一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統及工藝的製作方法

2023-10-29 01:56:27

專利名稱：一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統及工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於混合氣體的分離領域，具體涉及一種煤層氣尤其是高濃度CH4含量煤層氣的分離的系統及工藝。
背景技術：
煤層氣俗稱「瓦斯」，與煤炭伴生、以吸附狀態儲存於煤層內的非常規天然氣，熱值是通用煤的2-5倍，煤層氣的主要成分為甲烷，其產生的溫室效應是CO2的21倍，對臭氧層的破壞力是CO2的7倍。據有關部門估算，全國煤礦瓦斯對空排放量佔全部工業生產014排放量的1/3左右。2005年2月《京都議定書》生效，我國面臨「減排」的壓力越來越大。同時煤層氣作為一種不可再生的資源，世界各國已開始直接利用或者濃縮富集加以利用。我國對煤礦瓦斯制定了抽採的強制性措施即「先抽後採」，推出了「煤氣共採、鼓勵利用、超標嚴懲」的政策，突出了瓦斯作為寶貴資源的重要地位，為瓦斯規模化、產業化、工業化開發利用鋪平了道路。煤層氣有兩種抽採方式一種是地面抽採，其甲烷純度高(98%左右)，利用價值較高，可直接加壓進行管網輸運，也可直接進行液化儲運。但更為廣泛的是在已經進行煤炭開採生產的礦井下抽採。這種方式抽採出來的煤層氣甲烷含量較低，通常在30% -70%之間，甚至更低。我國煤礦開採一直以煤炭開採為主要目的，煤層氣(瓦斯氣)的抽放處理僅是出於煤礦安全生產的要求而進行的。從礦井煤層氣中分離提純甲烷對於擴展和提高煤層氣的有效利用率和經濟價值具有重要意義。而我國煤層氣具有數量巨大、產地分散、單井規模小、井下抽採氣濃度低並含氧等特點，一般除就近使用外，還沒有其他有效的利用途徑， 放空浪費情況非常嚴重。如果把煤層氣中的甲烷和空氣分離出來並將提純後的甲烷液化灌裝，這就極大的方便了運輸和利用。目前可應用於從煤層氣中分離提純甲烷的方法一般有低溫液化分離、變壓吸附及膜分離等工藝方案，每種方案均具有自己的特色和應用範圍。然而對於變壓吸附及膜分離等工藝，在分離工藝流程中均需要對原料氣進行加壓，這顯然擴大了煤層氣的爆炸濃度範圍，因此在分離處理礦井煤層氣這種含氧可燃混合物時，安全問題是所有分離技術必須考慮的。根據燃燒理論，甲烷等可燃氣體在空氣內燃爆，存在一個最小的燃爆氧濃度，其對應的點稱為燃爆臨界點，與可燃氣體的爆炸上、下限濃度點構成了一個三角形，通常稱為 Coward爆炸三角形，只要當混合物濃度範圍處於此爆炸三角形內，系統極易發生爆炸。如圖1所示，其中區域I為爆炸三角區；區域II為欠氧區，即增加氧氣(空氣)可爆炸；區域III為欠甲烷區，即增加甲烷可爆炸；區域IV為安全區，不發生爆炸。在常溫常壓下，甲烷與空氣混合爆炸的濃度範圍為5% -15%。這個範圍會隨壓力和溫度的變化而改變，溫度升高和壓力升高均會使爆炸濃度範圍擴大。由於煤礦抽出的瓦斯濃度一般在爆炸極限之內，採取高壓流程，則將使爆炸下限降低，存在不安全因素，因此從礦井煤層氣(空氣和甲烷的混合物)中分離提純甲烷，無論起始混合物中甲烷濃度有多高，隨著甲烷的分離減少，在系統內均會穿過爆炸濃度範圍，這對任何分離提純系統均是非常危險的。因此， 在對煤層氣進行處理的過程中，必須要時刻考慮到可能出現的安全問題，控制甲烷和空氣的含量，以達到開採過程的絕對安全。中國專利CNlOl 104825A公開了一種礦井瓦斯氣的液化天然氣生產方法，該專利所述的方法首先將煤層氣中所含有的氧氣分離，使煤層氣遠離爆炸三角形的爆炸範圍，其所述的脫氧方法是採用催化劑強氧化方法或變壓吸附法進行脫氧處理，所述的催化劑強氧化脫氧工藝是在常壓下、控制溫度600-700°C，將煤層氣通過氧化反 應器中的催化劑床的金屬性催化劑，使煤層氣中的氧氣和甲烷發生無明火的氧化反應，並生成CO2和水；所述的變壓吸附方法是選用空穴直徑大於氧分子直徑而小於甲烷分子直徑的分子篩，吸附煤層氣中的氧氣。