜西彬縣煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、操作條件為、入口抽放氣組成與實施例1相同。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量近50％，N2含量約30.2％，CO2含量7.2％，CO含量3.6％，還包括微量H2。
實施例3利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、操作條件為與實施例1相同。入口抽放氣組成為(體積百分率)CH4含量70％，N2含量24％，O2含量6％。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量69.5％，N2含量約23％，CO2含量4.8％，CO含量2.7％，還包括微量H2。
實施例4利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、操作條件為與實施例1相同。入口抽放氣組成為(體積百分率)CH4含量90％，N2含量8％，O2含量2％。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量89.4％，N2含量約7.8％，CO2含量1.8％，CO含量0.8％，還包括微量H2。
實施例5利用陜西彬縣煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、操作條件為與實施例1相同。入口抽放氣組成為(體積百分率)CH4含量70％，N2含量24％，O2含量6％。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量69.7％，N2含量約23％，CO2含量4.7％，CO含量2.6％，還包括微量H2。
實施例6利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、入口抽放氣組成為與實施例1相同。操作條件為反應溫度500℃，壓力0.1MPa(絕對壓力)，抽放氣在反應器內(nèi)工況氣速1m/s，使原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.7kg/m3。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量近50％，N2含量約40％，CO2含量6％，CO含量4％，還包括微量H2。
實施例7利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、入口抽放氣組成為與實施例1相同。操作條件為反應溫度480℃，壓力0.1MPa(絕對壓力)，抽放氣在反應器內(nèi)工況氣速2m/s，使原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.6kg/m3。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量近50％，N2含量約40％，CO2含量6％，CO含量4％，還包括微量H2。
實施例8利用陜縣興隆煤焦顆粒作為脫氧劑，粒徑、入口抽放氣組成為與實施例1相同。操作條件為反應溫度450℃，壓力0.2MPa(絕對壓力)，抽放氣在反應器內(nèi)工況氣速1.5m/s，使原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.6kg/m3。經(jīng)8小時穩(wěn)定運行，水洗后的氣體中無氧，CH4含量近50％，N2含量約40％，CO2含量6％，CO含量4％，還包括微量H2。
權利要求
1.一種流化床抽放氣脫氧方法，其特征在于包括如下步驟原料焦先破碎到＜8mm，然后烘干至含水量5％以下，進入流化床反應器下部，抽放氣由流化床反應器下部的分布噴嘴進入流化床反應器，床層氣速控制在1-2m/s范圍內(nèi)，原料焦中含碳量與抽放氣中氧的比例為0.5-0.7kg/m3，在400-500℃低溫條件下發(fā)生部分氧化反應，流化床反應器下部為濃相區(qū)，上部為稀相區(qū)，分別設置換熱管進行移熱，反應生成的灰渣經(jīng)排灰管冷卻后排出，反應形成的脫氧氣體從流化床反應器上部引出經(jīng)除塵后進入洗滌冷卻系統(tǒng)，得潔凈脫氧氣體。
2.如權利要求1所述的一種流化床抽放氣脫氧方法所用設備，其特征在于流化床脫氧反應器是由爐體(34)，抽放氣進氣口(37)、脫氧氣出口(33)、進煤口(38)、排灰管(19)組成，其特征在于爐體(34)上部為稀相區(qū)、下部為濃相區(qū)，爐體(34)頂部有脫氧氣出口(33)、爐體(34)上部內(nèi)設有換熱水管組(35)，換熱入水口(16)、換熱出水口(17)分別與換熱水管組(35)相連，爐體(34)下部有進煤口(38)，爐體(34)下部內(nèi)設有換熱水管組(35)、錐型耐熱體(18)和氣體分布噴嘴(36)，換熱入水口(14)、換熱出水口(15)分別與換熱水管組(35)相連，氣體噴嘴(36)與錐型耐熱體(18)相連，爐體(34)底部設有排灰管(19)，排灰管(19)外有水冷套筒。
3.如權利要求2所述的一種流化床抽放氣脫氧方法所用設備，其特征在于所述的氣體噴嘴均勻分布在錐型耐熱體上，氣體噴嘴為3-12個。
全文摘要
一種流化床抽放氣脫氧方法是采用焦顆粒為脫氧劑和流化床反應器，抽放氣進入流化床，使床層中焦顆粒流化，氣固兩相充分混和接觸，抽放氣中的氧與焦顆粒中的碳在400－500℃低溫條件下發(fā)生部分氧化反應，消耗氧的同時放出一定熱量，利用流化床反應器傳熱速率快的特點，可將反應所產(chǎn)生的多余熱量方便移出，達到脫氧的目的。本發(fā)明的特點在于，采用焦顆粒為脫氧劑和流化床反應器低溫操作。本發(fā)明的流化床反應器具有設備結構簡單、投資少，單臺抽放氣處理能力高，過程連續(xù)穩(wěn)定、易于控制操作，無爆炸危險，能耗低、效率高的優(yōu)點。
文檔編號C10J3/48GK1804002SQ200510048148
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權日2005年12月1日
發(fā)明者吳晉滬, 王洋, 孫志強, 白季鋼, 馬小云 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所