[发明专利]一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯气处理领域和能源利用领域，尤其涉及一种瓦斯气催化燃烧脱氧的系统及方法。

背景技术

瓦斯气是指在煤炭开采过程中，出于采煤安全考虑，采用井下抽采技术，从矿井下抽采出来的煤层气。由于在抽排过程中掺进大量空气，一般甲烷体积浓度≤40％，而氧气体积浓度最高可达到15％左右。瓦斯气的燃烧产物为水和二氧化碳，不会对环境造成污染，被世界公认为是一种优质的清洁能源。

在我国，目前大多数瓦斯气只能就地作为民用燃料使用，而绝大部分被燃烧放空，据统计，我国每年由于采煤排放出的瓦斯气多达200亿m³，占全球煤矿开采向大气排放CH₄总量的1/3，造成极大的能源浪费；同时，瓦斯气中的甲烷作为一种重要的温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，其直接排入空中极大程度加剧全球温室效应。因此，合理利用瓦斯气是解决我国能源紧张和分布不平衡、减轻环境压力、减缓温室效应的重要手段。

瓦斯气利用的关键就是脱氧，即将瓦斯气中的氧气含量脱除至一个安全的范围后(体积浓度≤0.5％)再进行综合利用。但是由于瓦斯气是高浓度的可燃气体甲烷与高浓度氧气的混合气，采用物理方法脱氧具有很大的危险性。目前，比较安全而且有效的脱氧方式就是瓦斯气的燃烧脱氧，尤其是催化燃烧脱氧，即在催化燃烧催化剂作用下，瓦斯气中的甲烷和氧气发生的甲烷无火焰燃烧的反应。

该反应的主要反应为CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O ΔH^Θ＝-890.31KJ/mol，从热力学过程可得知，该反应属于强放热反应。据计算，氧气体积浓度10％左右的瓦斯气，每反应1％体积浓度的氧气，其系统绝热温升为85℃左右。为了防止催化剂床层和反应器在高温下被烧坏，同时也为了限制甲烷在高温条件下的裂解，在做瓦斯气催化燃烧脱氧反应时，一般要求入口处氧含量≤4％(体积％)。对于高于4％氧含量的瓦斯气，一般采用将产品气作为循环气掺入原料气中，达到降低氧含量的目的。对于瓦斯气脱氧来说，循环过程中的能耗是整个工艺的主要能耗来源。瓦斯气中氧含量越高，循环比越大，循环气量也越大，循环压缩机能耗就越大；同时气量大，也导致循环机、换热器以及管道的尺寸加大，增加了投资。

因此，化学工作者们一直在致力于寻求一种适合用于处理高氧含量瓦斯气的瓦斯气脱氧的新工艺及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合用于处理高氧含量瓦斯气的瓦斯气脱氧的新系统及方法。为此，本发明的发明人进行了深入研究并提供了如下各个方面：

<1>.一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的系统，所述系统包括：用于进行瓦斯气脱氧反应的脱氧反应器，所述脱氧反应器通过循环压缩机建立循环圈，其中循环压缩机与系统接通的状态是可调节的；

用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置；和

连接在所述循环圈后的精脱氧塔，用于补充进行氧气脱除。

<2>.根据<1>所述的系统，其中所述系统还包括：在接通循环压缩机的情况下，向瓦斯原料气中补充循环气的机构。

<3>.根据上述任一项所述的系统，其中所述循环气是通过如下过程引入到脱氧反应器入口的：来自脱氧反应器出口的气体经过废热锅炉和原料气预热器换热，将温度降至300℃以下后，通过脱盐水预热器和循环气冷却器换热后，将温度降至40℃以下，气体经过水分离罐汽水分离后，通过循环机送入脱氧反应器入口。

<4>.根据上述任一项所述的系统，其中所述系统还包括：连接在所述系统中的用于废热回收的蒸汽过热器、废热锅炉和预热器中的一项或多项。

<5>.根据上述任一项所述的系统，其中所述脱氧反应器由2个串联连接的脱氧反应器构成。

<6>.根据上述任一项所述的系统，其中所述用于对所述脱氧反应器供给水蒸气的装置对处于工艺最上游的脱氧反应器中的第一脱氧反应器供给水蒸气。

<7>.一种用于瓦斯气催化燃烧脱氧的方法，所述方法包括：向脱氧反应器内补充水蒸气作为惰性气体；在脱氧反应器中对瓦斯气进行脱氧，在此脱除大量氧气；在精脱氧反应器中进行补充氧气脱除。

<8>.根据<7>所述方法，其中，相对于所述瓦斯原料气总体积，作为惰性气体的水蒸气的加入量为10～100体积％，优选20～60体积％。