脫氧後的煤層氣的含氧量控制在0.5%以下。該專利所述的方法將氧氣脫出後可以通過加壓濃縮的方式得到液化天然氣，然而該專利所述的脫氧方法中，需要控制溫度600-700°C才能使反應進行，如此高的反應溫度對設備提出了極大的要求，一旦所選用的設備運行過久而難以承受如此高溫環境，則會存在更大的安全隱患；另一方面，將煤層氣加熱至600-700°C所需消耗的能量過大，相對比較浪費資源。該專利所述的另外一種方法即變壓吸附脫氧的方法，該方法雖然最大限度的保存了甲烷的含量，但是受爆炸三角形理論的限制，該方法只能在極低的壓力下進行，這樣會使得該方法的分離效率極低，另一方面由於煤層氣中會含有其他的混合氣體，單純採用空穴直徑大於氧分子直徑而小於甲烷分子直徑的分子篩可能導致分離效果不理想，這樣使得後續的處理程序依然存在極大的安全隱患。

發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在於現有技術中煤層氣脫氧工藝反應溫度較高而對設備要求較高的問題，進而提供一種可在低溫下完成脫氧並實現煤層氣中CH4分離的設備；進一步的，本發明提供了一種使用上述系統設備進行煤層氣CH4分離的工藝。為解決上述技術問題，本發明所述的一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，包括順次連接的壓縮淨化裝置用於將所述煤層氣進行淨化壓縮預處理；脫O2裝置用於所述煤層氣的甲烷和氧氣反應以脫除煤層氣中的02，得到無O2煤層氣；淨化除油裝置用於脫除無O2煤層氣中含有的微量油霧；CH4分離系統用於將無O2煤層氣中的CH4與其他組分分離；產品集送系統用於收集並輸送壓縮後的CH4 ；所述脫O2裝置內充填有催化劑，所述煤層氣中的O2與部分CH4在所述催化劑的作用下於200-250°C發生無明火反應，以脫除煤層氣中的O2 ；所述催化劑以Fe2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分並塗覆於催化劑載體表面。所述催化劑載體為堇青石蜂窩陶瓷、堇青石陶瓷球、活性氧化鋁或活性炭。所述脫O2裝置的外部設有冷卻水循環裝置。所述脫O2裝置內部設有加熱裝置，將所述煤層氣加熱至反應溫度。
所述脫O2裝置的所述進氣口處設有加熱裝置，將所述煤層氣加熱至反應溫度。所述淨化除油裝置包括多個不同過濾級數的過濾器、設置於各所述過濾器之前為混合氣體降溫的控溫器，以及吸附油脂的活性炭吸附器。所述CH4分離系統為膜分離系統或變壓吸附系統。所述膜分離系統包括多級膜分離裝置，利用煤層氣中不同組分的傳遞速度的差異實現各組分的逐級分離，得到CH4產品。

所述變壓吸附系統包括多個吸附塔和真空泵，所述吸附塔設有對CH4優先選擇的分子篩實現CH4同其他氣體的分離，所述真空泵用於分子篩的解吸附，得到CH4產品。所述產品集送系統包括壓縮機、產品存儲罐、流量傳感器、壓力傳感器和產品濃度傳感器。本發明還公開了一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，包括如下步驟(1)原料氣預處理將煤層氣淨化壓縮，去除煤層氣中含有的水蒸氣、灰塵和含硫物質；(2)脫除O2 淨化後的煤層氣加熱至200-250°C，煤層氣中的O2與CH4在以Fe2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分的催化劑的作用下發生無明火反應，除去煤層氣中含有的O2 ；(3)淨化除油將脫除O2後的煤層氣進行淨化除油處理，去除煤層氣中含有的微粒、水及油霧；(4)CH4分離將淨化後的剩餘煤層氣中的CH4與其他組分分離；(5)產品運輸收集將濃縮後的CH4收集並傳輸。所述步驟(2)中，所述煤層氣在所述脫O2裝置中加熱至所需反應溫度。