CN101914402B - 一种固定床煤层气非催化脱氧方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定床煤层气脱氧方法及其装置。该装置包括炉体(1)在内的固定床煤层气脱氧装置本体，其中，所述炉体(1)的侧壁上设有包围着所述炉体侧壁的水夹套(2)；该水夹套(2)的上部通过管道与汽包(23)的进气口相连，该水夹套的下部的进水管与汽包(23)的出水口相连。利用该装置进行煤层气脱氧，可有效控制脱氧温度，使煤层气中氧含量降至0.5％以下，且最大限度的减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5％以下。

Description

一种固定床煤层气非催化脱氧方法及其装置

技术领域

本发明属于煤层气脱氧领域，特别是涉及一种固定床煤层气非催化脱氧方法及其装置。

背景技术

煤层气，俗称煤矿瓦斯，主要成分为甲烷(CH₄)，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。它是与煤伴生、共生的气体资源。

煤层气因含有氧气，除了直接用作为燃料或发电外，要加压输送或浓缩必须把氧除掉，这样才能保证后续工序的安全运行。目前可采用的煤层气脱氧方法主要有催化脱氧法(CN02113627.0)和焦炭燃烧法等。二者相比，催化脱氧法需要用到催化剂，脱氧成本较高，焦炭燃烧法不需要使用催化剂，经济有效且操作简单，可使煤层气中氧含量降至1％以下，而甲烷基本不损失或损失较小。煤矿瓦斯气的焦炭燃烧脱氧，主要是用焦炭与煤层气中的氧燃烧，从而除去煤层气中的氧，工艺方法主要有非催化燃烧脱氧(CN02113627.0)和循环部分脱氧冷却后煤层气至脱氧前煤层气(一种煤层气焦炭脱氧工艺CN1919986A)。前者由于焦炭脱氧反应器是一个绝热反应器，而脱氧过程中焦炭与氧反应、甲烷与氧反应等均是强放热反应，因此，随着反应时间的进行，反应器内温度不断升高，甲烷裂解程度增大，要将反应温度控制在所需温度范围比较困难。后者采用循环部分脱氧冷却后煤层气至脱氧前的煤层气中，虽可通过调节脱氧反应器中煤层气的氧含量来控制反应温度，但只对进入脱氧反应器中反应气体的氧含量调至5-9％的气体进行脱氧，才有较好的效果，氧气浓度低，循环气量大，且未采用水夹套结构，不能很好的将脱氧反应器中过多的热量移出。

现有的固定床气化装置多是为煤气化的用途而设计的，若用于煤层气非催化除氧，或高径比较大，气体在炉内停留时间长，造成甲烷损耗严重；或排灰装置多采用灰锁结构排灰，在排灰时装置内会有少量的煤层气随灰渣一起排出，不利于安全生产；或装置是绝热的，外无水夹套结构，不能很好的保护炉壁及将装置中过多的热量移出，容易导致反应器内温度过高，进而造成煤层气中甲烷的大量裂解，增大甲烷的损耗，均不能满足煤层气非催化脱氧用途。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定床煤层气非催化脱氧方法及其装置。

本发明提供的固定床煤层气非催化脱氧装置，它包括炉体1在内的固定床煤层气脱氧装置本体，其中，所述炉体1的侧壁上设有包围着所述炉体侧壁的水夹套2；该水夹套2的上部通过管道与汽包23的进气口相连，该水夹套的下部通过管道与汽包23的出水口相连。

该装置中，所述固定床煤层气脱氧装置本体包括炉体1、位于炉体1底部并与煤层气进气管16相通的炉篦21、通过管道与固定床反应器的炉体1顶部相连的煤箱4、浸没固定床反应器的炉体1底部的水封装置18、位于水封装置18之下的螺旋排灰机17和一端与固定床反应器的炉体1相连另一端与煤层气出气管6相连的喷淋塔5；所述炉篦21外侧设有刮刀20；固定床反应器的炉体1上方设有探火孔3；固定床反应器的炉体1侧壁上设有检修用人孔(检修孔)22；所述水封装置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封装置18的顶部设有超压放散管19；

