專利名稱：一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置。
背景技術(shù)：
煤層氣，俗稱煤礦瓦斯，主要成分為甲烷(CH4)，另外還含有一定量的二氧化碳、氮 氣和氧氣等成分，是非常規(guī)天然氣。它是與煤伴生、共生的氣體資源。煤層氣因含有氧氣，除了直接用作為燃料或發(fā)電外，要加壓輸送或濃縮必須把氧 除掉，這樣才能保證后續(xù)工序的安全運行。目前可采用的煤層氣脫氧方法主要有催化脫氧 法(CN02113627.0)和焦炭燃燒法等。二者相比，催化脫氧法需要用到催化劑，脫氧成本較 高，焦炭燃燒法不需要使用催化劑，經(jīng)濟有效且操作簡單，可使煤層氣中氧含量降至1 %以 下，而甲烷基本不損失或損失較小。煤層氣的焦炭燃燒脫氧，主要是用焦炭與煤層氣中的氧 燃燒，從而除去煤層氣中的氧，工藝方法主要有非催化燃燒脫氧(CN02113627.0)和循環(huán)部 分脫氧冷卻后煤層氣至脫氧前煤層氣(一種煤層氣焦炭脫氧工藝CN1919986A)。前者由于 焦炭脫氧反應(yīng)器是一個絕熱反應(yīng)器，而脫氧過程中焦炭與氧反應(yīng)、甲烷與氧反應(yīng)等均是強 放熱反應(yīng)，因此，隨著反應(yīng)時間的進行，反應(yīng)器內(nèi)溫度不斷升高，甲烷裂解程度增大，要將反 應(yīng)溫度控制在所需溫度范圍比較困難。后者采用循環(huán)部分脫氧冷卻后煤層氣至脫氧前的煤 層氣中，雖可通過調(diào)節(jié)脫氧反應(yīng)器中煤層氣的氧含量來控制反應(yīng)溫度，但只對進入脫氧反 應(yīng)器中反應(yīng)氣體的氧含量調(diào)至5-9%的氣體進行脫氧，才有較好的效果，氧氣濃度低，循環(huán) 氣量大，且未采用水夾套結(jié)構(gòu)，不能很好的將脫氧反應(yīng)器中過多的熱量移出?，F(xiàn)有的固定床氣化裝置多是為煤氣化的用途而設(shè)計的，若用于煤層氣非催化除 氧，或高徑比較大，氣體在爐內(nèi)停留時間長，造成甲烷損耗嚴(yán)重；或排灰裝置多采用灰鎖結(jié) 構(gòu)排灰，在排灰時裝置內(nèi)會有少量的煤層氣隨灰渣一起排出，不利于安全生產(chǎn)；或裝置是絕 熱的，外無水夾套結(jié)構(gòu)，不能很好的保護爐壁及將裝置中過多的熱量移出，容易導(dǎo)致反應(yīng)器 內(nèi)溫度過高，進而造成煤層氣中甲烷的大量裂解，增大甲烷的損耗，均不能滿足煤層氣非催 化脫氧用途。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置。本實用新型提供的固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體1在內(nèi)的固定床煤 層氣脫氧裝置本體，其中，所述爐體1的側(cè)壁上設(shè)有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套2 ；該水 夾套2的上部通過管道與汽包23的進氣口相連，該水夾套的下部通過管道與汽包23的出 水口相連。該裝置中，所述固定床煤層氣脫氧裝置本體包括爐體1、位于爐體1底部并與煤層 氣進氣管16相通的爐篦21、通過管道與固定床反應(yīng)器的爐體1頂部相連的煤箱4、浸沒固 定床反應(yīng)器的爐體1底部的水封裝置18、位于水封裝置18之下的螺旋排灰機17和一端與 固定床反應(yīng)器的爐體1相連另一端與煤層氣出氣管6相連的噴淋塔5 ；所述爐篦21外側(cè)設(shè)有刮刀20 ；固定床反應(yīng)器的爐體1上方設(shè)有探火孔3 ；固定床反應(yīng)器的爐體1側(cè)壁上設(shè)有檢 修用人孔(檢修孔)22 ；所述水封裝置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封裝置18的 頂部設(shè)有超壓放散管19 ； 所述煤層氣出氣管6和煤層氣進氣管16之間通過三通甲26、三通乙25及位于所 述三通甲26和三通乙25之間的循環(huán)氣返回管10相通，所述三通甲26連接所述煤層氣出 氣管6與所述循環(huán)氣返回管10，所述三通乙25連接所述煤層氣進氣管16與所述循環(huán)氣返 