所述步驟(2)中，所述煤層氣在進入所述脫O2裝置之前加熱至所需反應溫度。所述步驟(3)中，脫除O2後的煤層氣分別通過粗過濾、精過濾、超精過濾、以及活性炭吸附四級過濾步驟，除去所述煤層氣中含有的微粒、水以及油霧。所述步驟(4)中，淨化後的剩餘煤層氣通入所述變壓吸附系統，通過對CH4具有優先選擇性的分子篩的篩選實現CH4的分離，並通過真空泵加壓的方式實現CH4的解吸附，得到CH4廣品。所述步驟(4)中，淨化後的剩餘煤層氣通入所述膜分離系統，通過多級膜分離裝置的分離，利用煤層氣中不同組分的傳遞速度的差異實現各組分的逐級分離，得到CH4產
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ΡΠ O所述步驟(5)中，將分離得到的014產品輸送至產品存儲罐收集，並檢測CH4產品氣的流量、壓力及濃度。本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點，1、本發明所述的煤層氣分離設備中，所述脫O2裝置內塗覆有以Fe2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分的催化劑，使得煤層氣中的CH4和O2在加熱至200°C左右時即可發生無明火反應，由於反應溫度較低，因此該反應在一般的設備中即可完成，同時將煤層氣加熱至200°C所需的耗能也較小，不僅操作安全而且具有節能環保的優點；2、所述脫O2裝置外部設有冷卻水循環裝置，可以通過控制反應溫度有效控制反應的速率，確保反應過程安全高效；3、選用變壓吸附系統實現CH4與其他組分氣體的分離，通過選用對有優先選擇權的分子篩可以高效準確將CH4與其他組分氣體分離；4、 選用膜分離系統實現CH4與其他組分氣體的分離，具有分離效率高、設備緊湊、佔地面積小、能耗較低、操作簡便、維修保養容易、投資較少等優點；5、雖然在燃燒的過程中消耗了少部分的CH4氣，但卻一次性煤層氣開採中存在的安全隱患，收集到的CH4可以作用能量再次開發利用，符合煤礦開採過程中節能環保的要求。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中圖1為爆炸三角形理論示意圖；圖2為本發明實施例1所述煤層氣分離系統示意圖；圖3為本發明實施例2所述煤層氣分離系統示意圖。圖中附圖標記表示為1_壓縮淨化裝置，2-脫O2裝置，3-催化劑，4-加熱裝置， 5-空壓機，6-混合氣儲氣罐，7-混合氣淨化裝置，8-潔淨氣儲氣罐，9-變壓吸附系統， 10-產品儲氣罐，11- 一段膜處理器，12- 二段膜處理器。
具體實施例方式實施例1如圖2所示，本發明所述的利用催化劑燃燒脫氧的煤層氣分離系統，包括壓縮淨化裝置、脫O2裝置、淨化除油裝置、CH4分離系統以及產品集送系統；所述壓縮淨化裝置1用於將所述煤層氣進行預處理，所述壓縮淨化裝置1包括除塵設備、除硫設備和除水設備，用於將所述煤層氣進行預處理。所述煤層氣經羅茨泵在Iatm 大氣壓下壓縮後，依次通過所述除塵設備、除硫設備和除水設備。所選除塵設備為水幕或折返式水槽；除硫設備為乾式鹼性催化劑濾罐或溼式硫酸銅水洗槽；除水設備為有機矽膠吸附和脫吸罐。使得煤層氣中僅含有02、N2, CH4和CO2等氣體。所述脫O2裝置2用於脫除淨化後的煤層氣中所含的O2 ；所述脫O2裝置2為罐體結構，其內部充填有催化劑3，所述催化劑3以Fe2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分，並以漿液的形式塗覆於堇青石蜂窩陶瓷外部，所述Fe2O3. Co3O4. MnO2活性組分中各組分的比例為 1.5-2 1-2 1-2，所述堇青石蜂窩陶瓷內部安裝有封閉電加熱裝置4，經加熱後的所述煤層氣中的O2與CH4在所述催化劑3的作用下發生無明火反應，即可消耗掉煤層氣中含有的 02，所述脫O2裝置2的外部設有冷卻水循環裝置以控制反應速率。