所述煤层气出气管6和煤层气进气管16之间通过三通甲26、三通乙25及位于所述三通甲26和三通乙25之间的循环气返回管10相通，所述三通甲26连接所述煤层气出气管6与所述循环气返回管10，所述三通乙25连接所述煤层气进气管16与所述循环气返回管10；所述循环气返回管10上由上至下依次设有循环气调压阀7、流量计甲8和循环气压缩机9；

所述煤层气进气管16上按照离固定床反应器的炉体由远及近依次设有阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、防止循环气返回管10中的循环气倒流入煤层气进气管16的止回阀11及流量计乙24；

所述固定床反应器的炉体1的高径比为1.5-3.2，优选1.5-2.4，此处所指高度是指从炉体1顶面到炉体1锥体底面的距离，所述径为炉体1的内径。

该装置中，所述水夹套装置的作用是通过调节其中水流量达到控制所述除氧反应器炉体1内除氧温度的目的，由于除氧温度较高，水夹套中会产生大量蒸汽，该蒸汽可通过汽包(蒸汽汇集器)23富集。所述汽包(蒸汽汇集器)23装置的作用除了富集蒸汽外，还为所述水夹套提供水分。所述煤箱4的作用是存储并定量提供除氧所需燃料。所述炉体1上方所设探火孔3的作用是探测炉内温度和检查燃烧层的分布情况。所述水封装置18的顶部所设超压放散管19的作用是在特殊情况下炉内压力过高时，将炉内气体导出。所述喷淋塔5的作用是对脱氧煤层气进行冷却除尘。

由于煤层气通过灼热的含炭燃料层后，会发生如下反应：

C+O₂＝CO₂  ΔH＝-339.777kJ/mol       (1)

C+1/2O₂＝CO  ΔH＝-110.595kJ/mol     (2)

CO₂+C＝2CO  ΔH＝172.284kJ/mol       (3)

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O                    (4)

CH₄+3/2O₂＝CO+2H₂O                   (5)

其中，反应(1)、(2)、(3)为主要化学反应，上述三反应可在固定床反应器中在500～900℃进行，反应完毕可将煤层气中的氧脱至0.5％以下；同时，由于反应(1)和(2)是强放热反应，而反应(3)是吸热反应，因此，反应(3)有抑制温度上升的作用。在非催化燃烧除氧时，煤层气中的氧与焦炭反应生成CO₂和CO，但随着温度的升高，反应气中氢的含量逐渐增高，这是由如下甲烷裂解反应(6)和(7)所致：

CH₄＝C+2H₂       (6)

2H₂+O₂＝2H₂O    (7)

当氧气消耗完时，则反应气中H₂浓度随着反应温度的升高而增加，反应气中CO浓度也增加，其中H₂、CO属于工业合成或者燃烧利用中的有效成分气体。

对于甲烷含量及氧含量不同的煤层气，其脱氧方法有所不同，对于氧含量较高的煤层气，必须将反应气体的氧含量调至适宜范围再进行脱氧反应，才能有效地将脱氧反应器内的反应温度控制在适宜温度范围内，避免因反应器内温度过高而造成煤层气中甲烷的大量裂解，最大限度的减少甲烷裂解，降低甲烷的反应损耗，提高甲烷的利用率，故本发明针对不同甲烷含量(即氧含量)的煤层气，提供了两种不同的脱氧方法。

本发明提供的利用上述固定床煤层气非催化脱氧装置进行甲烷含量大于28％小于或等于50％的煤层气的脱氧方法，包括如下步骤：关闭所述循环气调压阀7及所述循环气压缩机9后，将脱氧燃料经所述煤箱4加入到所述炉体1中，所述甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气经过所述煤层气进气管16上的所述阻火器15、所述压力传感器14、所述超压截断阀13、所述进气调压阀12、所述止回阀11和所述流量计乙24后，由所述炉篦21进入所述炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，反应完毕后气体经所述喷淋塔5冷却，由所述煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由所述炉篦21掉入所述水封装置18的渣池内，并由所述螺旋排灰机17排出；