回管10 ；所述循環(huán)氣返回管10上由上至下依次設(shè)有循環(huán)氣調(diào)壓閥7、流量計甲8和循環(huán)氣 壓縮機9 ；所述煤層氣進氣管16上按照離固定床反應(yīng)器的爐體由遠(yuǎn)及近依次設(shè)有阻火器 15、壓力傳感器14、超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、防止循環(huán)氣返回管10中的循環(huán)氣倒流入 煤層氣進氣管的止回閥11及流量計乙24 ；所述固定床反應(yīng)器的爐體1的高徑比為1. 5-3. 2，優(yōu)選1. 5-2. 4，此處所指高度是 指從爐體1頂面到爐體1錐體底面的距離，所述徑為爐體1的內(nèi)徑。該裝置中，所述水夾套裝置的作用是通過調(diào)節(jié)其中水流量達到控制所述除氧反應(yīng) 器爐體1內(nèi)除氧溫度的目的，由于除氧溫度較高，水夾套中會產(chǎn)生大量蒸汽，該蒸汽可通過 汽包蒸汽匯集器富集。所述汽包蒸汽匯集器23裝置的作用除了富集蒸汽外，還為所述水夾 套提供水分。所述煤箱4的作用是存儲并定量提供除氧所需燃料。所述爐體1上方所設(shè)探 火孔3的作用是探測爐內(nèi)溫度和檢查燃燒層的分布情況。所述水封裝置18的頂部所設(shè)超 壓放散管19的作用是在特殊情況下爐內(nèi)壓力過高時，將爐內(nèi)氣體導(dǎo)出。所述噴淋塔5的作 用是對脫氧煤層氣進行冷卻除塵。本實用新型提供的脫氧反應(yīng)裝置，適合于對CH4含量在20 % 50 %的煤層氣此原 料氣中的氧含量較高，為10. 6-16. 8%進行脫氧，當(dāng)原料氣中甲烷含量小于或等于28%時 即原料氣中氧含量大于15%時，需采用循環(huán)方式，循環(huán)后混合氣體的氧含量在10. 6-15% 時即可利用該脫氧裝置進行脫氧，循環(huán)后氧氣濃度較現(xiàn)有方法高，同樣生產(chǎn)規(guī)模所需的循 環(huán)氣量較現(xiàn)有方法能夠顯著減少，因而能夠降低能源消耗及生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該裝 置能夠通過調(diào)節(jié)焊接在脫氧反應(yīng)器外面的水夾套中的水流量及循環(huán)部分脫氧冷卻后的煤 層氣至脫氧前的煤層氣中，調(diào)節(jié)進入脫氧反應(yīng)器中反應(yīng)氣體的氧含量，可有效地將脫氧反 應(yīng)器內(nèi)溫度控制在適宜溫度范圍內(nèi)，避免反應(yīng)器內(nèi)溫度過高而造成煤層氣中甲烷的大量裂 解，不僅可有效地除去煤層氣中的氧，使煤層氣中氧含量降至0.5%以下，而且可最大限度 的減少甲烷裂解，使甲烷的損耗在5%以下，有利于甲烷資源的節(jié)約利用，同時使裝置內(nèi)氣 體的組成處于爆炸氣體組成的范圍之外，降低脫氧過程中爆炸的可能性，提高整個工藝過 程的安全性。該裝置具有除氧徹底迅速、投資消耗低、設(shè)備緊湊、占地面積小、排污量少等優(yōu) 點，在煤層氣除氧領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

圖1為本實用新型提供的固定床煤層氣非催化除氧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為 固定床反應(yīng)器的爐體，2為水夾套，3為探火孔，4為煤箱，5為噴淋塔，6為煤層氣出氣管，7 為循環(huán)氣調(diào)壓閥，8為流量計甲，9為循環(huán)壓縮機，10為循環(huán)氣返回管，11為止回閥，12為進 氣調(diào)壓閥，13為超壓截斷閥，14為壓力傳感器，15為阻火器，16為煤層氣進氣管，17為螺旋排灰機，18為水封裝置，19為超壓放散管，20為刮刀，21為爐篦，22為檢修用人孔，23為汽包(蒸汽匯集器)，24為流量計乙，25為三通乙，26為三通甲。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不限于以下實 施例。