一种利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法技术

一种利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，其特征在于将瓦斯气与含氧气体和蒸汽混合后输入瓦斯气转化炉，在所述瓦斯气转化炉顶部燃烧区发生甲烷与氧的部份氧化反应和燃烧反应，反应生成的高温气体继而进入所述瓦斯气转化炉的中、下部催化剂床层，进行甲烷与水蒸汽的转化／部份转化反应，反应后得到的转化气为合成气或安全燃料气。

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法
本专利技术涉及一种利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，可用来将容易爆炸的瓦斯气，转化为可用作化工原料的合成气或可长距离输送的、安全的燃料气。
技术介绍
煤矿瓦斯气是煤层气的俗称，是一种以吸附状态为主，储存在煤系地层中的非常规天然气。其成份与常规天然气基本相同，主要成份CH4的含量大于95％，发热量大于33890KJ/Nm3(8100kcal/Nm3)，是近20年来崛起的新型洁净能源。煤矿瓦斯气的开采方法分为地面抽采法和井下抽采法。地面抽采法系在采煤前从地面钻井抽采，采出的瓦斯气浓度达90％以上，像天然气一样，便于输送和加工利用；井下抽采法系在煤矿矿井中封闭抽采，采得的瓦斯气混入了较多的空气，浓度只有50％左右。我国埋深2000m以浅的瓦斯气资源丰富，总储量约30～35万亿m3，与陆上常规天然气资源总量(约30万亿m3)相当，仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位。但我国地质条件复杂，真正可供工业化地面钻井抽采的瓦斯气田还不多见，目前开采的瓦斯气不仅量少，而且大多为井下抽采。井下抽采的瓦斯气一般含CH4～50％、O2～10％、N2～35％、CO～2％、CO2～3％，若抽采过程封闭不严或操作不当混入过多空气，CH4含量会降低，O2和N2含量还会升高。井下抽采的瓦斯气因O2含量较高，在输送过程中容易爆炸，目前国内外大多局限于在煤矿附近使用，作为民用燃料或发电燃料，-->致使煤矿瓦斯气这一洁净能源的优势和价值未能充分发挥。在我国，绝大多数煤矿仍经抽风系统将瓦斯气排至大气，不仅白白浪费大量资源，而且严重污染环境(CH4的温室气体效应比CO2大21倍)，还造成煤矿瓦斯突出事故累累发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是将容易爆炸的瓦斯气转化为可用于化工生产的合成气或安全的燃料气，以充分利用煤矿瓦斯气资源，提升其使用价值。为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，该专利技术方法的工艺过程是：将瓦斯气与含氧气体、蒸汽混合后输入瓦斯气转化炉，在所述瓦斯气转化炉顶部燃烧区发生甲烷与氧的部份氧化反应和燃烧反应，反应生成的高温气体继而进入所述瓦斯气转化炉的中、下部催化剂床层，进行甲烷与水蒸汽的转化/部份转化反应，反应后得到的转化气为合成气或安全燃料气。其中CH4与O2的部份氧化反应和燃烧反应耗O2并放出大量的热量，主要化学反应式如下：反应生成的高温气体进入所述瓦斯气转化炉的中、下部镍基催化剂床层，发生CH4与水蒸汽的转化/部份转化反应，将CH4转化成H2、CO和CO2，主要化学反应式如下：为方便描述，除特别指出，本专利技术中以下提到的气体含量均指标准状态下体积含量，提到的气体用量比均指标准状态下体积比。-->采用本专利技术方法用煤矿瓦斯气制取的合成气，主要含H2(50～60％)、N2(17～25％)气，其次为CO和CO2，残余CH4≤0.5％，残余O2≤0.2％，可用作化工产品如合成氨、甲醇、纯碱等的原料气。如果附近有待利用的烃类气体或含氢气体，如天然气、石油炼厂气、焦炉气等，还可与煤矿瓦斯气混合后进入瓦斯气转化炉制取合成气。采用本专利技术方法用煤矿瓦斯气制取的安全燃料气，主要含CH4(30～36％)、N2气(40～50％)，其次为CO、CO2和H2气，残余O2≤0.5％，热值为12000～15000KJ/Nm3(2868～3585kcal/Nm3)，可用作民用燃料气或工业用燃料气。如果附近有其它燃料气如天然气、城市煤气、液化气等，还可与用本专利技术方法制得的燃料气混合后，通过管网长距离安全输送到用户。上述方法中所述的甲烷部分氧化、燃烧和转化/部分转化反应的工艺条件为：制取合成气时压力1.0～6.5MPa(G)，温度950～1350℃；制取安全燃料气时压力0.2～4.0MPa(G)，温度600～850℃。瓦斯气转化炉出口转化气的温度为：制取合成气时800～1050℃，制取安全燃料气时550～800℃。