[发明专利]一种低浓度含氧煤层气的脱氧剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于煤层气脱氧的领域范畴，具体涉及一种低浓度含氧煤层气的脱氧剂，同时还涉及该低浓度含氧煤层气的脱氧剂的制备方法及应用。

背景技术

煤层气主要成分为CH₄，是一种大量存在于煤层中的清洁气体能源。我国埋深2000m以浅煤层气资源量为36.81×10¹³m³，相当于490×10⁹t标准煤或38×10⁹m³天燃气，位居世界第三位。为了保障煤矿安全生产，需井下抽采煤层气，由于抽采的过程中掺进了大量空气，因此煤层气中CH₄浓度普遍偏低，其中约三分之二低于30%，属低浓度煤层气。对低浓度煤层气的利用目前仅限于燃烧和发电，利用率仅占排放总量的5～7%，其余全部排空，不仅浪费了能源，又造成了环境污染。因此低浓度煤层气的开发利用不仅能提高煤层气利用率，弥补能源短缺；减少甲烷排空造成的温室效应，降低环境污染；同时还增强煤矿生产安全。

低浓度含氧煤层气CH₄浓度为6～25%，O₂浓度高达20%。按照煤矿安全规程要求，瓦斯浓度低于30%不能贮存和输送；甲烷在空气中的浓度达到5～16%时，遇明火会爆炸。如果对低浓度含氧煤层气直接富集提浓，随尾气中CH₄浓度不断降低，O₂浓度不断上升，势必会穿透爆炸极限，存在危险，因此O₂是低浓度含氧煤层气得以合理利用的关键制约因素。目前，国内外报道的煤层气的脱氧方法主要有：膜分离法、吸附法（变压吸附、化学吸附）、燃烧法（焦炭燃烧和催化燃烧）和还原法。

中国专利公开号CN1799679A于2006年7月12日公开了一种发明名称为“一种煤层气浓缩方法”，其采用的是变压吸附和膜分离技术结合使用，通过膜分离技术分离甲烷和氧气，脱氧过程需加压操作，导致甲烷的爆炸极限扩大，存在严重的安全隐患，且膜的制备及成本问题限制了工业化规模。

中国专利公开号CN1919986A于2007年2月28日公开了一种发明名称为“一种煤层气焦炭脱氧工艺”，其采用焦炭脱氧工艺脱除煤层气中的氧气。反应温度在600～1000℃之间，温度控制不宜，部分甲烷损耗，且产生了杂质CO₂等气体。

中国专利公开号CN101250449A于2008年8月27日公开了一种发明名称为 “一种煤层气的催化转化脱氧方法”， 其在煤层气中加入少量的水蒸气，使部分甲烷转化为CO和H₂用来脱氧，但脱氧反应压力较大，在高温脱氧过程中，易穿透甲烷的爆炸极限，存在安全隐患。

中国专利公开号CN102872883A于2013年1月16日公开了一种发明名称为“负载型非贵金属含氧煤层气脱氧催化剂及其制法和应用”， 中国专利公开号CN102784639A于2012年11月21日公开了一种发明名称为“煤层气脱氧催化剂及其制备方法和应用”，介绍了煤层气脱氧催化剂通过催化甲烷燃烧进行脱氧。催化剂主要活性组分为Cu、Fe、Pt，加入金属助剂，负载于多孔载体。起火温度均在400℃以下，脱氧效率高，但造成了甲烷损失。

中国专利公开号CN101659890A于2010年3月3日公开了“一种煤层气的脱氧方法和一种催化剂”，采用FeSO₄做还原剂，外加碱金属做催化剂，在常温常压下催化氧化，脱氧率为88-98%，但其单位处理量低、原料FeSO₄取材不便、无法循环使用、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种高脱氧率、高脱氧活性、廉价的低浓度含氧煤层气的脱氧剂脱氧剂。

本发明的另一目的在于提供该低浓度含氧煤层气的脱氧剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供该低浓度含氧煤层气的脱氧剂的应用。

本发明的一种低浓度含氧煤层气的脱氧剂，由活性组分及载体组成，其中：活性组分的重量百分含量为5～15%，其余为载体；活性组分为硫化物，载体为活性炭、NaY分子筛、氧化铝的一种，载体粒径范围为：250～850μm。

所述的活性组分硫化物为Li₂S、Na₂S、K₂S、Rb₂S的一种或几种。

本发明的一种低浓度含氧煤层气的脱氧剂的制备方法，包括以下步骤：