在上述过程的同时，控制所述汽包23进水管中水的温度使所述脱氧反应的温度为500-900℃。

上述脱氧方法中，所述汽包23进水管中水的温度为5-25℃。所述脱氧燃料选自焦炭、半焦炭、无烟煤和煤矸石中的至少一种，所述脱氧燃料的粒径为13～50mm，优选25-50mm；所述脱氧反应中，温度为500-900℃，具体为710±20℃、800±20℃、690±20℃、760±20℃、670-820℃，690-800℃或710-820℃，优选600-800℃，压力为4-10KPa，具体为5KPa、6KPa、7KPa、8KPa、5-7KPa或7-8KPa，优选5-8KPa；所述甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气的气流速度(煤层气标准状态下空截面流速)为0.1-0.3m/s，优选0.1m/s。

本发明提供的利用上述固定床煤层气非催化脱氧装置进行甲烷含量为20-28％的煤层气的脱氧方法，包括如下步骤：开启所述循环气调压阀7及上述循环气压缩机9后，将脱氧燃料经上述煤箱4加入到所述炉体1中，甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气经上述阻火器15、所述压力传感器14、所述超压截断阀13、上述进气调压阀12、所述止回阀11和所述流量计乙24后，由所述炉篦21进入所述炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，反应完毕后再经所述喷淋塔5冷却，冷却后的气体一部分经所述循环气返回管10上的所述循环气调压阀7、所述流量计甲8和所述循环气压缩机9进行压缩后，在所述三通乙25处与由所述煤层气进气管16进入所述炉体1的甲烷含量为20-28％的煤层气混合，控制混合后的气体中氧含量为10.6-15％后，由所述炉篦21进入所述炉体1内，与脱氧燃料继续进行脱氧反应，冷却后的另一部分气体直接由所述煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由所述炉篦21掉入水封装置18的渣池内，并由所述螺旋排灰机17排出；

在上述过程的同时，控制所述汽包23进水管中水的温度使所述脱氧反应的温度为500-900℃。

上述脱氧方法中，所述汽包23进水管中水的温度为5-25℃。所述脱氧燃料选自焦炭、半焦炭、无烟煤和煤矸石中的至少一种，所述脱氧燃料的粒径为13～50mm，优选25-50mm；所述脱氧反应中，温度为500-900℃，具体为710±20℃、800±20℃、690±20℃、760±20℃、670-820℃，690-800℃或710-820℃，优选600-800℃，压力为4-10KPa，具体为5KPa、7KPa、8KPa、5-7KPa或7-8KPa，优选5-8KPa；所述甲烷含量为20-28％的煤层气的气流速度为0.1-0.3m/s，优选0.1m/s，保证煤层气以较短的时间通过整个固定床反应器的炉体，减少甲烷损耗量。该方法中，所述控制混合后的气体中氧含量为10.6-15％的方法为控制所述脱氧冷却后的气体与作为原料气的脱氧之前的煤层气的体积比(即循环比)，使其循环比为0.01～0.55，这可以通过控制循环气返回管10上的流量计甲8及煤层气进气管16上的流量计乙24来控制循环比。

上述两方法中，所述脱氧燃料的加料量可根据具体选用的原料及其含碳量和煤层气中的氧含量，选用合适的用量。

本发明提供的煤层气脱氧装置，很好的解决了煤层气浓缩中存在的安全问题，除氧彻底迅速、投资消耗低、设备紧凑、占地面积小、排污量少等优点，可实现连续进料排灰，操作方便，在煤层气除氧领域具有很好的应用前景。

本发明提供的利用该装置进行煤层气脱氧的方法，适合于对CH₄含量在20％～50％的煤层气(此原料气中的氧含量较高，为10.6-16.8％)进行脱氧，当原料气中甲烷含量小于或等于28％时(即原料气中氧含量大于15％时)，需采用循环方式，以使循环后混合气体的氧含量在10.6-15％后再进行脱氧，循环后混合气体氧气浓度较现有方法高，同样生产规模所需的循环气量较现有方法能够显著减少，因而能够降低能源消耗及生产成本，提高生产效率。本发明通过调节焊接在脱氧反应器外面的水夹套中的水流量，及循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，调节进入脱氧反应器中反应气体的氧含量至10.6-15％，可有效地将脱氧反应器内温度控制在适宜温度范围内，避免反应器内温度过高而造成煤层气中甲烷的大量裂解，不仅可有效地除去煤层气中的氧，使煤层气中氧含量降至0.5％以下，而且可最大限度的减少甲烷裂解，使甲烷的损耗在5％以下，有利于甲烷资源的节约利用，同时使装置内气体的组成处于爆炸气体组成的范围之外，降低脱氧过程中爆炸的可能性，提高整个工艺过程的安全性。该方法应用范围广，投资消耗低，除氧彻底迅速，在煤层气除氧领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的固定床煤层气非催化除氧装置的结构示意图，其中，1为固定床反应器的炉体，2为水夹套，3为探火孔，4为煤箱，5为喷淋塔，6为煤层气出气管，7为循环气调压阀，8为流量计甲，9为循环压缩机，10为循环气返回管，11为止回阀，12为进气调压阀，13为超压截断阀，14为压力传感器，15为阻火器，16为煤层气进气管，17为螺旋排灰机，18为水封装置，19为超压放散管，20为刮刀，21为炉篦，22为检修用人孔，23为汽包(蒸汽汇集器)，24为流量计乙，25为三通乙，26为三通甲。