所述淨化除油裝置用於除去煤層氣中含有的微量油霧，避免煤層氣中所含的微量油霧汙染後續的分離設備，所述淨化除油裝置包括為混合氣加壓的空壓機5，對混合氣進行緩衝以平衡系統壓力的混合氣儲氣罐6，以及混合氣淨化裝置7，所述混合氣淨化裝置7包括順次連接且過濾精度逐漸提升的粗過濾器、精過濾器和超精過濾器，分別設置於所述精過濾器和超精過濾器之前為混合氣體降溫的第一控溫器和第二控溫器，以及吸附油脂的活性炭吸附器，並將淨化後的混合氣收集入潔淨氣儲氣罐8，以進入下一級分離系統。所述CH4分離系統用於將煤層氣中的CH4與其他組分分離，所述CH4分離系統選用變壓吸附系統9進行CH4的分離，所述變壓吸附系統9包括順次連接的3-4個吸附塔、控制各個吸附塔之間管道內氣體流量的管道式氣動閥、排氣消音器以及實現分子篩解吸附得到 CH4產品的真空泵。
所述產品集送系統用於輸送濃縮後的CH4並收集，所述產品集送系統包括無油螺杆壓縮機、產品存儲罐10、流量傳感器、壓力傳感器和產品濃度傳感器。該系統一方面向吸附塔提供產品氣，以清洗分子篩之間空隙中的不純氣體，為吸附塔的變壓吸附提供最佳環境；另一方面向產品存儲罐輸送濃縮後的CH4產品；三是可以檢測CH4產品氣的流量、純度和壓力。利用上述煤層氣分離系統對煤層氣中的CH4氣進行分離提取的工藝流程為(1)原料氣預處理將煤層氣依次經過羅茨泵在Iatm大氣壓下加壓進入高效除塵、除水、除硫設備中淨化，脫去氣體中大量的水蒸氣、灰塵和含硫物質。所選除塵設備為水幕或折返式水槽；除硫設備為乾式鹼性催化劑濾罐或溼式硫酸銅水洗槽；除水設備為有機矽膠吸附和脫吸罐。使得煤層氣中僅含有02、N2、CH4和CO2等氣體。(2)脫除O2 將淨化後的含有剩餘氣體02、H2、CH4、C02等氣體的煤層氣從所述脫O2 裝置2的進氣口通入所述脫O2裝置2內，設置於所述脫O2裝置內的封閉電加熱裝置4將所述煤層氣加熱至200-250°C，此時煤層氣中的O2與CH4在催化劑的作用下發生無明火反應， 而煤層氣中的其他組分氣體並不參與反應，由於CH4與O2的燃燒反應比例為1 2，因此可完全除去煤層氣中含有的02，而保留大部分的014氣，脫除O2後的剩餘煤層氣從所述脫O2裝置2的剩餘氣體出氣口排出，進入所述淨化除油裝置。(3)淨化除油將脫除02後的煤層氣通過螺杆式空壓機5進行加壓，並輸送至混合氣儲氣罐6，採用混合氣儲氣罐6是為了對進氣進行緩衝，使壓力均衡，降低氣流脈衝，減小系統壓力波動，實現系統平穩用氣；混合氣儲氣罐6內的煤層氣進入混合氣淨化裝置7進行淨化，以除去混合氣中的油，避免進入吸附器後會毒化分子篩，造成分子篩永久性失效；所述煤層氣通過粗過濾器除去大於1 μ m的微粒及大部分水，並進入第一控溫器將煤層氣降溫至5°C左右，使其中的水汽凝結成水，並將之分離排出系統；所述煤層氣再經過精過濾器濾去大於0. 01 μ m的顆粒及油水；利用第二控溫器使混合氣降至-10°C左右後進入所述超精過濾器濾去大於0. 001 μ m的油水，最後再經活性炭吸附器吸附剩餘微量油霧；將淨化後的煤層氣通入潔淨氣儲氣罐8，以備進入CH4分離系統分離得到產品。(4)CH4分離將淨化後的煤層氣通入所述變壓吸附系統9，實現CH4氣與其他組分氣體的分離。所述變壓吸附系統9是利用壓力和分子篩對混合氣進行分離，為了使分離的甲烷氣有較高的濃度，吸附器內裝有對甲烷優先選擇的分子篩，所述分子篩選用孔徑為 0. 5nm的5A分子篩，25atm下於20_50°C工作，所述分子篩在760mm汞柱壓力下的N2分離率為1. 37。這是因為混合氣中甲烷所佔比例較小，分子篩體積佔反應器容積比例較大，使得反應器中剩餘空間較小。反應器採用這種分子篩是以吸附甲烷為主，其餘混合氣組分均作為富集氣連續排出吸附塔。完成作業的分子篩通過真空泵於0.5mm汞柱壓力下、20°C等溫解吸附，將吸附於分子篩孔穴內的CH4分子抽出來，實現吸附塔內分子篩的解吸附，而經分離後得到CH4氣產品。 (5)產品運輸收集將分離得到的CH4產品無油螺杆壓縮機加壓濃縮，並輸送至產品存儲罐10收集，並通過流量傳感器、壓力傳感器、產品濃度傳感器檢測CH4產品氣的流量、壓力及濃度。同時部分產品氣被輸送至變壓吸附塔處提供產品氣，以清洗分子篩之間空隙中的不純氣，為吸附塔的吸附提供最佳環境。實施例2
