专利名称：一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器。
背景技术：
煤层气是赋存在煤层中，与煤伴生非常规天然气。我国煤层气资源丰富，居世界第三，可采资源总量约10万亿立方米。煤层气的热值与天然气相当，燃烧后几乎不产生污染物，是ー种洁净、高效、低碳燃料；另ー方面煤层气也是ー种强温室气体，其温室效应是ニ氧化碳的21倍。我国是煤炭消费大国，煤炭开采过程中，为保证矿井安全生产，抽放大量的低浓度混空煤层气，其主要成分是甲烷(CH4)，掺混30% -70%的空气。据统计，我国每年采煤排放的煤层气数十亿立方米，绝大部分直接放空燃烧，不仅浪费了资源，同时也加重了大气的温室效应，造成环境污染。低浓度煤层气因含氧高(5-15% )、易爆炸，当前的主要利用方式是直接燃烧和发电，其经济价值未能充分体现。我国目前天然气供给量严重不足，若能将其提纯、浓缩利用，必将是天然气资源的有效补充，提高资源价值和经济效益。煤层气分离提纯技术主要包括变压吸附、膜分离和低温深冷分离技术等。变压吸附和膜分离需要在高压条件下进行，但高压导致甲烷爆炸极限变宽，操作危险大。专利ZL85103557公开了ー种变压吸附法分离煤层气中甲烷的方法，甲烷浓缩过程中也导致排气中氧浓度的增大，排放废气的管路中存在爆炸的危险。专利CN101531559A，CN101531560A，CN101531561A公开了ー种采用低温精馏的方法分离煤层气中甲烷的方法，采用严格控制分离曲线的方法，避开气体的爆炸极限，但安全性还有待评价，系统风险较大。因此，为了防止气体爆炸，提高工艺的可行性，有必要首先脱除煤层气中混合的氧气，然后再进行加压分离和低温液化操作。目前，煤层气脱氧的方法主要有催化氧化法、焦炭脱氧法等。专利ZL02113627.0公布了ー种含氧煤层气通过高温焦炭层脱除氧气的方法。具有甲烷损失小，费用低的优点，但エ艺复杂，操作强度大，气体后处理成本高。专利ZL02113628. 9、CN101250449A、CN101139239A.CN101613627A公开了采用催化氧化脱氧的方法，分别采用Pt、Pd、Mn系列脱氧催化剂，在350-700°C范围内脱除煤层气中的氧，脱氧精度可达到1%以下。含氧煤层气的催化氧化脱氧过程从本质上讲是甲烷在贫氧条件下的完全燃烧过程。标况下，甲烷的燃烧热为890.3kJ/mol。因此，脱氧过程放出大量的反应热。为了保证反应的活性和选择性，防止催化剂烧结，必须控制催化剂床层在合适的反应温度，移出反应热。专利CN101139239A、CN101613627A公开了采用绝热固定床反应器，含氧煤层气和循环甲烷气预混后通过催化剂列管，脱氧反应后的高温气体经废热锅炉回收热量后，分离得到纯净甲烷气。但固定床反应器存在以下缺点(I)床层的传热能力差，容易局部过热，造成 催化剂反应活性和选择性下降，甚至烧结失活；(2)反应空速低，限制了处理能力的提高；
(3)大量的冷气体循环造成能量损耗大；(4)设备的结构复杂，体积庞大，床层阻カ大，处理能力低。
发明内容本实用新型的目的在于开发一种传热系数大、换热效率高、处理能力大、安全性好、结构简单的含氧煤层气脱氧反应器。本实用新型的目的可以通过以下技术措施来实现本实用新型一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器由炉体、旋风分离器、催化剂颗粒循环立管、固体颗粒回料阀和催化剂颗粒返料管组成，其特征在于炉体的顶部和底部是锥形，炉体顶部与旋风分离器连接，炉体中部有内置换热器，换热器与汽包相连，炉体的下部与催化剂颗粒返料管，炉体底部锥面上有含氧煤层气进气喷嘴和催化剂颗粒排料ロ，旋风分离器底端连接催化剂颗粒循环立管，催化剂颗粒循环立管与催化剂颗粒返料管 之间通过固体颗粒回料控制阀连接，在催化剂颗粒循环立管上有催化剂颗粒进料ロ，在催化剂颗粒返料管上有吹送气进气ロ。 如上所述的旋风分离器顶端有脱氧煤层气出ロ。如上所述的换热器为列管换热器，列管的下端并联与下集合管连接，列管的上端并联与上集合管连接，下部集合管和上部集合管与汽包相连，汽包可产生中压蒸汽。如上所述的列管换热器，列管直径15_38mm。