CN100393852C - 一种流化床抽放气脱氧方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

一种流化床抽放气脱氧方法是采用焦颗粒为脱氧剂和流化床反应器，抽放气进入流化床，使床层中焦颗粒流化，气固两相充分混和接触，抽放气中的氧与焦颗粒中的碳在400-500℃低温条件下发生部分氧化反应，消耗氧的同时放出一定热量，利用流化床反应器传热速率快的特点，可将反应所产生的多余热量方便移出，达到脱氧的目的。本发明的特点在于，采用焦颗粒为脱氧剂和流化床反应器低温操作。本发明的流化床反应器具有设备结构简单、投资少，单台抽放气处理能力高，过程连续稳定、易于控制操作，无爆炸危险，能耗低、效率高的优点。

Description

一种流化床抽放气脱氧方法及其设备
技术领域
本发明属于一种抽放气脱氧方法和设备，具体涉及一种流化床抽放气脱氧的方法及其设备。
背景技术
我国煤层气资源丰富，据估算，埋深小于2000米的煤层气资源量有30～35万亿立方米，与陆上常规基本天然气相当。开发利用煤层气有利于改善能源结构，减少环境污染，改善煤矿生产安全条件。国家将积极支持煤层气产业发展，使其成为煤炭工业新的增长点。2000年煤层气产量约8.6亿立方米，2005年计划达到30～40亿立方米，2010年达到100亿立方米，2015年达到200亿立方米。实际抽放煤层气甲烷浓度约为50％，含有约10％左右的氧，直接采用成熟的变压吸附法分离纯化甲烷，其压缩过程中存在爆炸危险，安全没有保障，无法实施，必须先进行脱氧操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续操作、效率高、运行费用低、安全可靠的抽放气脱氧方法及其设备。
本发明原理是利用传热性能极好的流化床反应器实现低温抽放气脱氧，干碎焦在流化床反应器中与抽放气中的氧气在400-500℃低温条件下发生部分氧化(燃烧)反应，生成CO、CO2等气体，脱除氧气同时放出热量，维持反应继续进行。多余热量通过换热管经热交换移出反应器。
本发明抽放气脱氧方法具体实施步骤：原料焦先破碎到＜8mm，然后烘干至含水量5％以下，进入流化床反应器下部，抽放气由流化床反应器下部的分布喷嘴进入流化床反应器，床层气速控制在1-2m/s范围内，原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.5-0.7kg/m3，在400-500℃低温条件下发生部分氧化反应，流化床反应器下部为浓相区，上部为稀相区，分别设置换热管进行移热，反应生成的灰渣经排灰管冷却后排出，反应形成的脱氧气体从流化床反应器上部引出经除尘后进入洗涤冷却系统，得洁净脱氧气体。
为实现上述发明，设计了一种专用流化床反应器，它是由炉体，抽放气进气口、脱氧气出口、进煤口、排灰管组成，其特征在于炉体上部为稀相区、下部为浓相区，炉体顶部有脱氧气出口、炉体上部内设有换热水管组，换热入水口、换热出水口分别与换热水管组相连，炉体下部有进煤口，炉体下部内设有换热水管组、锥型耐热体和气体分布喷嘴，换热入水口、换热出水口分别与换热水管组相连，气体喷嘴与锥型耐热体相连，炉体底部设有排灰管，排灰管外有水冷套筒。
如上所述的气体喷嘴均匀分布在锥型耐热体上，气体喷嘴为3-12个。
本发明具有如下优点：
1.采用喷嘴流化床脱氧反应器，结构简单，投资小，安全可靠，单台处理能力高，移热速率快。
2.考虑到部分氧化反应的动力学特性，采用400-500℃低温操作，能耗低。
3.采用焦作为脱氧剂，成本低且用量少，经济性好。
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明。
图面说明
图1是流化床抽放气脱氧工艺流程示意图。
图2是流化床脱氧反应器结构示意图。
图3为流化床脱氧反应器的A-A截面示意图。
如图所示，1是进料斗，2皮带输送机，3是破碎机，4是提升机，5是筛分，6是烘干器，7是提升机，8是焦仓，9是振动给料器，10是提升机，11是给料斗，12是给料绞龙，13是流化床反应器，14、16是换热入水口，15、17是换热出水口，18是锥型耐热体，19是排灰管，20是排灰冷却入水入口，21是排灰冷却出水出口，22是排灰绞龙，23是灰渣，24是旋风分离器，25是飞灰料斗，26是飞灰，27是水洗塔，28是净化脱氧抽放气，29是洗涤入水，30是洗涤出水，31是分气缸，32是抽放气，33是脱氧气出口，34是反应器炉体，35是置于反应器内部的换热水管组，36进气喷嘴，37是抽放气进气口，38是进煤口。
流化床脱氧反应器是由炉体34，抽放气进气口37、脱氧气出口33、进煤口38、排灰管19组成，其特征在于炉体34上部为稀相区、下部为浓相区，炉体34顶部有脱氧气出口33、炉体34上部内设有换热水管组35，换热入水口16、换热出水口17分别与换热水管组35相连，炉体34下部有进煤口38，炉体34下部内设有换热水管组35、锥型耐热体18和气体分布喷嘴36，换热入水口14、换热出水口15分别与换热水管组35相连，气体喷嘴36与锥型耐热体18相连，炉体34底部设有排灰管19，排灰管19外有水冷套筒。
实施例1
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径＜8mm。操作条件为：温度400℃，压力0.1MPa(绝压)。入口抽放气组成为(体积百分率)：CH4含量50％，N2含量40％，O2含量10％。首先，将粒径为＜30mm焦颗粒装入进料斗1，经过输送机2进入破碎机3，再经提升机4和筛分5得到＜8mm颗粒，然后进入烘干机6烘干，保证外在水分含量小于5％，获得的干焦颗粒经提升机7进入焦仓8，然后由振动给料器9给入提升机10，提升至进料系统11，在绞龙12控制下以一定速度进入流化床反应器13下部。反应器13在进料前已经烘炉加热至500℃。在进料同时，抽放气32经分气缸31经计量后进入反应器流化喷嘴36，控制抽放气在反应器13内工况气速1m/s，使原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.5kg/m3，在反应器13底部浓相区将焦颗粒流化，充分混和，抽放气中的氧与焦在上述温度条件下发生部分氧化反应，氧气被消耗的同时放出热量，维持脱氧反应继续进行。由于所放出的热量比维持脱氧反应所需热量多，剩余热量需通过反应器所设移换热水管组35移出，通过控制换热水量调节换热量，维持反应温度在400℃。脱氧后的气体从脱氧气出口33进入旋风分离器24，除去所携带的飞灰颗粒之后进入水洗塔27，得洁净脱氧气体。焦反应后剩余的灰通过排灰管19经冷却水冷却由排灰绞龙22排出；少部分由飞灰带出，通过旋风分离器24经飞灰料斗25排出系统，维持连续运行。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量近50％，N2含量约40％，CO2含量7％，CO含量3％，还包括微量H2。
实施例2
利用陕西彬县煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、操作条件为、入口抽放气组成与实施例1相同。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量近50％，N2含量约30.2％，CO2含量7.2％，CO含量3.6％，还包括微量H2。
实施例3
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、操作条件为与实施例1相同。入口抽放气组成为(体积百分率)：CH4含量70％，N2含量24％，O2含量6％。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量69.5％，N2含量约23％，CO2含量4.8％，CO含量2.7％，还包括微量H2。
实施例4
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、操作条件为与实施例1相同。入口抽放气组成为(体积百分率)：CH4含量90％，N2含量8％，O2含量2％。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量89.4％，N2含量约7.8％，CO2含量1.8％，CO含量0.8％，还包括微量H2。
实施例5
利用陕西彬县煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、操作条件为与实施例1相同。入口抽放气组成为(体积百分率)：CH4含量70％，N2含量24％，O2含量6％。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量69.7％，N2含量约23％，CO2含量4.7％，CO含量2.6％，还包括微量H2。
实施例6
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、入口抽放气组成为与实施例1相同。操作条件为：反应温度500℃，压力0.1MPa(绝对压力)，抽放气在反应器内工况气速1m/s，使原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.7kg/m3。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量近50％，N2含量约40％，CO2含量6％，CO含量4％，还包括微量H2。
实施例7
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、入口抽放气组成为与实施例1相同。操作条件为：反应温度480℃，压力0.1MPa(绝对压力)，抽放气在反应器内工况气速2m/s，使原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.6kg/m3。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量近50％，N2含量约40％，CO2含量6％，CO含量4％，还包括微量H2。
实施例8
利用陕县兴隆煤焦颗粒作为脱氧剂，粒径、入口抽放气组成为与实施例1相同。操作条件为：反应温度450℃，压力0.2MPa(绝对压力)，抽放气在反应器内工况气速1.5m/s，使原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.6kg/m3。经8小时稳定运行，水洗后的气体中无氧，CH4含量近50％，N2含量约40％，CO2含量6％，CO含量4％，还包括微量H2。