具体实施方式

本发明以固定床反应器为煤层气脱氧主要装置，将煤层气通过固定床中炽热的燃料层进行脱氧，通过调节反应器外面的水夹套中水流量，将脱氧反应温度控制在500-900℃，以600-800℃为优，压力控制在4-10KPa，以5-8KPa为优，脱氧后的煤层气经过冷却除尘→除焦油→脱硫等处理后进入后续工艺。在该脱氧过程中，对煤层气中CH₄体积百分含量小于或等于28％的低浓度煤层气，通过循环部分脱氧冷却后的煤层气至脱氧前的煤层气中，循环比为0.01～0.55，调节进入脱氧反应器中煤层气的氧含量至10.6～15％。对煤层气中CH₄体积百分含量大于28％的中高浓度煤层气，因其氧含量低可不采用循环方式。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。本发明中所述甲烷含量均为体积百分含量。

实施例1

图1所示固定床煤层气非催化脱氧装置，它包括炉体1在内的固定床煤层气脱氧装置本体，其中，炉体1的侧壁上设有包围着炉体侧壁的水夹套2；该水夹套2的上部通过管道与汽包23的进气口相连，水夹套2内蒸汽通过此管道进入汽包23，该水夹套2的下部的进水管与汽包23的出水口相连，水由汽包23经此管道进入水夹套2。

该装置中，所述固定床煤层气脱氧装置本体包括炉体1、位于炉体1底部并与煤层气进气管16相通的炉篦21、通过管道与固定床反应器的炉体1顶部相连的煤箱4、浸没固定床反应器的炉体1底部的水封装置18、位于水封装置18之下的螺旋排灰机17和一端与固定床反应器的炉体1相连另一端与煤层气出气管6相连的喷淋塔5；炉篦21外侧设有刮刀20；固定床反应器的炉体1上方设有探火孔3；固定床反应器的炉体1侧壁上设有检修用人孔22；所述水封装置18包括水封和位于水封下方的渣池，水封装置18的顶部设有超压放散管19；

煤层气出气管6和煤层气进气管16之间通过三通甲26、三通乙25及位于所述三通甲26和三通乙25之间的循环气返回管10相通，所述三通甲26连接所述煤层气出气管与所述循环气返回管，所述三通乙25连接所述煤层气进气管16与所述循环气返回管10；所述循环气返回管10上由上至下依次设有循环气调压阀7、流量计甲8和循环气压缩机9；

煤层气进气管16上按照离固定床反应器的炉体由远及近依次设有阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、防止循环气返回管10中的循环气倒流入煤层气进气管16的止回阀11及流量计乙24；

该固定床反应器的炉体1的高径比为1.67，内径为3m，高为5m。此处所指高度是指从炉体1顶面到炉体1锥体底面的距离，所述径为炉体1的内径。

实施例2

关闭图1固定床煤层气非催化脱氧装置(该装置固定床反应器1的内径为3m、高为5m)的循环气调压阀7后，采用粒径为25-50mm的焦炭作为脱氧燃料，将该脱氧燃料经煤箱4加入固定床反应器的炉体1中，加料量为300kg/h，流量为2543Nm³/h(气流速度为0.1m/s)的煤层气(原料气)经过煤层气进气管16上的阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、止回阀11和流量计乙24后，由炉篦21进入固定床反应器的炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，固定床反应器的炉体内脱氧反应压力为5KPa，控制汽包23进水管中水的温度为5-25℃，使脱氧反应的温度为710℃(±20℃)，反应8s后，反应完毕的气体经喷淋塔5冷却，由煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由炉篦21掉入水封装置18的渣池内，并由螺旋排灰机17排出。

