專利名稱：一種列管式固定床反應(yīng)器和煤層氣脫氧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種列管式固定床反應(yīng)器和在該反應(yīng)器中進(jìn)行的煤層氣脫氧方法。
背景技術(shù)：
煤層氣(俗稱瓦斯)是大量存在于煤層中，以甲烷為主要成分的可利用資源。通常在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層氣的易爆特性，非常容易造成煤礦安全事故，因此處理的方法一般為向直接排放大氣。由于其中的主要成分甲烷是一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是CO2的20倍以上，大量的煤層氣排入大氣加劇了全球溫室效應(yīng)。隨著石油資源的日益匱乏，替代能源的尋找一直是近幾十年來(lái)各國(guó)政府和企業(yè)界所共同關(guān)注的重點(diǎn)。其中，主要成分為甲烷的天然氣的利用已經(jīng)取得了一定的成果，比如天 然氣發(fā)電，天然氣作民用燃料，天然氣經(jīng)合成氣制備化工原料等。與天然氣類似，煤層氣的主要成分也是甲烷，如果能夠作為天然氣的補(bǔ)充加以利用，不僅可以擴(kuò)大甲烷類資源的使
用年限，還可以提高煤礦開(kāi)采安全性和降低全球溫室效應(yīng)，具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效
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Mo煤層氣與天然氣的不同主要體現(xiàn)在甲烷的含量不同，按照甲烷含量的不同，煤層氣還可以分為高甲烷含量(甲烷濃度大于80重量％ )的氣體，中甲烷含量(甲烷濃度為30-80重量％)的氣體和低甲烷含量(甲烷濃度小于30重量％)的氣體。對(duì)于高甲烷含量的氣體，其使用率已經(jīng)接近100%，而對(duì)于中低甲烷含量的氣體，由于其中存在的氧氣和氮?dú)鈱?dǎo)致了安全性和分離經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題，尤其是由于其中氧氣的存在導(dǎo)致的安全性問(wèn)題，已經(jīng)成為制約中低甲烷含量的煤層氣利用的瓶頸。其原因在于，煤層氣利用需要提高氣體中的甲烷含量，而提高甲烷含量的方法就是需要將氮?dú)饣蚩諝馀c甲烷分離。目前煤層氣分離提純技術(shù)主要包括低溫深冷分離、變壓吸附和膜分離等三種。對(duì)于低溫深冷分離，雖然其液化和分離都在低溫下進(jìn)行，然而在分離過(guò)程中，隨著甲烷濃度的提高，排放廢氣的氧含量也被濃縮提高，不可避免地有一個(gè)階段正好是屬于甲烷的燃燒和爆炸的范圍，存在著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于變壓吸附法和膜分離法，高壓有利于氣體的分離凈化，然而高的操作壓力使得甲烷的爆炸限變寬，對(duì)于這種中、低甲烷含量的含氧煤層氣提純來(lái)說(shuō)，操作危險(xiǎn)性增大。由此可見(jiàn)，煤層氣脫氧技術(shù)已經(jīng)成為煤層氣利用的關(guān)鍵技術(shù)之
O在煤層氣脫氧技術(shù)中，利用固定床催化劑使煤層氣中的甲烷催化燃燒消耗其中的氧氣從而達(dá)到脫氧的目的是最主要的技術(shù)，在此過(guò)程中，甲烷與氧氣的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，這可能引起床層溫度過(guò)高從而影響催化劑和催化反應(yīng)過(guò)程，而控制催化床層溫度最好的方法就是采用換熱的方式移除熱量。在普通的固定床中，在煤層氣入口處甲烷與氧氣的反應(yīng)快速發(fā)生并產(chǎn)生大量的熱，在出口處，由于氧氣濃度較低，甲烷與氧氣的反應(yīng)減少，這會(huì)造成固定床反應(yīng)器在軸向存在熱點(diǎn)，而該熱點(diǎn)溫度無(wú)法控制，可能會(huì)導(dǎo)致催化劑失活甚至損壞固定床反應(yīng)器；同時(shí)，也會(huì)造成固定床反應(yīng)器在徑向存在過(guò)大的溫差，從而造成催化劑裝填中心溫度過(guò)高。
CN101209402A公開(kāi)了一種殼程多腔式多層床固定床反應(yīng)器,該反應(yīng)器的殼體由上殼體和下殼體構(gòu)成，在每個(gè)殼體內(nèi)在上管板和下管板之間沿殼體軸向設(shè)置兩個(gè)殼程擋板，殼程擋板將殼體分為三個(gè)腔體，其兩側(cè)的腔體內(nèi)設(shè)置反應(yīng)管，兩側(cè)的腔體內(nèi)設(shè)置有半圓形的三塊折流板，因而管間熱交換介質(zhì)的流動(dòng)形式為錯(cuò)流兼平行流。該專利申請(qǐng)所公開(kāi)的反應(yīng)器是通過(guò)殼程流動(dòng)形式的變化來(lái)平衡管內(nèi)反應(yīng)熱的不均，但是沒(méi)有考慮管程也需要做相應(yīng)的改變來(lái)減緩熱點(diǎn)效應(yīng)，其對(duì)熱點(diǎn)效應(yīng)減緩的效果有限。