如圖3所示，本發明所述的利用催化劑燃燒脫氧的煤層氣分離系統，包括壓縮淨化裝置1、脫O2裝置2、淨化除油裝置、CH4分離系統以及產品集送系統；所述壓縮淨化裝置1用於將所述煤層氣進行預處理，所述壓縮淨化裝置包括除塵設備、除硫設備和除水設備，用於將所述煤層氣進行預處理。所選除塵設備為水幕或折返式水槽；除硫設備為乾式鹼性催化劑濾罐或溼式硫酸銅水洗槽；除水設備為有機矽膠吸附和脫吸罐。使得煤層氣中僅含有02、N2, CH4和CO2等氣體所述脫O2裝置2用於脫除淨化後的煤層氣中所含的O2 ；所述脫O2裝置2為罐體結構，其內部充填有催化劑3，所述催化劑3以Fe2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分，並以漿液的形式塗覆於堇青石陶瓷球、或活性氧化鋁或活性炭外部，所述Fe2O3. Co3O4. MnO2活性組分中各組分的比例為1.5-2 1-2 1-2，經加熱後的所述煤層氣中的02與014在所述催化劑的作用下發生無明火反應，即可消耗掉煤層氣中含有的02，所述脫O2裝置2的煤層氣進氣口處設有電加熱裝置4對煤層氣進行加熱，並且其外部設有冷卻水循環裝置以控制反應速率。所述淨化除油裝置用於除去煤層氣中含有的微量油霧，避免煤層氣中所含的微量油霧汙染後續的分離設備，所述淨化除油裝置包括為混合氣加壓的空壓機5，對混合氣進行緩衝以平衡系統壓力的混合氣儲氣罐6，以及混合氣淨化裝置7。所述混合氣淨化裝置7包括順次連接且過濾精度逐漸提升的粗過濾器、精過濾器和超精過濾器，分別設置於所述精過濾器和超精過濾器之前為混合氣體降溫的第一控溫器和第二控溫器，以及吸附油脂的活性炭吸附器，並將淨化後的混合氣收集入潔淨氣儲氣罐8，以進入下一級分離系統。所述CH4分離系統用於將煤層氣中的CH4與其他組分分離，所述CH4分離系統選用膜分離系統實現CH4氣與其他組分氣體的分離。所述膜分離系統根據煤層氣中組分及流量的不同，設置多級多段式膜分離裝置，利用煤層氣中不同組分的傳遞速度的差異實現各組分的逐級分離，得到CH4產品。所述產品集送系統用於輸送濃縮後的CH4並收集，所述產品集送系統包括無油螺杆壓縮機、產品存儲罐10、流量傳感器、壓力傳感器和產品濃度傳感器。該系統一方面向產品存儲罐輸送濃縮後的CH4產品；同時可以檢測CH4產品氣的流量、純度和壓力。利用上述煤層氣分離系統對煤層氣中的CH4氣進行分離提取的工藝流程為(1)原料氣預處理將煤層氣依次經過羅茨泵在Iatm下加壓進入高效除塵、除水、 除硫設備中淨化，脫去氣體中大量的水蒸氣、灰塵和含硫物質。所選除塵設備為水幕或折返式水槽；除硫設備為乾式鹼性催化劑濾罐或溼式硫酸銅水洗槽；除水設備為有機矽膠吸附和脫吸罐。使得煤層氣中僅含有02、N2, CH4和CO2等氣體。(2)脫除O2 將淨化後的含有剩餘氣體02、N2、CH4、C02等氣體的煤層氣從所述脫O2 裝置2的煤層氣進氣口通入所述脫O2裝置2內，所述煤層氣在所述進口處通過電加熱裝置 4加熱至200-250°C，此時通入所述脫O2裝置2的煤層氣中的O2與CH4在催化劑的作用下發生無明火反應，而煤層氣中的其他組分氣體並不參與反應，由於CH4與O2的燃燒反應比例為1 2，因此可完全除去煤層氣中含有的02，而保留部分的CH4氣，脫除O2後的剩餘煤層氣從所述脫O2裝置2的剩餘氣體出氣口排出，進入所述淨化除油裝置。