一种安全利用煤层气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种安全利用煤层气的方法及装置，属于处理煤层气技术领域。本发明专利技术提供了一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。采用本发明专利技术提供的处理方法，能够实现甲烷的体积分数为1.5～15％的煤层气的安全处理，且操作简便，能耗较低，适宜工业化生产。

A Method and Device for Safe Utilization of Coalbed Methane

The invention provides a method and device for safe utilization of coal-bed methane, belonging to the technical field of treating coal-bed methane. The invention provides a method for safe utilization of coalbed methane, which includes the following steps: when the volume fraction of methane in coalbed methane is 1.5-2%, the coalbed methane is heated and then mixed with the preheated catalyst to produce catalytic combustion reaction; when the volume fraction of methane in coalbed methane is 2-4%, the coalbed methane and the preheated catalyst are mixed to produce catalytic combustion reaction. When the volume fraction of methane in coalbed methane is 4-15%, the coalbed methane is diluted and mixed with the preheated catalyst to produce catalytic combustion reaction. The method provided by the invention can realize the safe treatment of coal-bed methane whose volume fraction of methane is 1.5-15%, and has the advantages of simple operation, low energy consumption, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种安全利用煤层气的方法及装置
本专利技术涉及煤层气利用
，具体涉及一种安全利用煤层气的方法及装置。
技术介绍
我国是煤炭消费大国，在煤炭开采过程中会产生大量的煤层气和乏风气，其主要成分是甲烷和空气。根据开采方式的不同，可将煤层气分为地面钻井开采的煤层气(CBM)和煤矿井下抽采煤层气(CMM)两种。地面钻井开采的煤层气是在采煤之前利用地面井开采出的煤层气，其特点是CH4含量高，一般体积分数在90％以上，并且开采规模大，产量稳定，煤层气采出后经脱水处理后，即可直接输入天然气管道，与天然气共混共输。井下抽采煤层气(CMM)主要是为了保证煤矿安全生产而抽出的煤层气，是在煤炭开采中或开采后从煤体及围岩中抽取的煤层气，这种煤层气由于混入大量空气致使煤层气稀释，且这种煤层气中甲烷体积分数变化较大，一般情况下煤层气中的甲烷体积分数为1.5～15％。目前针对甲烷体积分数在15％以下的低浓度煤层气的主要利用方式有以下几种方式：(1)热逆流氧化技术热逆流氧化技术能够在反应温度为900～1200℃条件下，处理甲烷体积分数为0.25～1.2％的煤层气，但该法的反应温度较高，因此对设备的材质要求较高，设备投资大。(2)直接燃烧发电该法将甲烷体积分数在10％左右的煤层气直接通入燃气轮机，燃烧后产生的热量用于发电，但该法投资较大，且对甲烷浓度的稳定性有较高要求，不适于处理甲烷浓度变化大的煤层气。(3)催化逆流方式这种方式能使煤层气在350℃以下发生催化氧化反应，处理效率高，但催化剂中采用贵金属，造价较为昂贵，而且催化剂的稳定性难以保障，此外，由于反应温度较低，对热量的回收效率也较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种安全利用煤层气的方法及装置，采用本专利技术提供的方法能够安全处理甲烷体积分数为1.5～15％的煤层气，避免爆炸，且处理方法简便，能耗低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。优选地，所述催化剂包括活性组分、助剂和载体，所述活性组分和所述助剂均以金属氧化物形式负载在所述载体上；所述活性组分中的金属元素包括Cu或Fe，所述助剂中的金属元素包括Mn、La、Zr和Ti中的一种或几种；所述载体包括氧化铝或二氧化硅。优选地，所述催化剂为球型催化剂，所述催化剂的粒径为20～250μm。优选地，所述催化剂的预热温度为350～450℃。优选地，所述煤层气的加热温度在350℃以上。优选地，所述催化燃烧反应的体积空速为1000～10000h-1，压力为10～100kPa。本专利技术提供了一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。