CN1736574A公開(kāi)了一種無(wú)熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，其特點(diǎn)是反應(yīng)器列管中的每支管都采用套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管兩端封閉，在內(nèi)管和外管兩端側(cè)壁通過(guò)管道與反應(yīng)器殼程相連，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，這樣冷卻介質(zhì)就可以從催化劑床層內(nèi)外同時(shí)移除熱量，從而控制床層溫度。該反應(yīng)器解決了徑向的熱分布不均問(wèn)題，但軸向的熱分布不均依然存在，而且這導(dǎo)致反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，增加了制造難度。CN101508924A公開(kāi)了一種煤礦區(qū)煤層氣催化脫氧工藝，采用多級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行多級(jí)催化脫氧反應(yīng)，控制每一級(jí)反應(yīng)器的入口氣體溫度及入口氣體中氧氣含量，使催化脫氧反應(yīng)后每一級(jí)反應(yīng)器的出口氣體溫度均為660°C，與采用單個(gè)反應(yīng)器相比，通過(guò)該脫氧工藝，可使作為返回氣用于稀釋原料煤層氣中氧氣含量的產(chǎn)品氣的量大大降低，從而降低能耗；同時(shí)能有效的控制脫氧反應(yīng)器出口的氣體溫度在溫度為660°C以下，可減少甲烷裂解，明顯降低甲烷損失量。該工藝采用多級(jí)反應(yīng)器來(lái)控制反應(yīng)放熱所產(chǎn)生的高溫，一方面由于反應(yīng)的劇烈程度很難有效控制，另一方面將大大增加設(shè)備的投資。CN101613627A公開(kāi)了一種含氧煤層氣催化脫氧工藝,含氧煤層氣和以一定循環(huán)比返回的煤層氣產(chǎn)品氣混合進(jìn)入固定床絕熱催化反應(yīng)器，煤層氣中的甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，從而將煤層氣產(chǎn)品其中的氧氣濃度降低到O. 2%以下。木發(fā)明可以有效地脫除氧濃度在1% -15%含氧煤層氣中的氧氣，甲烷的回收率接近按照甲烷和氧氣完全轉(zhuǎn)化計(jì)算得到的理論回收率，產(chǎn)品氣中低的氧濃度完全消除了后續(xù)煤層氣分離(液化、變壓吸附、膜分離等)工藝過(guò)程中存在的安全隱患。該工藝雖然通過(guò)煤層氣循環(huán)控制氧含量以達(dá)到控制反應(yīng)放熱帶來(lái)的高溫問(wèn)題，但與此同時(shí)也降低了該工藝的處理量，而且，隨著循環(huán)比的加大，處理量降得更多。從上述的現(xiàn)有技術(shù)可以看出，為了控制催化劑床層的溫升，或者說(shuō)為了控制催化反應(yīng)放出的熱量，主要采用兩種手段，一是從反應(yīng)器本身著手，加大傳熱速率，該思路主要是針對(duì)反應(yīng)器的改進(jìn)，包括管程和殼程的不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其不利的一面在于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從而造成投資成本增加；二是從工藝過(guò)程著手，控制反應(yīng)放出的熱量，該思路通?？梢岳闷胀ǖ墓潭ù卜磻?yīng)器，但由于控制煤層氣的氧含量或者其流速，這造成工藝的處理能力下降，從而造成操作成本的增加。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種既不需要對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行復(fù)雜的改進(jìn)，又能保證處理能力的設(shè)備或工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單的、能有效減緩熱點(diǎn)效應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器，和在該反應(yīng)器內(nèi)實(shí)施的一種煤層氣脫氧的方法。本發(fā)明提供一種列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括第一封頭、第二封頭和殼體，其中，在殼體內(nèi)，設(shè)置有至少一個(gè)分隔板，將該反應(yīng)器沿殼體的軸向分為至少兩段，每段反應(yīng)器外部的殼體上均設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口，并且沿殼體的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭的順序，各段反應(yīng)器中列管的數(shù)目依次遞減，且列管的管徑依次增大。本發(fā)明還提供一種煤層氣脫氧方法，其特征在于，該方法包括，在煤層氣脫氧反應(yīng)條件下，將煤層氣從上述的列管式固定床反應(yīng)器的第二封頭引入殼體中，依次與各段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑接觸，并從第一封頭引出該反應(yīng)器，將冷卻介質(zhì)從每段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)入口引入，并從該段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)出口引出。