一种固定床煤层气非催化脱氧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固定床煤层气非催化脱氧装置及方法，该装置包括固定床脱氧炉，其中炉体的侧壁及锥形炉顶上设有包围着所述炉体侧壁及锥形炉顶的水夹套；锥形炉顶部分的水夹套的上部与汽包进水口相连，水夹套底部与汽包出水口相连；炉体内设有环形煤层气气管和喷水管。利用该装置进行煤层气脱氧，充分利用了煤料热解、水煤气反应产生的H2脱氧，且煤层气分上下两路进入炉体内，煤层气处理量大，且可有效控制脱氧温度，使煤层气中氧含量降至0.5%以下，且能最大限度的减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5%以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤气脱氧领域，具体涉及一种固定床煤层气非催化脱氧装置及方法。
技术介绍
煤层气，俗称煤矿瓦斯，是与煤伴生、共生的气体资源，主要成分为甲烷，另外还含有一定量的二氧化碳、氮气和氧气等成分，是非常规天然气。煤层气具有易爆特性，是造成煤矿井下事故的主要原因。实际上，煤层气也是一种热值高无污染的能源，可用于发电、工业、化工等各行业，也可直接用于居民生活。甲烷是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的20倍以上，如果能合理利用煤层气，可以弥补能源短缺，且煤层气回收利用还有利于环境保护。按照甲烷含量的不同，煤层气可分为高甲烷含量(>80％)的气体，中甲烷含量(30％～80％)的气体和低甲烷浓度(<30％)的气体。对于高甲烷浓度气体，其使用率已经接近100％，而对于中低甲烷浓度的气体，由于其中存在的氧气和氮气导致了安全性和分离经济效益的问题，尤其是其中氧气的存在导致的安全性问题，已经成为制约中低甲烷浓度煤层气利用的瓶颈。目前，煤层气脱氧的方法主要有：焦炭燃烧法（ZL02113627.0，CN1919986A）和催化脱氧法（ZL02113628.9，CN101139239A）。焦炭脱氧工艺是将煤层气通过反应装置中炽热的焦炭或无烟煤层，让煤层气中的氧气与焦炭或煤层反应从而达到脱氧的目的。中国专利CN1919986A公开了一种煤层气焦炭脱氧工艺：在该脱氧过程中，循环了部分脱氧冷却后的煤层气到脱氧前的煤层气中，可将进入脱氧反应器的煤层气的氧含量调节至5%~9%。这个工艺虽较好的控制了反应温度，除去了煤层气的氧、降低脱氧过程中爆炸的可能性，且最大限度的减少甲烷裂解，但该工艺采用焦炭作燃料能耗高，反应温度偏高。催化脱氧工艺是在催化剂的作用下，氧与甲烷反应从而脱除氧。甲烷与氧反应是强放热反应，在反应过程中氧含量愈高，设备温升愈大。如含10％氧的煤层气一次通过反应，煤层气温度将高达1000℃以上，使大量的甲烷裂解，造成甲烷损失。因此，如何移走反应过程中放出的大量的热并控制催化剂床层温度在相对较低的水平以减少副反应的发生，是该催化脱氧工艺的关键所在。此外利用CH4消除煤层气中的氧气，会损失煤层气中的甲烷。煤在隔绝空气的条件下加热时，煤进行热解反应，其热解过程大致分为三个阶段：第一阶段：室温~400℃，此阶段为干燥脱气阶段，主要是脱水和脱气（CH4、CO2、N2）；第二阶段：400℃~550℃，此阶段以解聚和分解为主，约450℃时排出大量焦油，在450~550℃时排出大量气体，且煤形成半焦；第三阶段：550℃~1150℃，此阶段为二次排气阶段，这一阶段半焦形成焦炭，挥发出的气体中H2（60~65%）、CH4（20~30%）和少量C的氧化物。中国专利CN101914402B公布了一种固定床煤层气脱氧方法及其装置。