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 3 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 2543Nm /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 3 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 5087Nm /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 3 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 7630Nm /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 3 量为 7630Nm /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。