(3)淨化除油將脫除O2後的煤層氣通過螺杆式空壓機5進行加壓，並輸送至混合氣儲氣罐6，採用混合氣儲氣罐6是為了對進氣進行緩衝，使壓力均衡，降低氣流脈衝，減小系統壓力波動，實現系統平穩用氣；混合氣儲氣罐6內的煤層氣進入混合氣淨化裝置7進行淨化，以除去混合氣中的油，避免進入膜分離系統後會影響濾膜的使用壽命；所述煤層氣通過粗過濾器除去大於1 μ m的微粒及大部分水，並進入第一控溫器將煤層氣降溫至5°C 左右，使其中的水汽凝結成水，並將之分離排出系統；所述煤層氣再經過精過濾器濾去大於 0. Ol μ m的顆粒及油水；利用第二控溫器使混合氣降至-10°C左右後進入所述超精過濾器濾去大於0. 001 μ m的油水，最後再經活性炭吸附器吸附剩餘微量油霧；將淨化後的煤層氣通入潔淨氣儲氣罐8，以備進入CH4分離系統分離得到產品。(4) CH4分離將淨化後的煤層氣通入所述膜分離系統，實現CH4氣與其他組分氣體的分離，此時煤層氣的主要成分為N2、CO2和CH4。將所述煤層氣通過螺杆式空壓機加壓，並將加壓後的煤層氣通入一級一段膜處理器11，因為在混合氣裡CO2屬於快氣，作為滲透氣通過膜被分離出來。包括N2和CO2的滲餘氣進入二段膜處理器12，相比較而言N2為快氣，故 N2作為滲透氣透過，而CH4成為滲餘氣體而得到分離。CH4氣經減壓閥減壓後進入產品集送系統。所述膜分離系統應根據實際的煤層 氣的不同流量和不同的組分採取不同的級聯方案，如採取一級多段並聯的方式提高產能和分離精度，或採取循環的方法以提高分離純度。(5)產品運輸收集將分離得到的CH4產品無油螺杆壓縮機加壓濃縮，並輸送至產品存儲罐10收集，並通過流量傳感器、壓力傳感器、產品濃度傳感器檢測CH4產品氣的流量、壓力及濃度。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求
1.一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，包括順次連接的 壓縮淨化裝置(1)用於將所述煤層氣進行淨化壓縮預處理；脫O2裝置O)用於所述煤層氣的甲烷和氧氣反應以脫除煤層氣中的02，得到無O2煤層氣；淨化除油裝置用於脫除無A煤層氣中含有的微量油霧； CH4分離系統用於將無A煤層氣中的CH4與其他組分分離； 產品集送系統用於收集並輸送壓縮後的CH4 ； 其特徵在於所述脫A裝置內充填有催化劑(3)，所述煤層氣中的A與部分CH4在所述催化劑的作用下於200-250°C發生無明火反應，以脫除煤層氣中的A ；所述催化劑以狗203. Co3O4. MnO2作為活性組分並塗覆於催化劑載體表面。
2.根據權利要求1所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述催化劑載體為堇青石蜂窩陶瓷、堇青石陶瓷球、活性氧化鋁或活性炭。
3.根據權利要求2所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述脫O2裝置O)的外部設有冷卻水循環裝置。
4.根據權利要求3所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述脫A裝置內部設有加熱裝置，將所述煤層氣加熱至反應溫度。
5.根據權利要求3所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述脫A裝置的所述進氣口處設有加熱裝置，將所述煤層氣加熱至反應溫度。
6.根據權利要求1-5任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於所述淨化除油裝置包括多個不同過濾級數的過濾器、設置於各所述過濾器之前為混合氣體降溫的控溫器，以及吸附油脂的活性炭吸附器。
7.根據權利要求1-5任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述CH4分離系統為膜分離系統或變壓吸附系統(9)。
8.根據權利要求7所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於所述膜分離系統包括多級膜分離裝置，利用煤層氣中不同組分的傳遞速度的差異實現各組分的逐級分離，得到CH4產品。