作为原料气的煤层气中各组分名称及体积百分比如下：CO₂0.35％、O₂14.82％、N₂55.48％和CH₄29.35％，由煤层气出气管(6)排出的煤层气中，各组分名称及体积百分比如下：H₂1.51％、CO₂9.64％、O₂0.36％、N₂54.39％、CH₄28.37％、CO 5.73％。

按照物料平衡方法(已知脱氧前煤层气的体积，利用N₂不参与脱氧反应，脱氧反应前后其总量保持不变，求出脱氧反应后煤层气的体积，再根据脱氧前后煤层气中甲烷的体积百分含量，求出脱氧前后煤层气中甲烷的量；脱氧前煤层气中甲烷的量减掉脱氧后煤层气中甲烷的量除以脱氧前煤层气中甲烷的量即可求出脱氧前后甲烷的损失率。)计算脱氧后甲烷的损失率，可知按照上述方法进行脱氧处理后，CH₄的损失率为1.41％。

实施例3

关闭图1固定床煤层气非催化脱氧装置(该装置固定床反应器的炉体1的内径为3m、高为5m)的循环气调压阀7后，采用粒径为25-50mm的焦炭作为脱氧燃料，将该脱氧燃料经煤箱4加入固定床反应器的炉体1中，加料量为490kg/h，流量为5087Nm³/h(气流速度为0.2m/s)的煤层气(原料气)经过煤层气进气管16上的阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、止回阀11和流量计乙24后，由炉篦(21)进入固定床反应器的炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，固定床反应器的炉体内脱氧反应压力为6KPa，控制汽包23进水管中水的温度为5-25℃，使脱氧反应的温度为800℃(±20℃)，固定床反应器的炉体1内的脱氧反应温度可控制在800℃(±20℃)，反应7s后，反应完毕的气体经喷淋塔5冷却，由煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由炉篦21掉入水封装置18的渣池内，并由螺旋排灰机17排出。

作为原料气的煤层气中各组分名称及体积百分比如下：CO₂0.27％、O₂12.78％、N₂48.13％和CH₄38.82％，由煤层气出气管6排出的煤层气中，各组分名称及体积百分比如下：H₂0.41％、CO₂7.36％、O₂0.45％、N₂48.08％、CH₄38.15％和CO 5.55％。按照物料平衡方法(已知脱氧前煤层气的体积，利用N₂不参与脱氧反应，脱氧反应前后其总量保持不变，求出脱氧反应后煤层气的体积，再根据脱氧前后煤层气中甲烷的体积百分含量，求出脱氧前后煤层气中甲烷的量；脱氧前煤层气中甲烷的量减掉脱氧后煤层气中甲烷的量除以脱氧前煤层气中甲烷的量即可求出脱氧前后甲烷的损失率。)计算脱氧后甲烷的损失率，可知按照上述方法进行脱氧处理后，CH₄的损失率为1.62％。

实施例4

关闭图1固定床煤层气非催化脱氧装置(该装置固定床反应器炉体1的内径为3m、高为5m)的循环气调压阀7后，采用粒径为25-50mm的半焦炭作为脱氧燃料，将该脱氧燃料经煤箱(4)加入固定床反应器的炉体1中，加料量为280kg/h，流量为2543Nm³/h(气流速度为0.1m/s)的煤层气(原料气)经过煤层气进气管16上的阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、止回阀11和流量计乙24后，由炉篦21进入固定床反应器的炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，固定床反应器的炉体内脱氧反应压力为7KPa，控制汽包23进水管中水的温度为5-25℃，使脱氧反应的温度为690℃(±20℃)，反应8s后，反应完毕的气体经喷淋塔5冷却，由煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由炉篦21掉入水封装置18的渣池内，并由螺旋排灰机17排出。