该专利中的装置的炉体侧壁增加了水夹套，能很好的控制炉内的温度；炉体下部采用水封装置，防止煤层气从装置底部的溢出；该专利中的工艺采用回流一部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，很好地调节了脱氧煤层气中的氧含量；但该专利的装置和工艺仍有不足：水夹套的冷却效果不是很好，炉内的温度并不均匀，炉体中心的温度还可能会过高，造成甲烷裂解损耗；该专利中的另一个不足：利用该装置进行煤层气非催化脱氧过程中脱氧燃料消耗量大，煤热解过程产生大量的H2，为后续处理带来分离困难的难题，且设备投资高。现有的固定床装置多是为煤气化而设计的，用于煤层气非催化脱氧有一些不足：1）高径比较大，气体在炉内停留时间长，造成甲烷损耗严重；2）装置是绝热的，没有冷却措施，不能及时将装置中过多的热量移走，导致反应器内温度过高，进而甲烷大量裂解，损耗严重；3）脱氧燃料消耗量大，煤热解过程中产生大量的H2，后续分离困难，设备投资高。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种固定床煤层气非催化脱氧装置及方法，利用该装置进行煤层气脱氧，煤层气分上下两路进入炉体内，煤层气处理量大，且可有效控制脱氧温度，使煤层气中氧含量降至0.5%以下，且能最大限度的减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5%以下。本专利技术提供了一种固定床煤层气非催化脱氧装置，包括固定床脱氧炉，其特征在于：所述固定床脱氧炉为圆筒状结构，且炉顶和炉底为锥形，脱氧炉顶部设有煤料进料筒，底部设有灰渣焦炭出口，脱氧炉的侧壁和锥形炉顶壁外侧设有水夹套，所述锥形炉顶壁上的水夹套上部通过管道与汽包的进气口相连，脱氧炉侧壁的水夹套底部与汽包出气口连接；在脱氧炉内部炉体上方设有环形煤层气气管和喷水管。脱氧炉内由上到下依次有煤层气气管、喷水管、煤料分布器、搅拌器、旋转炉篦，搅拌器固定在分布器上，随分布器转动而转动，炉篦上设有刮刀；脱氧炉上分别设有煤层气上部入口和煤层气下部入口，煤层气上部入口与脱氧炉内部的煤层气气管连接，煤层气气管上设有气孔，煤层气下部入口与炉篦底部相通；喷水管在煤层气气管下面，与汽包连接，喷水管上设有喷水口。所述锥形炉顶设有脱氧后煤层气出口；脱氧后煤层气出口依次连接旋风除尘器、冷却塔，冷却塔的液体出口连接离心分离器，离心分离器设有焦油出口和水出口，水出口连接汽包，冷却塔的气体出口连接低温冷却分离装置，富甲烷出气体出口管通过循环管与煤层气进气管道连接。上述装置中，所述汽包上部设有排气孔，汽包与水夹套形成一个循环。上述装置中，所述固定床脱氧炉炉体的高径比为1.5~3.5；所述高度为炉体中部竖直部分的高度，所述直径为炉体中部的内径。上述装置中，所述循环管上设有循环气调节阀、循环气流量计和循环气压缩机；煤层气进气管道上依次设有阻火器、压力传感器、超压截断阀、进气调压阀、防止煤层气倒流的止回阀及煤层气流量计；所述煤层气上部入口和煤层气下部入口之间设有煤层气进气支管，支管上设有支路煤层气调节阀和支路煤层气流量计。上述装置中，所述煤层气气管包括一条环形管，环形管内部设置若干条径向管，环形管连接煤层气上部入口，径向管一端与环形管相通，另一端焊接在煤料进料筒上，煤层气气管上的气孔个数根据实际需要设置，气孔越多，气体分布越均匀。