上述方法中所述的含氧气体为空气、富氧空气或氧气。制取合成气时采用氧气或富氧空气，其加O2量和水蒸汽用量，按制备所需合成气的组成进行热平衡和化学反应平衡，经常规工艺计算确定，一般加O2量为瓦斯气量的0.1～0.15倍，水蒸汽用量根据瓦斯气中总碳含量∑C确定，为H2O/∑C＝2.5～3.5(分子比)，此时瓦斯气转化炉内温度一般为950～1350℃；在制取安全燃料气时采用空气，其空气用量以使瓦斯气转化炉内温度达到600～850℃并确保产品气中O2含量≤0.5％为准，一般加空气量为瓦斯气量的0.2～0.3倍。水蒸汽加入量为瓦斯气中总碳含量∑C的0.5～1.2倍。上述方法中所述的瓦斯气，在进入瓦斯气转化炉前需经净化处理(除尘、脱硫)。处理后瓦斯气中的总硫含量，在制取合成气时应脱除至≤1mg/Nm3；在制取安全燃料气时应脱除至≤20mg/Nm3。-->上述方法中所述的瓦斯气、含氧气体和蒸汽，在进入瓦斯气转化炉前还需经预热步骤，通常用瓦斯气转化炉出口的高温转化气预热入炉气体，在制取合成气时预热至400～550℃，在制取安全燃料气时预热至300～400℃。上述方法中瓦斯气转化炉出口高温转化气的热量，首先用于废热锅炉副产蒸汽，然后用于预热前述气体，副产的蒸汽又可输入瓦斯气转化炉。采用本专利技术的方法，可以充分利用煤矿瓦斯气资源，提升其使用价值。以下结合附图详细描述本专利技术方法。附图说明图1为本专利技术方法的工艺流程示意图。具体实施方式实施例1：参考图1，流量为6000Nm3/h、压力为2.5MPa(G)的净化瓦斯气(含CH450％、N235％、O210％、CO23％、CO2％、总硫≤1mg/Nm3)，经瓦斯气预热器与来自氧气预热器和瓦斯气/蒸汽混合气预热器的热转化气换热，预热后与流量为6500kg/h、压力为2.5MPa(G)、温度为225℃的蒸汽混合，进入瓦斯气/蒸汽混合气预热器与废热锅炉来的热转化气换热，被预热至480℃后进入瓦斯气转化炉炉头气体混合器。流量为650Nm3/h、压力为2.5MPa(G)的氧气(含O2≥99.6％)与少量保护蒸汽混合后，进入氧气预热器与来自废热锅炉的热转化气换热，被预热至400℃后进入瓦斯气转化炉炉头气体混合器。瓦斯气/蒸汽混合气与氧气在瓦斯气转化炉炉头气体混合器内充分混合后，经混合器喷咀喷出，在瓦斯气转化炉顶部空间发生CH4部份氧化反应和燃烧反应，使燃烧区温度达到900～1350℃，继而挟带热量顺流进入-->瓦斯气转化炉中、下部催化剂床层进行CH4与水蒸汽的转化反应。出瓦斯气转化炉的转化气，压力约2.35MPa(G)、温度约900℃，先经废热锅炉用脱盐水回收热量副产蒸汽，然后分成二股气流，分别经氧气预热器和瓦斯气/蒸汽混合气预热器回收热量，二股气流汇合后再经瓦斯气预热器回收热量。出瓦斯气转化装置的转化气即为合成气，其干气流量约12500Nm3/h、压力约2.2MPa(G)、温度约360℃，其组成为：H256％、CO14％、CO212％、N217％、O2≤0.2％、(CH4+Ar)0.8％，送去加工合成氨或甲醇等化工产品(加工合成氨时需少量补N2，加工甲醇时需脱除N2气组份)，可加工合成氨或甲醇3500kg/h左右。实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1、一种利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，其特征在于将瓦斯气与含氧气体和蒸汽混合后输入瓦斯气转化炉，在所述瓦斯气转化炉顶部燃烧区发生甲烷与氧的部份氧化反应和燃烧反应，反应生成的高温气体继而进入所述瓦斯气转化炉的中、下部催化剂床层，进行甲烷与水蒸汽的转化/部份转化反应，反应后得到的转化气为合成气或安全燃料气。2、根据权利要求1所述的利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，其特征在于所述的甲烷部份氧化、燃烧和转化/部份转化反应在下列工艺条件下进行：制取合成气时压力1.0～6.5MPa(G)，温度950～1350℃；制取安全燃料气时压力0.2～4.0MPa(G)，温度600～850℃；所述瓦斯气转化炉出口的转化气的温度为：制取合成气时800～1050℃，制取安全燃料气时550～800℃。3、根据权利要求1所述的利用煤矿瓦斯气制取合成气或安全燃料气的方法，其特征在于所述的含氧气体为空气、富氧空气或氧气，在制取合成气时采用氧气或富氧空气，根据体积比，加O2量为瓦斯气量的0.1～0.15倍，水蒸汽用量为瓦斯气中总碳∑...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞玉学，冯友茵，庞彪，王志坚，
申请(专利权)人：庞玉学，
类型：发明
国别省市：