Claims (3)

1.一种流化床抽放气脱氧方法，其特征在于包括如下步骤：
原料焦先破碎到＜8mm，然后烘干至含水量5％以下，进入流化床反应器下部，抽放气由流化床反应器下部的分布喷嘴进入流化床反应器，床层气速控制在1-2m/s范围内，原料焦中含碳量与抽放气中氧的比例为0.5-0.7kg/m3，在400-500℃低温条件下发生部分氧化反应，流化床反应器下部为浓相区，上部为稀相区，分别设置换热管进行移热，反应生成的灰渣经排灰管冷却后排出，反应形成的脱氧气体从流化床反应器上部引出经除尘后进入洗涤冷却系统，得洁净脱氧气体。
2.如权利要求1所述的一种流化床抽放气脱氧方法所用设备，其特征在于流化床脱氧反应器是由炉体(34)，抽放气进气口(37)、脱氧气出口(33)、进煤口(38)、排灰管(19)组成，其特征在于炉体(34)上部为稀相区、下部为浓相区，炉体(34)顶部有脱氧气出口(33)、炉体(34)上部内设有换热水管组(35)，换热入水口(16)、换热出水口(17)分别与换热水管组(35)相连，炉体(34)下部有进煤口(38)，炉体(34)下部内设有换热水管组(35)、锥型耐热体(18)和气体分布喷嘴(36)，换热入水口(14)、换热出水口(15)分别与换热水管组(35)相连，气体喷嘴(36)与锥型耐热体(18)相连，炉体(34)底部设有排灰管(19)，排灰管(19)外有水冷套筒。
3.如权利要求2所述的一种流化床抽放气脱氧方法所用设备，其特征在于所述的气体喷嘴均匀分布在锥型耐热体上，气体喷嘴为3-12个。
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