CN201770681U - 一种固定床煤层气非催化脱氧装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种固定床煤层气非催化脱氧装置。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，该水夹套的下部通过管道与汽包(23)的出水口相连。该装置能够实现脱氧冷却后的煤层气与脱氧前煤层气的混合，达到调节固定床反应器中反应气体氧含量的目的，进而可有效控制炉温，避免反应器内温度过高而造成煤层气中甲烷的大量裂解。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种固定床煤层气非催化脱氧装置。
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。煤层气的焦炭燃烧脱氧，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。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种固定床煤层气非催化脱氧装置。
本实用新型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。
本实用新型提供的脱氧反应装置，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，循环后混合气体的氧含量在10.6-15％时即可利用该脱氧装置进行脱氧，循环后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。该装置能够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，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。该装置具有除氧彻底迅速、投资消耗低、设备紧凑、占地面积小、排污量少等优点，在煤层气除氧领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型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
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
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，固定床煤层气的脱氧装置的本体包括炉体1、位于炉体1的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；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，三通甲26连接煤层气出气管与循环气返回管10，三通乙25连接煤层气进气管16与循环气返回管10；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，径为炉体1的内径。
实施例2、利用实施例1提供的脱氧装置进行煤层气的脱氧
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：CO2 0.57％、O2 16.15％、N2 63.25％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：H2 0.30％、CO2 2.84％、O2 12.47％、N2 62.94％、CH4 20.00％、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：H2 1.29％、CO2 10.27％、O2 0.46％、N2 61.90％、CH4 19.90％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％。
实施例3、利用实施例1提供的脱氧装置进行煤层气的脱氧
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200kg/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：CO2 0.36％、O2 10.69％、N2 39.91％和CH4 49.04％，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：H2 0.81％、CO2 7.19％、O2 0.38％、N2 39.10％、CH4 47.09％、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％。
Claims (9)
1.一种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，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：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的止回阀(11)及流量计乙(24)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定床(24)上设有炉篦(21)和位于所述炉篦(21)外侧的刮刀(20)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定床反应器的炉体(1)上方设有探火孔(3)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定床反应器的炉体(1)侧壁上设有检修用人孔(22)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述水封装置(18)包括水封和位于水封下方的渣池，所述水封装置(18)的顶部设有超压放散管(19)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述排灰装置(17)为螺旋排灰机。
8.根据权利要求1-7任一所述的装置，其特征在于：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所述的装置，其特征在于：所述固定床反应器的炉体(1)的高径比为1.5-2.4。
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