如上所述炉体顶部和底部的锥顶角为60-90°。如上所述的含氧煤层气进气喷嘴为1-3排。每排3-8个含氧煤层气进气喷嘴。含氧煤层气进气喷嘴与水平圆周切线的夹角20-60°。如上所述的固体颗粒回料阀为耐高温的滑阀、闸阀或球阀。如上所述的催化剂颗粒进料ロ位于催化剂颗粒循环立管的下部，固体颗粒回料阀之间。固体催化剂颗粒和含氧煤层气分别通过催化剂颗粒循环立管下部的进料口和流化床底部的进气喷嘴，进入流化床脱氧反应器；控制反应器内的气速，使催化剂颗粒在床内保持湍动流化状态；调节内置換热器换热介质水的流速和温度，保持床层稳定的脱氧反应温度350-650°C ;内置换热器的进水口和出水ロ通过集合管连接在汽包的下部和上部，保持汽包温度250-450°C，产生中压蒸汽；脱氧后的气体携帯部分小颗粒的催化剂从反应器顶部的出口排出，进入旋风分离器；分离下来的固体颗粒依次通过颗粒循环立管、回料控制阀、返料管返回流化床反应器；气体送后系统处理。本实用新型也可用于天然气、沼气和其它含氧燃气的脱氧预处理过程。本实用新型具有以下技术优点(I)脱氧反应过程采用流态化技术，气固接触效果好，传热传质效率高，处理能力大，操作稳定，尤其适合含氧量较高的气体处理过程；(2)流化床内置的换热器可快速移出反应热，保持床层温度均匀，提高反应活性和选择性，防止催化剂局部烧结；(3)流化床反应器采用较高气速的喷嘴进气方式，结构简単，而且可防止因气体组成或压降波动导致的回火或爆燃，安全性好；(4)脱氧反应过程副产中压蒸汽，提高了系统的热效率；[0025](5)流化床反应器可根据实际处理气量，调节过床气速和换热介质水的流速，抗负荷波动能力强；(6)设备结构简单，操作灵活，易于エ业放大；
图I是本实用新型一种用于含氧煤气脱氧的流化床反应器的结构示意图；图2是流化床脱氧反应器底部进气喷嘴的结构示意图。如图所示，I是炉体；2是换热器；3是汽包；4是旋风分离器；5是脱氧煤层气出口 ；6是催化剂颗粒循环立管；7是催化剂颗粒进料ロ ；8是固体颗粒回料控制阀；9是吹送气进 气ロ；10是催化剂颗粒返料管；11是含氧煤层气上层进气喷嘴；12是含氧煤层气下层进气喷嘴；13是催化剂颗粒排料ロ ；14是换热器下集合管；15是换热器上集合管。物流A是含氧煤层气；B是脱氧水；(是中压蒸汽；D是脱氧煤层气出是固体催化剂颗粒疋是吹送气；G是失活催化剂颗粒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进ー步的详细说明。一种用于含氧煤气脱氧的流化床反应器，它是由炉体I、旋风分离器4、催化剂颗粒循环立管6、固体颗粒回料阀8和催化剂颗粒返料管10组成，其特征在于炉体I的顶部和底部是锥形，锥顶角60-90°炉体I顶部与旋风分离器4连接，炉体I中部有内置列管换热器2，列管直径15-38mm，列管的下端并联与下集合管14连接，列管的上端并联与上集合管15连接，下集合管14和上集合管15与汽包3相连，炉体I的下部与催化剂颗粒返料管10连接，炉体I底部锥面上有2排含氧煤层气上层进气喷嘴11、含氧煤层气下层进气喷嘴12和催化剂颗粒排料ロ 13，含氧煤层气上层进气喷嘴11和含氧煤层气下层进气喷嘴12分别与水平圆周切线的夹角20-60°，含氧煤层气上层进气喷嘴11和含氧煤层气下层进气喷嘴12分别有3-8个含氧煤层气进气喷嘴，旋风分离器4底端连接催化剂颗粒循环立管6，催化剂颗粒循环立管6与催化剂颗粒返料管10之间通过固体颗粒回料控制阀8连接，在催化剂颗粒循环立管6上有催化剂颗粒进料ロ 7，在催化剂颗粒返料管10上有吹送气进气ロ 9，旋风分离器4顶端有脱氧煤层气出ロ 5。含氧煤层气A由含氧煤层气上层进气喷嘴11和含氧煤层气下层进气喷嘴12进入炉体1，一定粒度的固体催化剂颗粒E由催化剂颗粒进料ロ 7，依次经固体颗粒回料控制阀8和催化剂颗粒返料管10，在吹送气F吹送下加入炉体I内。控制反应器内的气速，使催化剂颗粒在床内保持湍动流化状态。换热介质脱氧水B经汽包3通过下集合管14加入换热器2，换热后的高温水经上集合管15返回汽包3上部，汽包3产生中压蒸汽C。控制换热介质温度和流量，保持稳定、合理的反应器床层温度。脱氧反应后的气体携带小颗粒的催化剂从炉体I顶部的出ロ排出，进入旋风分离器4 ;分离下来的固体颗粒依次通过固体颗粒循环立管6、固体颗粒回料控制阀8、催化剂颗粒返料管10返回炉体I ;脱氧煤层气D送后系统处理；失活的催化剂颗粒G从炉体I底部的催化剂颗粒排料ロ 13排出。
