[发明专利]含可燃性气体的混合气体催化脱氧工艺

说明书

技术领域

本发明属于气体脱氧技术领域，特别涉及一种含可燃性气体的混合气体催化脱氧工艺。

背景技术

含甲烷的气体主要有煤层气(俗称瓦斯)、沼气、垃圾填埋气等，其主要可燃性成分均为甲烷。

煤层气大量存在于煤层中，属于非常规天然气；是造成煤矿井下事故的主要原因之一。实际上煤层气是一种热值高，无污染的新能源，可作为发电燃料、工艺燃料、化工原料和居民生活燃料等。我国每年向大气排放煤层气约300亿立方米，造成巨大的环境压力和资源浪费。对煤层气合理综合利用，可以弥补我国能源短缺。同时煤层气的回收利用还有助于保护环境，甲烷的温室效应是CO₂的20倍以上，大量的煤层气排入大气加剧了全球温室效应。因此，煤层气的低利用率既造成了资源的极大浪费，又加重了环境污染。

化学工业部西南化工研究院于1985年申请的中国专利ZL85103557“变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷”，公开了一种利用变压吸附法从煤层气中分离富集甲烷的方法。一般情况下，甲烷在浓缩提纯过程中排放废气的氧含量也被浓缩提高，由于废气中不可避免的含有5～15％的甲烷，致使排放的废气处于甲烷的爆炸极限范围，在排放废气管内，始终存在着爆炸的危险，这使得该技术的应用受到了限制，因而在煤层气综合利用前进行脱氧处理是十分必要的。

目前可采用的煤层气脱氧方法主要有催化脱氧法(ZL 02113628.9)和焦炭脱氧法(ZL 02113627.0、200610021720.1)等，此两种方法均可有效的将煤层气中的氧含量降至0.5％以下，以保证后续工艺提浓过程的安全操作。

甲烷和氧的燃烧反应是一个热量极大的放热反应，并且反应速度随温度升高急剧上升，不可能用反应器内部的传热面引出热量，只能采用绝热反应器。但是，由于反应速度随温度变化太大，反应速度不能准确预测，一般的中间冷激的多层式绝热反应器也不能有效控制反应温度。甲烷和氧必需先预热到一定温度才能开始反应，而反应终温是由进入时的温度和气体中的氧含量确定的。若氧含量过高，则会使出口温度过高，造成甲烷裂解，催化剂结碳，甚至烧结。为了解决这一技术问题，中国发明专利申请公开说明书CN 101139239A公开了一种含甲烷气体的耐硫催化脱氧的方法，该方法是将经过脱氧处理之后的原料气(本发明称之为循环气)与未经处理的原料气混合，以降低进入催化反应器中的混合气体中的氧含量。这种方法，气体的循环比高(循环比是指循环气量与原料气量的比值)，循环压缩机能耗和投资也比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种循环气用量少的含可燃性气体的混合气体脱氧催化工艺。该工艺大大减小了循环气用量，从而减少了催化剂用量，减小了循环机、换热器和管道的尺寸，降低了投资，同时也减少了循环机和冷却水的能耗，增加了副产蒸汽等。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种含可燃性气体的混合气体催化脱氧工艺，具体方法如下：

在反应系统中，使原料混合气体中的可燃性气体与(原料混合气体中的)氧在含有催化剂的催化反应器中反应而达到脱氧目的，其中于：催化反应器为多个串联绝热反应器或者一个多层绝热反应器；在多个串联绝热反应器中，最后一个绝热反应器为主反应器；在多层绝热反应器中，最末层催化剂为主反应层；从多个串联绝热反应器的第一个绝热反应器或多层绝热反应器的第一催化剂层进入的原料混合气体在进入前先与循环气混合并经过预热后再进入反应器；从非第一个绝热反应器或非第一催化剂层的其它各反应器或其它各催化剂层进入的原料混合气体不需预热，直接进入或与循环气混合后进入反应器；所述的原料混合气体中氧的含量为4～12％，所述的循环气是由反应系统出来经洗涤、冷却后的产品气体。

上述催化脱氧工艺中：

多个串联绝热反应器可优选为2至4个串联绝热反应器，多层绝热反应器可优选为2至4层绝热反应器。

含可燃性气体的混合气体(即原料混合气体)通常为煤层气或沼气或垃圾填埋气，其含有的主要可燃性气体为甲烷，但不限于此。

进入多个串连绝热反应器的各个反应器或进入多层绝热反应器的各催化剂层的原料混合气体和催化剂用量，是依次递增的。