通過(guò)改變列管式固定床反應(yīng)器中列管的數(shù)目和直徑，使得煤層氣進(jìn)入所述列管式固定床反應(yīng)器時(shí)，首先經(jīng)過(guò)比表面積大(換熱面積與催化劑裝填體積的比例)的反應(yīng)段，此時(shí)煤氣層的含氧量較高，在催化劑床層內(nèi)的甲烷和氧氣的反應(yīng)量也較大，溫升較高，此時(shí)管 外換熱面積較大，可以帶走更多的熱量；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，煤層氣中的含氧量降低，甲烷和氧氣的反應(yīng)量也降低，溫升較小，此時(shí)管外換熱面積較小，從而將固定床反應(yīng)器溫度控制在合理范圍內(nèi)，避免了反應(yīng)器中存在軸向熱點(diǎn)，并緩和反應(yīng)器徑向的溫差，從而保護(hù)了反應(yīng)器以及列管中的催化劑，提高了煤層氣脫氧工藝過(guò)程的效率和經(jīng)濟(jì)性。此外，本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在煤層氣進(jìn)入反應(yīng)器的初期，由于溫升較高，對(duì)催化劑的影響較大，而且，由于此時(shí)煤層氣中氧氣含量較高，即使使用活性相對(duì)較低的催化劑也能達(dá)到同樣的催化效果，因此，在煤層氣脫氧工藝中，先使用活性較低的催化齊U，再使用活性較高的催化劑，在保證煤層氣脫氧效果的同時(shí)，還有效降低了反應(yīng)成本。從實(shí)施例的反應(yīng)結(jié)果可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行煤層氣脫氧，各段反應(yīng)器中的列管式固定床反應(yīng)器床層的溫度都穩(wěn)定在590-620°C，沒(méi)有熱點(diǎn)出現(xiàn)，而且脫氧后的煤層氣中的氧氣含量均低于O. I重量％。此外，在實(shí)施例I中，前兩段反應(yīng)器中使用活性相對(duì)較低的MnAl2O3作為催化劑，而最后一段反應(yīng)器中使用活性相對(duì)較高的PVAl2O3作為催化劑，其整體脫氧效果與實(shí)施例4中均使用PVAl2O3作為催化劑的脫氧效果相當(dāng)，由此可見(jiàn)，本發(fā)明優(yōu)選的煤層氣脫氧方法還可以有效的降低反應(yīng)成本。本發(fā)明解決現(xiàn)有煤層氣脫氧工藝中存在熱點(diǎn)缺陷的方法僅為改變列管式固定床反應(yīng)器中列管的數(shù)目和管徑，相比現(xiàn)有技術(shù)中的很多對(duì)設(shè)備的改進(jìn)而言，本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備難度較低。相比現(xiàn)有技術(shù)中的控制煤層氣的氧含量或者其流速的工藝改進(jìn)而言，由于不需要將處理后的煤層氣與未處理的煤層氣進(jìn)行混合，因此，本發(fā)明的方法在保證煤層氣脫氧效果、消除了反應(yīng)器中熱點(diǎn)的同時(shí)還保證了工藝的處理能力。


附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中圖I為本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的示意圖，其中，斜線部分表示管程，空白部分表不殼程。圖2為煤層氣脫氧工藝的整體工藝流程圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明
I第一封頭 2第二封頭3 殼體4第一冷卻介質(zhì)入口5第一冷卻介質(zhì)出口6第二冷卻介質(zhì)入口7第二冷卻介質(zhì)出口8第三冷卻介質(zhì)入口9第三冷卻介質(zhì)出口
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于，如圖I所示，該反應(yīng)器包括第一封頭I、第二封頭2和殼體3,其中,在殼體3內(nèi)，設(shè)置有至少一個(gè)分隔板,將該反應(yīng)器沿殼體3的軸向分為至少兩段，每段反應(yīng)器外部的殼體3上均設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口，并且沿殼體3的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭2的順序，各段反應(yīng)器中列管的數(shù)目依次遞減，且列管的管徑依次增大。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，分隔板的數(shù)量為1-5個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選為2-3個(gè)。