9.根據權利要求7所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於所述變壓吸附系統包括多個吸附塔和真空泵，所述吸附塔設有對CH4優先選擇的分子篩實現CH4同其他氣體的分離，所述真空泵用於分子篩的解吸附，得到CH4產品。
10.根據權利要求1-5任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離系統，其特徵在於 所述產品集送系統包括壓縮機、產品存儲罐(10)、流量傳感器、壓力傳感器和產品濃度傳感器。
11.一種利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於，包括如下步驟(1)原料氣預處理將煤層氣淨化壓縮，去除煤層氣中含有的水蒸氣、灰塵和含硫物質；(2)脫除O2淨化後的煤層氣加熱至200-250°C，煤層氣中的&與CH4在以!^e2O3. Co3O4. MnO2作為活性組分的催化劑的作用下發生無明火反應，除去煤層氣中含有的& ；(3)淨化除油將脫除O2後的煤層氣進行淨化除油處理，去除煤層氣中含有的微粒、水及油霧；(4)CH4分離將淨化後的剩餘煤層氣中的CH4與其他組分分離；(5)產品運輸收集將濃縮後的CH4收集並傳輸。
12.根據權利要求11所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟O)中，所述煤層氣在所述脫O2裝置中加熱至所需反應溫度。
13.根據權利要求11所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟O)中，所述煤層氣在進入所述脫O2裝置之前加熱至所需反應溫度。
14.根據權利要求11-13任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟(3)中，脫除O2後的煤層氣分別通過粗過濾、精過濾、超精過濾、以及活性炭吸附四級過濾步驟，除去所述煤層氣中含有的微粒、水以及油霧。
15.根據權利要求11-13任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟(4)中，淨化後的剩餘煤層氣通入所述變壓吸附系統，通過對CH4具有優先選擇性的分子篩的篩選實現CH4的分離，並通過真空泵加壓的方式實現CH4的解吸附，得到CH4產品
16.根據權利要求11-13任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟中，淨化後的剩餘煤層氣通入所述膜分離系統，通過多級膜分離裝置的分離，利用煤層氣中不同組分的傳遞速度的差異實現各組分的逐級分離，得到CH4產品。
17.根據權利要求11-13任一所述的利用催化劑脫氧的煤層氣分離工藝，其特徵在於 所述步驟(5)中，將分離得到的014產品輸送至產品存儲罐收集，並檢測014產品氣的流量、壓力及濃度。
全文摘要
本發明屬於混合氣體的分離領域，具體涉及一種煤層氣尤其是高濃度CH4含量煤層氣的分離的系統及工藝。本發明所述的煤層氣分離系統包括壓縮淨化裝置、O2脫除裝置、淨化除油裝置、CH4分離系統和產品集送系統。所述煤層氣經過O2脫除裝置完全除去其中含有的O2，本發明所述的煤層氣分離設備中，所述脫O2裝置內塗覆有以Fe2O3.Co3O4.MnO2作為活性組分的催化劑，使得煤層氣中的CH4和O2在加熱至200℃左右時即可發生無明火反應，由於反應溫度較低，因此該反應在一般的設備中即可完成，同時將煤層氣加熱至200℃所需的耗能也較小，不僅操作安全而且具有節能環保的優點。
文檔編號C10L3/10GK102321493SQ20111013554
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者丁琦洋, 魏厚瑗 申請人:北京惟泰安全設備有限公司