作为原料气的煤层气中各组分名称及体积百分比如下：CO₂0.36％、O₂10.69％、N₂39.91％和CH₄49.04％，由煤层气出气管(6)排出的煤层气中，各组分名称及体积百分比如下：H₂0.81％、CO₂7.19％、O₂0.38％、N₂39.10％、CH₄47.09％、CO 5.43％。

按照物料平衡方法(已知脱氧前煤层气的体积，利用N₂不参与脱氧反应，脱氧反应前后其总量保持不变，求出脱氧反应后煤层气的体积，再根据脱氧前后煤层气中甲烷的体积百分含量，求出脱氧前后煤层气中甲烷的量；脱氧前煤层气中甲烷的量减掉脱氧后煤层气中甲烷的量除以脱氧前煤层气中甲烷的量即可求出脱氧前后甲烷的损失率。)计算脱氧后甲烷的损失率，可知按照上述方法进行脱氧处理后，CH₄的损失率为1.99％。

实施例5

开启图1固定床煤层气非催化脱氧装置(该装置固定床反应器的炉体1的内径为3m、高为5m)的循环气调压阀7后，采用粒径为25-50mm的无烟煤)作为脱氧燃料，将该脱氧燃料经煤箱4加入固定床反应器的炉体1中，加料量为900kg/h，流量为7630Nm³/h(气流速度为0.3m/s)的煤层气(原料气)经过煤层气进气管(16)上的阻火器15、压力传感器14、超压截断阀13、进气调压阀12、止回阀11和流量计乙24后，由炉篦21进入固定床反应器的炉体1内，与脱氧燃料进行脱氧反应，固定床反应器的炉体内脱氧反应压力为8KPa，控制汽包23进水管中水的温度为5-25℃，使脱氧反应的温度为760℃(±20℃)，反应5s后，反应完毕的气体经喷淋塔5冷却，冷却后的气体一部分经循环气返回管10上的循环气调压阀7、流量计甲8和循环气压缩机9进行压缩后，在三通乙处与原料气混合，混合气体的流量为7630Nm³/h(气流速度为0.3m/s)，原料气中各组分名称及体积百分比如下：CO₂0.57％、O₂16.15％、N₂63.25％和CH₄20.03％，循环比为0.31，控制混合后的气体中氧含量为12％，混合气体由炉篦21进入固定床反应器的炉体1内，与脱氧燃料继续进行脱氧反应，冷却后的另一部分气体直接由煤层气出气管6排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由炉篦21掉入水封装置18的渣池内，并由螺旋排灰机17排出。

作为循环后混合气体中各组分名称及体积百分比如下：H₂0.30％、CO₂2.84％、O₂12.47％、N₂62.94％、CH₄20.00％、CO 1.45％，由煤层气出气管(6)排出的煤层气中，各组分名称及体积百分比如下：H₂1.29％、CO₂10.27％、O₂0.46％、N₂61.90％、CH₄19.90％和CO 6.18％。

按照物料平衡方法(已知脱氧前煤层气的体积，利用N₂不参与脱氧反应，脱氧反应前后其总量保持不变，求出脱氧反应后煤层气的体积，再根据脱氧前后煤层气中甲烷的体积百分含量，求出脱氧前后煤层气中甲烷的量；脱氧前煤层气中甲烷的量减掉脱氧后煤层气中甲烷的量除以脱氧前煤层气中甲烷的量即可求出脱氧前后甲烷的损失率。)计算脱氧后甲烷的损失率，可知按照上述方法进行脱氧处理后，CH₄的损失率为1.13％。

对照：

在图1所示内径3m、高为5m的固定床煤层气非催化脱氧装置内，采用褐煤为脱氧燃料，加料量为470kg/h，固定床反应器的炉体1内脱氧反应压力为5KPa，以2543Nm³/h(气流速度为0.1m/s)的流量通入煤层气(原料气)，按照与实施例2完全相同的方法进行脱氧处理，随反应的进行，固定床反应器1内的脱氧反应温度可达到1020℃(±20℃)，进行脱氧反应12s后，完成脱氧处理。

作为原料气的煤层气中各组分名称及体积百分比如下：CO₂0.70％、O₂10.60％、N₂49.42％和CH₄39.28％，由煤层气出气管(6)排出的煤层气中，各组分名称及体积百分比如下：H₂1.49％、CO₂5.91％、O₂0.56％、N₂48.85％、CH₄35.31％和CO 7.88％。