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于煤層氣脫氧工藝來(lái)說(shuō)，按照煤層氣的流向，優(yōu)選地，每段反應(yīng)器中列管的數(shù)目為與該段反應(yīng)器相鄰的后一段反應(yīng)器中列管的數(shù)目的I. 5-4倍，進(jìn)一步優(yōu)選為2-3倍，最優(yōu)選為2倍；每段反應(yīng)器中列管的數(shù)目為與該段反應(yīng)器相鄰的前一段反應(yīng)器中列管的管徑的I. 2-4倍，進(jìn)一步優(yōu)選為I. 5-3倍，此時(shí)，能夠得到最好的脫氧效果。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，相鄰兩段反應(yīng)器中的列管之間通過(guò)連接管或分配器相連。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解到，本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的發(fā)明本質(zhì)在于通過(guò)對(duì)列管式固定床反應(yīng)器的改進(jìn)消除反應(yīng)器中的熱點(diǎn)，尤其是消除反應(yīng)器軸向的熱點(diǎn)，而具體的分隔板、列管數(shù)目和管徑的選擇并不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，每段反應(yīng)器中列管的高度可以相同或不同，優(yōu)選地，沿殼體3的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭2的順序，每段反應(yīng)器中列管的高度為與該段反應(yīng)器相鄰的前一段反應(yīng)器中列管的高度的1-3倍，優(yōu)選為1-1. 5倍。根據(jù)本發(fā)明，同一段反應(yīng)器中的列管的管徑和高度可以相同或不同，優(yōu)選地，同一段反應(yīng)器中的列管的管徑相同，同一段反應(yīng)器中的列管的高度相同。本發(fā)明提供一種煤層氣脫氧方法，其特征在于，該方法包括，在煤層氣脫氧反應(yīng)條件下，將煤層氣從上述列管式固定床反應(yīng)器的第二封頭2引入殼體3中，依次與各段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑接觸，并從第一封頭I引出該反應(yīng)器，將冷卻介質(zhì)從每段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)入口引入，并從該段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)出口引出。本發(fā)明中對(duì)于所述第一封頭I和第二封頭2的絕對(duì)高度沒(méi)有特別的限定，同樣地，對(duì)于煤層氣的絕對(duì)流向也沒(méi)有特別的限定(可以從上往下，也可以從下往上)，只要使得煤層氣的流向與列管式固定床反應(yīng)器的列管數(shù)目減少以及管徑增加的方向保持一致即可。本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在不同段的反應(yīng)器中使用活性不同的催化劑，SP先使用活性相對(duì)較低的催化劑，后使用活性相對(duì)較高的催化劑，與一直使用活性相對(duì)較高·的催化劑相比，對(duì)煤層氣脫氧效果的影響不大，但卻有效的降低了成本。因此，本發(fā)明中，優(yōu)選地，沿煤層氣的流向，后一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性不低于前一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性。進(jìn)一步優(yōu)選地，沿煤層氣的流向，后一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性高于前一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性。本發(fā)明中所用的煤層氣脫氧催化劑可以為常規(guī)的各種煤層氣脫氧催化劑，優(yōu)選地，所述煤層氣脫氧催化劑包括多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的活性金屬，所述多孔載體選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅、磷鋁分子篩、L型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、絲光沸石、ZSM-5沸石、硅藻上、高嶺土、天然白土、硅酸鋁、硅酸鎂和蜂窩陶瓷中的至少一種，優(yōu)選地，所述多孔載體選自氧化鋁、X型分子篩、Y型分子篩、ZSM-5沸石中的至少一種；所述活性金屬包括貴金屬和非貴金屬,所述非貴金屬為Mn、Cu、Fe和Co中的至少一種,所述貴金屬為Pd、Pt、Ru、Rh和Ir中的至少一種。所述煤層氣脫氧催化劑中活性金屬和載體的含量可以為本領(lǐng)域常規(guī)的范圍，例如，以煤層氣脫氧催化劑的總量為基準(zhǔn)，所述活性金屬的含量可以為O. 01-30重量％。根據(jù)本發(fā)明，在上述的催化劑可選范圍內(nèi)，任意選擇活性不同的一種或多種催化劑進(jìn)行反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但是，優(yōu)選地，選擇活性差別較大的一種或多種催化劑進(jìn)行反應(yīng)，如活性較低的催化劑中的活性金屬?gòu)姆琴F金屬中選擇，而活性較高的催化劑中的活性金屬?gòu)馁F金屬中選擇。