實施例1、圖1所示固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體1在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧 裝置本體，其中，爐體1的側(cè)壁上設(shè)有包圍著爐體側(cè)壁的水夾套2 ；該水夾套2的上部通過 管道與汽包23的進氣口相連，水夾套2內(nèi)蒸汽通過此管道進入汽包23，該水夾套2的下部 的進水管與汽包23的出水口相連，水由汽包23經(jīng)此管道進入水夾套2。該裝置中，固定床煤層氣的脫氧裝置的本體包括爐體1、位于爐體1的底部并與煤 層氣進氣管16相通的爐篦21、通過管道與固定床反應(yīng)器的爐體1頂部相連的煤箱4、浸沒 固定床反應(yīng)器的爐體1底部的水封裝置18、位于水封裝置18之下的螺旋排灰機17和一端 與固定床反應(yīng)器的爐體1相連另一端與煤層氣出氣管6相連的噴淋塔5 ；爐篦21外側(cè)設(shè)有 刮刀20 ；固定床反應(yīng)器的爐體1上方設(shè)有探火孔3 ；固定床反應(yīng)器的爐體1側(cè)壁上設(shè)有檢修 用人孔22 ；水封裝置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封裝置18的頂部設(shè)有超壓放 散管19;煤層氣出氣管6和煤層氣進氣管16之間通過三通甲26、三通乙25及位于所述三 通甲26和三通乙25之間的循環(huán)氣返回管10相通，三通甲26連接煤層氣出氣管與循環(huán)氣 返回管10，三通乙25連接煤層氣進氣管16與循環(huán)氣返回管10 ；循環(huán)氣返回管10上由上至 下依次設(shè)有循環(huán)氣調(diào)壓閥7、流量計甲8和循環(huán)氣壓縮機9 ；煤層氣進氣管16上按照離固定床反應(yīng)器的爐體由遠(yuǎn)及近依次設(shè)有阻火器15、壓 力傳感器14、超壓截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、防止循環(huán)氣返回管10中的循環(huán)氣倒流入煤層 氣進氣管的止回閥11及流量計乙24 ；該固定床反應(yīng)器的爐體1的高徑比為1. 67，內(nèi)徑為3m，高為5m。此處所指高度是 指從爐體1頂面到爐體1錐體底面的距離，徑為爐體1的內(nèi)徑。實施例2、利用實施例1提供的脫氧裝置進行煤層氣的脫氧開啟圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置該裝置固定床反應(yīng)器的爐體1的內(nèi)徑為 3m、高為5m的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25-50mm的無煙煤作為脫氧燃料，將該脫氧燃 料經(jīng)煤箱4加入固定床反應(yīng)器的爐體1中，加料量為900kg/h，流量為7630Nm3/h (氣流速度 為0. 3m/s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管16上的阻火器15、壓力傳感器14、超壓 截斷閥13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦21進入固定床反應(yīng)器的爐體 1內(nèi)，與脫氧燃料進行脫氧反應(yīng)，固定床反應(yīng)器的爐體內(nèi)脫氧反應(yīng)壓力為8KPa，控制汽包23 進水管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應(yīng)的溫度為760°C 士20°C，反應(yīng)5s后，反應(yīng)完畢的氣 體經(jīng)噴淋塔5冷卻，冷卻后的氣體一部分經(jīng)循環(huán)氣返回管10上的循環(huán)氣調(diào)壓閥7、流量計 甲8和循環(huán)氣壓縮機9進行壓縮后，在三通乙處與原料氣混合，混合氣體的流量為7630Nm3/ h(氣流速度為0. 3m/s)，原料氣中各組分名稱及體積百分比如下C02 0 . 57%,O2 16. 15%, N2 63. 25%和CH4 20. 03%，循環(huán)比為0. 31，控制混合后的氣體中氧含量為12%，混合氣體由爐篦21進入固定床反應(yīng)器的爐體1內(nèi)，與脫氧燃料繼續(xù)進行脫氧反應(yīng)，冷卻后的另一部分 氣體直接由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應(yīng)過程中產(chǎn)生的灰渣由爐篦 21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為循環(huán)后混合氣體中各組分名稱及體積百分比如下H2 0.30%, CO2 2.84%, O2