按照物料平衡方法(已知脱氧前煤层气的体积，利用N₂不参与脱氧反应，脱氧反应前后其总量保持不变，求出脱氧反应后煤层气的体积，再根据脱氧前后煤层气中甲烷的体积百分含量，求出脱氧前后煤层气中甲烷的量；脱氧前煤层气中甲烷的量减掉脱氧后煤层气中甲烷的量除以脱氧前煤层气中甲烷的量即可求出脱氧前后甲烷的损失率。)计算脱氧后甲烷的损失率，可知按照上述方法进行脱氧处理后，CH₄的损失率为9.06％。该损失率远大于前述实施例2-5中的甲烷损失率，这是由于该对照方法中，选用脱氧燃料为挥发分含量高的褐煤，致使脱氧反应温度偏高，造成煤层气中甲烷的大量裂解，脱氧过程中甲烷损失率较大，即导致较高的甲烷损失率。而选用本发明提供的脱氧方法，才能有效控制甲烷损失率，提高甲烷的利用率。

Claims (12)

1.一种利用如下的固定床煤层气非催化脱氧装置进行甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气除氧方法，包括如下步骤：关闭循环气调压阀(7)及循环气压缩机(9)后，将脱氧燃料经煤箱(4)加入到炉体(1)中，甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气经煤层气进气管(16)上的阻火器(15)、压力传感器(14)、超压截断阀(13)、进气调压阀(12)、止回阀(11)和流量计乙(24)后，由炉篦(21)进入所述炉体(1)内，与脱氧燃料进行脱氧反应，反应完毕后气体经喷淋塔(5)冷却，由煤层气出气管(6)排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由所述炉篦(21)掉入水封装置(18)的渣池内，并由螺旋排灰机(17)排出；

在上述过程的同时，控制汽包(23)进水管中水的温度使所述脱氧反应的温度为500-900℃；

所述固定床煤层气非催化脱氧装置，它包括炉体(1)在内的固定床煤层气脱氧装置本体，所述炉体(1)的侧壁上设有包围着所述炉体侧壁的水夹套(2)；该水夹套(2)的上部通过管道与汽包(23)的进气口相连，该水夹套的下部通过管道与汽包(23)的出水口相连；

所述固定床煤层气脱氧装置本体包括炉体(1)、位于炉体(1)底部并与煤层气进气管(16)相通的炉篦(21)、通过管道与固定床反应器的炉体(1)顶部相连的煤箱(4)、浸没固定床反应器的炉体(1)底部的水封装置(18)、位于水封装置(18)之下的螺旋排灰机(17)和一端与固定床反应器的炉体(1)相连另一端与煤层气出气管(6)相连的喷淋塔(5)；所述炉篦(21)外侧设有刮刀(20)；固定床反应器的炉体(1)上方设有探火孔(3)；固定床反应器的炉体(1)侧壁上设有检修用人孔(22)；所述水封装置(18)包括水封和位于水封下方的渣池，水封装置(18)的顶部设有超压放散管(19)；

所述煤层气出气管(6)和煤层气进气管(16)之间通过三通甲(26)、三通乙(25)及位于所述三通甲(26)和三通乙(25)之间的循环气返回管(10)相通，所述三通甲(26)连接所述煤层气出气管(6)与所述循环气返回管(10)，所述三通乙(25)连接所述煤层气进气管(16)与所述循环气返回管(10)；所述循环气返回管(10)上由上至下依次设有循环气调压阀(7)、流量计甲(8)和循环气压缩机(9)；

所述煤层气进气管(16)上按照离固定床反应器的炉体由远及近依次设有阻火器(15)、压力传感器(14)、超压截断阀(13)、进气调压阀(12)、防止循环气返回管(10)中的循环气倒流入煤层气进气管(16)的止回阀(11)及流量计乙(24)；

所述固定床反应器的炉体(1)的高径比为1.5-3.2。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述汽包(23)进水管中水的温度为5-25℃；