因此，進(jìn)一步優(yōu)選地，沿煤層氣的流向，第一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑包括所述多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的所述非貴金屬；最后一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑包括所述多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的所述貴金屬。常規(guī)的各種煤層氣脫氧催化劑的類型及其活性對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。如何根據(jù)本發(fā)明的方法選擇出符合要求的煤層氣脫氧催化劑也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，在此不再贅述。根據(jù)本發(fā)明，所述煤層氣脫氧反應(yīng)條件可以為本領(lǐng)域常規(guī)的反應(yīng)條件，具體地，包括，入口溫度可以為20-330°C，壓力可以為O. Ι-lMPa，氣時(shí)體積空速可以為3000-3000011'優(yōu)選地，入口溫度為260-310°C，壓力為O. 6-0. 8MPa，氣時(shí)體積空速為10000-2000011'所述氣時(shí)體積空速為整個(gè)列管式固定床反應(yīng)器的氣時(shí)體積空速。根據(jù)本發(fā)明，所述冷卻介質(zhì)可以為本領(lǐng)域常規(guī)的各種冷卻介質(zhì)，優(yōu)選地，所述冷卻介質(zhì)為水，進(jìn)一步優(yōu)選為高壓水。下面，結(jié)合圖I和圖2對(duì)本發(fā)明的方法和列管式固定床反應(yīng)器作更詳細(xì)的說(shuō)明。煤層氣脫氧工藝的整體工藝流程如圖2所示，作為原料的含氧煤層氣首先泵入換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱，換熱到合適的入口溫度后進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行脫氧，脫氧后的煤層氣經(jīng)過(guò)換熱器換熱冷卻，然后依次經(jīng)過(guò)脫除CO2反應(yīng)器、脫除H2O反應(yīng)器和脫除N2反應(yīng)器脫除其中的C02、H2O和N2，得到煤層氣產(chǎn)品，另一方面，高壓水作為冷卻介質(zhì)從脫氧工藝中吸收熱量，然后進(jìn)入汽包，再進(jìn)入換熱器中對(duì)待脫氧的含氧煤層氣進(jìn)行加熱。本發(fā)明中，所述煤層氣脫氧方法指的是煤層氣脫氧工藝中，發(fā)生在列管式固定床反應(yīng)器內(nèi)的脫氧步驟，具體地，在列管式固定床反應(yīng)器中，如圖I所示，列管式固定床反應(yīng)器被兩塊分隔板分隔為三段反應(yīng)器，每段反應(yīng)器中均包括冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，換熱后的含氧煤層氣從第二封頭2中進(jìn)入殼體3內(nèi)，依次與三段反應(yīng)器中的列管中的催化劑接觸后，從第一封頭I離開(kāi)反應(yīng)器，高壓水分別從第一冷卻介質(zhì)入口 4、第二冷卻介質(zhì)入口 6和第三冷卻介質(zhì)入口 8進(jìn)入各段反應(yīng)器，相應(yīng)地，分別從第一冷卻介質(zhì)出口 5、第二冷卻介質(zhì)出口 7和第三冷卻介質(zhì)出口 9離開(kāi)各段反應(yīng)器。下面，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器和煤層氣脫氧方法進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例中，所用煤層氣脫氧催化劑均為北京化工研究院生產(chǎn)。煤層氣中氧氣含量的測(cè)定方法為色譜分析法。實(shí)施例I本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的煤層氣脫氧方法。含氧煤層氣OM-I組成如表I所示，氣量為30Nm3/h，溫度為5°C，壓力為O. 6MPa (表壓)。含氧煤層氣通過(guò)換熱器換熱至310°C后，從第二封頭2進(jìn)入如圖I所示的列管式固 定床反應(yīng)器，并從第一封頭I離開(kāi)該反應(yīng)器。其中，殼體3的高度為100厘米，列管式固定床反應(yīng)器分為三段，其中，沿煤層氣的流向，第一段反應(yīng)器中均勻分布著16個(gè)直徑為O. 6厘米、高度為25厘米的列管，列管內(nèi)裝填高度為20厘米的Μη/Α1203催化劑(以催化劑重量為基準(zhǔn)，Mn含量為12重量％ )，第二段反應(yīng)器中均勻分布著8個(gè)直徑為I. 5厘米、高度為25厘米的列管，列管內(nèi)裝填高度為15厘米的Μη/Α1203催化劑(以催化劑重量為基準(zhǔn)，Mn含量為12重量％ )，第三段反應(yīng)器中均勻分布著4個(gè)直徑為2. 4厘米、高度為30厘米的列管，列管內(nèi)裝填高度為25厘米的PVAl2O3催化劑(以催化劑重量為基準(zhǔn)，Pt含量為O. 2重量％ )，列管式固定床反應(yīng)器中的氣時(shí)體積空速為HOOOh'各段反應(yīng)器列管外的殼程中分別通入壓力為5. 9MPa的高壓水，連續(xù)運(yùn)行720小時(shí)，各段反應(yīng)器床層的溫度穩(wěn)定在590°C，脫氧后的煤層氣Pl中氧氣含量為O. 06重量％。表I