12.47%,N2 62.94%,CH4 20.00%,CO 1.45%，由煤層氣出氣管6排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比如下H2 1.29%,CO2 10.27%,O2 0.46%,N2 61.90%,CH4 19.90%和 CO 6.18%。按照物料平衡方法已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應(yīng)，脫氧反應(yīng) 前后其總量保持不變，求出脫氧反應(yīng)后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的體 積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤層 氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。計算脫氧后 甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1. 13%。實施例3、利用實施例1提供的脫氧裝置進行煤層氣的脫氧關(guān)閉圖1固定床煤層氣非催化脫氧裝置該裝置固定床反應(yīng)器1的內(nèi)徑為3m、高為 5m的循環(huán)氣調(diào)壓閥7后，采用粒徑為25-50mm的半焦炭作為脫氧燃料，將該脫氧燃料經(jīng)煤箱 4加入固定床反應(yīng)器的爐體1中，加料量為200kg/h，流量為2543Nm3/h (氣流速度為0. Im/ s)的煤層氣(原料氣)經(jīng)過煤層氣進氣管16上的阻火器15、壓力傳感器14、超壓截斷閥
13、進氣調(diào)壓閥12、止回閥11和流量計乙24后，由爐篦21進入固定床反應(yīng)器的爐體1內(nèi)， 與脫氧燃料進行脫氧反應(yīng)，固定床反應(yīng)器的爐體內(nèi)脫氧反應(yīng)壓力為7KPa，控制汽包23進水 管中水的溫度為5-25°C，使脫氧反應(yīng)的溫度為690°C 士20°C，反應(yīng)8s后，反應(yīng)完畢的氣體經(jīng) 噴淋塔5冷卻，由煤層氣出氣管6排出，完成煤層氣的脫氧；脫氧反應(yīng)過程中產(chǎn)生的灰渣由 爐篦21掉入水封裝置18的渣池內(nèi)，并由螺旋排灰機17排出。作為原料氣的煤層氣中各組分名稱及體積百分比如下C02 0 .36%, O2 10.69%, N2 39.91%和CH4 49.04%，由煤層氣出氣管6排出的煤層氣中，各組分名稱及體積百分比 如下=H2 0.81%, CO2 7.19%, O2 0.38%, N2 39.10%, CH4 47.09%, CO 5.43%。按照物料平衡方法已知脫氧前煤層氣的體積，利用N2不參與脫氧反應(yīng)，脫氧反應(yīng) 前后其總量保持不變，求出脫氧反應(yīng)后煤層氣的體積，再根據(jù)脫氧前后煤層氣中甲烷的體 積百分含量，求出脫氧前后煤層氣中甲烷的量；脫氧前煤層氣中甲烷的量減掉脫氧后煤層 氣中甲烷的量除以脫氧前煤層氣中甲烷的量即可求出脫氧前后甲烷的損失率。計算脫氧后 甲烷的損失率，可知按照上述方法進行脫氧處理后，CH4的損失率為1.99%。