权利要求1.一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，它是由由炉体(I)、旋风分离器(4)、催化剂颗粒循环立管￠)、固体颗粒回料阀(8)和催化剂颗粒返料管(10)组成，其特征在于炉体(I)的顶部和底部是锥形，炉体(I)顶部与旋风分离器(4)连接，炉体(I)中部有内置换热器⑵，换热器⑵与汽包(3)相连，炉体⑴的下部与催化剂颗粒返料管(10)连接，炉体(I)底部锥面上有含氧煤层气进气喷嘴和催化剂颗粒排料口(13)，旋风分离器(4)底端连接催化剂颗粒循环立管￠)，催化剂颗粒循环立管(6)与催化剂颗粒返料管(10)之间通过固体颗粒回料控制阀(8)连接，在催化剂颗粒循环立管(6)上有催化剂颗粒进料口(7)，在催化剂颗粒返料管(10)上有吹送气进气口(9)。
2.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的旋风分离器(4)顶端有脱氧煤层气出口(5)。
3.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的换热器(2)为列管换热器，列管的下端并联与下集合管(14)连接，列管的上端并联与上集合管(15)连接，下部集合管(14)和上部集合管(15)与汽包(3)相连。
4.如权利要求3所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的列管换热器，列管直径15-38_。
5.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述炉体(I)顶部和底部的锥顶角为60-90°。
6.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的含氧煤层气进气喷嘴为1-3排，每排3-8个含氧煤层气进气喷嘴。
7.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于含氧煤层气进气喷嘴与水平圆周切线的夹角20-60°。
8.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的固体颗粒回料阀(8)为耐高温的滑阀、闸阀或球阀。
9.如权利要求I所述的一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器，其特征在于所述的催化剂颗粒进料口(7)位于催化剂颗粒循环立管￠))的下部，固体颗粒回料阀(8)之间。
专利摘要一种用于含氧煤层气脱氧的流化床反应器是由由炉体(1)、旋风分离器(4)、催化剂颗粒循环立管(6)、固体颗粒回料阀(8)和催化剂颗粒返料管(10)组成，炉体(1)的顶部和底部是锥形，炉体(1)顶部与旋风分离器(4)连接，炉体(1)中部有内置换热器(2)，换热器(2)与汽包(3)相连，炉体(1)的下部与催化剂颗粒返料管(10)连接，炉体(1)底部锥面上有含氧煤层气进气喷嘴和催化剂颗粒排料口(13)，旋风分离器(4)底端连接催化剂颗粒循环立管(6)，催化剂颗粒循环立管(6)与催化剂颗粒返料管(10)之间通过固体颗粒回料控制阀(8)连接，在催化剂颗粒循环立管(6)上有催化剂颗粒进料口(7)，在催化剂颗粒返料管(10)上有吹送气进气口(9)。本实用新型换热效率高、处理能力大、安全性好、结构简单的优点。
文档编号B01J8/24GK202387444SQ20112049373
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者夏立森, 房倚天, 方惠斌, 王建国, 王洋, 董立波, 赵建涛 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所