本专利技术将催化剂提前预热，能够激发催化剂的催化活性，同时防止催化燃烧反应时，温度急剧上升造成的爆炸。在本专利技术中，当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，由于煤层气中甲烷含量极低，不易与催化剂反应，本专利技术先将煤层气加热后，使煤层气中的甲烷达到一定温度，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，所述煤层气可以与预热的催化剂直接发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，煤层气中甲烷含量较高，若直接与预热的催化剂混合，易引发爆炸，本专利技术先将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应，能够保证催化燃烧反应安全进行。由实施例可知，采用本专利技术提供的方法，能够实现甲烷的体积分数为1.5～15％的煤层气的安全处理，且操作简便，能耗较低，适宜工业化生产。本专利技术还提供了一种安全利用煤层气的装置，包括依次连通的气体混合器1、低温换热器4和流化床反应器6。优选地，所述安全利用煤层气的装置还包括引风机2和甲烷传感器3，所述引风机2与所述气体混合器1的入口相通，所述甲烷传感器3与所述气体混合器1的出口相连，用于对所述气体混合器1出口输出的混合气体中的甲烷体积分数进行检测。优选地，所述安全利用煤层气的装置还包括高温换热器7，所述高温换热器7与所述流化床反应器6的出口相通。优选地，所述流化床反应器6中的流化床包括鼓泡流化床、循环流化床或湍动流化床。本专利技术提供的安全利用煤层气的装置包括依次连通的气体混合器1、低温换热器4和流化床反应器6，具有体系压降低、处理量大、抗甲烷浓度和反应温度波动能力强、催化剂容易更换以及运行稳定的优点，能够实现甲烷的体积分数为1.5～15％的煤层气的安全处理和热能的高效利用。附图说明图1为本专利技术安全利用煤层气的装置的结构示意图，图中，1-气体混合器，2-引风机，3-甲烷传感器，4-低温换热器，5-加热器，6-流化床反应器，7-高温换热器，8-浓度控制器，9-温度控制器，10-温度控制器。具体实施方式本专利技术提供了一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。本专利技术根据煤层气中甲烷的体积分数，设置不同的处理方式，能够保证在处理煤层气的同时，实现安全生产。在本专利技术中，当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。在本专利技术中，所述催化剂优选包括活性组分、助剂和载体，所述活性组分和所述助剂优选均以金属氧化物形式负载在所述载体上。在本专利技术中，所述活性组分中的金属元素包括Cu或Fe，所述助剂中的金属元素包括Mn、La、Zr和T中的一种或几种；所述载体包括氧化铝或二氧化硅。在本专利技术中，所述催化剂中活性组分的重量百分含量优选为10～50％，更优选为10～30％，最优选为15～20％；所述催化剂中助剂的重量百分含量优选为20～50％，更优选为20～40％，最优选为20～30％。在本专利技术中，所述催化剂优选为球型催化剂，所述催化剂的粒径优选为20～250μm，更优选为20～210μm，最优选为30～200μm；所述催化剂的磨损强度优选在1.0wt％/h(采用ASTM-D5757-00标准)以下。在本专利技术中，采用较小颗粒尺寸和较高耐磨机械强度的催化剂，能够具有较长的使用周期和较好的传热、传质能力，同时本专利技术采用的催化剂中不含贵金属元素，造价较低，具有反应温度窗口宽，耐高温能力强，使用寿命长等优点。在本专利技术中，所述催化剂的预热温度优选为350～450℃，更优选为350～380℃，最优选为360℃。在本专利技术中，所述催化剂的预热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。

【技术特征摘要】
1.一种安全利用煤层气的方法，包括如下步骤：当煤层气中甲烷的体积分数为1.5～2％时，将所述煤层气加热后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为2～4％时，将所述煤层气与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应；当煤层气中甲烷的体积分数为4～15％时，将所述煤层气稀释后，再与预热的催化剂混合，发生催化燃烧反应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括活性组分、助剂和载体，所述活性组分和所述助剂均以金属氧化物形式负载在所述载体上；所述活性组分中的金属元素包括Cu或Fe，所述助剂中的金属元素包括Mn、La、Zr和Ti中的一种或几种；所述载体包括氧化铝或二氧化硅。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述催化剂为球型催化剂，所述催化剂的粒径为20～250μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂的预热温度为350～450℃。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志伟，樊卫斌，肖亚宁，孙守靖，王东飞，赵建涛，李俊汾，焦卫勇，朱华青，秦张峰，王建国，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，山西潞安矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西,14