權(quán)利要求一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置，它包括爐體(1)在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧裝置本體，其特征在于所述爐體(1)的側(cè)壁上設(shè)有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套(2)；該水夾套(2)的上部通過管道與汽包(23)的進氣口相連，該水夾套的下部通過管道與汽包(23)的出水口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述固定床煤層氣脫氧裝置本體包括爐 體(1)、位于爐體(1)底部并與煤層氣進氣管(16)相通的爐篦(21)、通過管道與固定床反 應(yīng)器的爐體(1)頂部相連的煤箱(4)、浸沒固定床反應(yīng)器的爐體(1)底部的水封裝置(18)、 位于水封裝置(18)之下的螺旋排灰機(17)和一端與固定床反應(yīng)器的爐體(1)相連另一端 與煤層氣出氣管(6)相連的噴淋塔(5)；所述煤層氣出氣管(6)和煤層氣進氣管(16)之間通過三通甲(26)、三通乙(25)及位 于所述三通甲(26)和三通乙(25)之間的循環(huán)氣返回管(10)相通，所述三通甲(26)連接 所述煤層氣出氣管(6)與所述循環(huán)氣返回管(10)，所述三通乙(25)連接所述煤層氣進氣管 (16)與所述循環(huán)氣返回管(10)；所述循環(huán)氣返回管(10)上由上至下依次設(shè)有循環(huán)氣調(diào)壓 閥(7)、流量計甲(8)和循環(huán)氣壓縮機(9)；所述煤層氣進氣管(16)上按照離固定床反應(yīng)器的爐體由遠(yuǎn)及近依次設(shè)有阻火器 (15)、壓力傳感器(14)、超壓截斷閥(13)、進氣調(diào)壓閥(12)、防止循環(huán)氣返回管(10)中的循 環(huán)氣倒流入煤層氣進氣管的止回閥(11)及流量計乙(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述固定床(24)上設(shè)有爐篦(21)和位 于所述爐篦(21)外側(cè)的刮刀(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述固定床反應(yīng)器的爐體(1)上方設(shè)有 探火孔⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述固定床反應(yīng)器的爐體(1)側(cè)壁上設(shè) 有檢修用人孔(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述水封裝置(18)包括水封和位于水封 下方的渣池，所述水封裝置(18)的頂部設(shè)有超壓放散管(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述排灰裝置(17)為螺旋排灰機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的裝置，其特征在于所述固定床反應(yīng)器的爐體(1)的 高徑比為1. 5-3. 2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述固定床反應(yīng)器的爐體(1)的高徑比 為 1. 5-2. 4。
專利摘要本實用新型公開了一種固定床煤層氣非催化脫氧裝置。該裝置，包括爐體(1)在內(nèi)的固定床煤層氣脫氧裝置本體，其中，所述爐體(1)的側(cè)壁上設(shè)有包圍著所述爐體側(cè)壁的水夾套(2)；該水夾套(2)的上部通過管道與汽包(23)的進氣口相連，該水夾套的下部通過管道與汽包(23)的出水口相連。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)脫氧冷卻后的煤層氣與脫氧前煤層氣的混合，達到調(diào)節(jié)固定床反應(yīng)器中反應(yīng)氣體氧含量的目的，進而可有效控制爐溫，避免反應(yīng)器內(nèi)溫度過高而造成煤層氣中甲烷的大量裂解。
文檔編號C10L3/10GK201770681SQ20102029582
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者吳濤, 張科達, 徐春霞, 文芳, 李小亮, 楊宗仁, 段超, 王鵬, 董衛(wèi)果 申請人:煤炭科學(xué)研究總院