本专利技术提供了一种固定床煤层气非催化脱氧方法，采用上述装置实施，包括以下步骤：将煤料加入到脱氧炉中，煤层气经煤层气进气管道上的阻火器，压力传感器、超压截断阀、进气调压阀、防止煤层气倒流的止回阀及煤层气流量计后，由煤层气上部入口和煤层气下部入口进入炉体内与煤料进行脱氧反应，控制管路，反应完毕后气体经旋风除尘器、冷却塔和低温冷却分离装置后由富甲烷气出口排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程的灰渣或焦炭由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定床煤层气非催化脱氧装置，包括固定床脱氧炉，其特征在于：所述固定床脱氧炉为圆筒状结构，且炉顶和炉底为锥形，脱氧炉顶部设有煤料进料筒，底部设有灰渣焦炭出口，脱氧炉的侧壁和锥形炉顶壁外侧设有水夹套，所述锥形炉顶壁上的水夹套上部通过管道与汽包的进水口相连，脱氧炉侧壁的水夹套底部与汽包出水口连接；在脱氧炉内部设有环形喷水管和环形煤层气管，喷水管与汽包连接；脱氧炉内由上到下依次有煤层气气管、喷水管、煤料分布器、搅拌器、旋转炉篦，搅拌器固定在分布器上，随分布器转动而转动，炉篦上设有刮刀；脱氧炉上分别设有煤层气上部入口和煤层气下部入口，煤层气上部入口与脱氧炉内部的煤层气气管连接，煤层气气管上设有气孔，煤层气下部入口与炉篦底部相通；环形喷水管在煤层气气管的下方，喷水管上设有喷水口；所述锥形炉顶设有脱氧后煤层气出口；脱氧后煤层气出口依次连接旋风除尘器、冷却塔，冷却塔的液体出口连接离心分离器，离心分离器设有焦油出口和水出口，水出口连接汽包，冷却塔的气体出口连接低温冷却分离装置；富甲烷气体出口管通过循环管与煤层气进气管道连接。

【技术特征摘要】
1.一种固定床煤层气非催化脱氧装置，包括固定床脱氧炉，其特征在于：所述固定床脱
氧炉为圆筒状结构，且炉顶和炉底为锥形，脱氧炉顶部设有煤料进料筒，底部设有灰渣焦炭
出口，脱氧炉的侧壁和锥形炉顶壁外侧设有水夹套，所述锥形炉顶壁上的水夹套上部通过
管道与汽包的进水口相连，脱氧炉侧壁的水夹套底部与汽包出水口连接；在脱氧炉内部设
有环形喷水管和环形煤层气管，喷水管与汽包连接；
脱氧炉内由上到下依次有煤层气气管、喷水管、煤料分布器、搅拌器、旋转炉篦，搅拌器
固定在分布器上，随分布器转动而转动，炉篦上设有刮刀；脱氧炉上分别设有煤层气上部入
口和煤层气下部入口，煤层气上部入口与脱氧炉内部的煤层气气管连接，煤层气气管上设
有气孔，煤层气下部入口与炉篦底部相通；环形喷水管在煤层气气管的下方，喷水管上设有
喷水口；
所述锥形炉顶设有脱氧后煤层气出口；脱氧后煤层气出口依次连接旋风除尘器、冷却
塔，冷却塔的液体出口连接离心分离器，离心分离器设有焦油出口和水出口，水出口连接汽
包，冷却塔的气体出口连接低温冷却分离装置；富甲烷气体出口管通过循环管与煤层气进
气管道连接。
2.根据权利要求1所述的固定床煤层气非催化脱氧装置，其特征在于：所述汽包上部设
有排气孔，汽包与水夹套形成一个循环。
3.根据权利要求1所述的固定床煤层气非催化脱氧装置，其特征在于：所述固定床脱
氧炉炉体的高径比为1.5~3.5；所述高度为炉体中部竖直部分的高度，所述直径为炉体中部
的内径。
4.根据权利要求1所述的固定床煤层气非催化脱氧装置，其特征在于：所述循环管上设
有循环气调节阀、循环气流量计和循环气压缩机；煤层气进气管道上依次设有阻火器、压力
传感器、超压截断阀、进气调压阀、防止煤层气倒流的止回阀及煤层气流量计；所述煤层气
上部入口和煤层气下部入口之间设有煤层气进气支管，支管上设有支路煤层气调节阀和支
路煤层气流量计。
5.根据权利要求1所述的固定床煤层气非催化脱氧装置，其特征在于：所述煤层气气管
包括一条环形管，环形管内部设置若干条径向管，环形管连接煤层气上部入口，径向管一端
与环形管相通，另一端焊接在煤料进料筒上，煤层气气管的径向管的个数和径向管上的气
孔个数根据实际需要设置；所述喷水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国杰，赵培玉，郝兰霞，徐英，贾永，屈江文，苏爱廷，孙映晖，张永发，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14