所述脱氧燃料选自焦炭、半焦炭、无烟煤和煤矸石中的至少一种，脱氧燃料的粒径为13～50mm。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于：所述脱氧燃料的粒径为25-50mm。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述脱氧反应中，温度为500-900℃，压力为4-10KPa。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于：所述脱氧反应中，温度为600-800℃，压力为5-8KPa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气的气流速度为0.1-0.3m/s。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述甲烷的体积百分含量大于28％小于或等于50％的煤层气的气流速度为0.1m/s。

8.一种利用如下的固定床煤层气非催化脱氧装置进行甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气除氧的方法，包括如下步骤：开启循环气调压阀(7)及循环气压缩机(9)后，将脱氧燃料经煤箱(4)加入到炉体(1)中，所述甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气经阻火器(15)、压力传感器(14)、超压截断阀(13)、进气调压阀(12)、止回阀(11)和流量计乙(24)后，由炉篦(21)进入所述炉体(1)内，与脱氧燃料进行脱氧反应，反应完毕后再经喷淋塔(5)冷却，冷却后的气体一部分经循环气返回管(10)上的所述循环气调压阀(7)、流量计甲(8)和所述循环气压缩机(9)进行压缩后，在三通乙(25)处与由煤层气进气管(16)进入所述炉体(1)的甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气混合，控制混合后的气体中氧含量为10.6-15％后，由所述炉篦(21)进入所述炉体(1)内，与脱氧燃料继续进行脱氧反应，冷却后的另一部分气体直接由煤层气出气管(6)排出，完成煤层气的脱氧；脱氧反应过程中产生的灰渣由所述炉篦(21)掉入水封装置(18)的渣池内，并由螺旋排灰机(17)排出；

在上述过程的同时，控制汽包(23)进水管中水的温度使所述脱氧反应的温度为500-900℃；

所述固定床煤层气非催化脱氧装置，它包括炉体(1)在内的固定床煤层气脱氧装置本体，所述炉体(1)的侧壁上设有包围着所述炉体侧壁的水夹套(2)；该水夹套(2)的上部通过管道与汽包(23)的进气口相连，该水夹套的下部通过管道与汽包(23)的出水口相连；

所述固定床煤层气脱氧装置本体包括炉体(1)、位于炉体(1)底部并与煤层气进气管(16)相通的炉篦(21)、通过管道与固定床反应器的炉体(1)顶部相连的煤箱(4)、浸没固定床反应器的炉体(1)底部的水封装置(18)、位于水封装置(18)之下的螺旋排灰机(17)和一端与固定床反应器的炉体(1)相连另一端与煤层气出气管(6)相连的喷淋塔(5)；所述炉篦(21)外侧设有刮刀(20)；固定床反应器的炉体(1)上方设有探火孔(3)；固定床反应器的炉体(1)侧壁上设有检修用人孔(22)；所述水封装置(18)包括水封和位于水封下方的渣池，水封装置(18)的顶部设有超压放散管(19)；

所述煤层气出气管(6)和煤层气进气管(16)之间通过三通甲(26)、三通乙(25)及位于所述三通甲(26)和三通乙(25)之间的循环气返回管(10)相通，所述三通甲(26)连接所述煤层气出气管(6)与所述循环气返回管(10)，所述三通乙(25)连接所述煤层气进气管(16)与所述循环气返回管(10)；所述循环气返回管(10)上由上至下依次设有循环气调压阀(7)、流量计甲(8)和循环气压缩机(9)；

所述煤层气进气管(16)上按照离固定床反应器的炉体由远及近依次设有阻火器(15)、压力传感器(14)、超压截断阀(13)、进气调压阀(12)、防止循环气返回管(10)中的循环气倒流入煤层气进气管(16)的止回阀(11)及流量计乙(24)；

所述固定床反应器的炉体(1)的高径比为1.5-3.2。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于：所述汽包(23)进水管中水的温度为5-25℃；

所述脱氧燃料选自焦炭、半焦炭、无烟煤和煤矸石中的至少一种，脱氧燃料的粒径为13～50mm。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于：所述脱氧燃料的粒径为25-50mm。

11.根据权利要求8的方法，其特征在于：所述脱氧反应中，温度为500-900℃，压力为4-10KPa，所述甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气的气流速度为0.1-0.3m/s。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于：所述脱氧反应中，温度为600-800℃，压力为5-8KPa，所述甲烷的体积百分含量为20-28％的煤层气的气流速度为0.1m/s。

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