權(quán)利要求
1.一種列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括第一封頭(I)、第二封頭(2) 和殼體(3)，其中，在殼體(3)內(nèi)，設(shè)置有至少一個(gè)分隔板，將該反應(yīng)器沿殼體(3)的軸向分為至少兩段，每段反應(yīng)器外部的殼體(3)上均設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口，并且沿殼體(3)的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭(2)的順序，各段反應(yīng)器中列管的數(shù)目依次遞減，且列管的管徑依次增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中，分隔板的數(shù)量為1-5個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中，每段反應(yīng)器中列管的數(shù)目為與該段反應(yīng)器相鄰的后一段反應(yīng)器中列管的數(shù)目的I. 5-4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中，每段反應(yīng)器中列管的數(shù)目為與該段反應(yīng)器相鄰的前一段反應(yīng)器中列管的管徑的I. 2-4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其中，沿殼體(3)的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭2的順序，每段反應(yīng)器中列管的高度為與該段反應(yīng)器相鄰的前一段反應(yīng)器中列管的高度的1-3 倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中，同一段反應(yīng)器中的列管的管徑相同，同一段反應(yīng)器中的列管的高度相同。
7.—種煤層氣脫氧方法,其特征在于,該方法包括，在煤層氣脫氧反應(yīng)條件下，將煤層氣從權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的列管式固定床反應(yīng)器的第二封頭(2)引入殼體(3) 中，依次與各段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑接觸，并從第一封頭(I)引出該反應(yīng)器，將冷卻介質(zhì)從每段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)入口引入，并從該段反應(yīng)器的冷卻介質(zhì)出口引出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，沿煤層氣的流向，后一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性不低于前一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑的活性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述煤層氣脫氧催化劑包括多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的活性金屬，所述多孔載體選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅、磷鋁分子篩、L型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、絲光沸石、ZSM-5沸石、 硅藻上、高嶺土、天然白土、硅酸鋁、硅酸鎂和蜂窩陶瓷中的至少一種；所述活性金屬包括貴金屬和非貴金屬，所述非貴金屬為Mn、Cu、Fe和Co中的至少一種,所述貴金屬為Pd、Pt、Ru、 Rh和Ir中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，沿煤層氣的流向，第一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑包括所述多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的所述非貴金屬；最后一段反應(yīng)器中的煤層氣脫氧催化劑包括所述多孔載體和負(fù)載在該多孔載體上的所述貴金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述煤層氣脫氧反應(yīng)條件包括， 入口溫度為20-330°C，壓力為O. Ι-lMPa，氣時(shí)體積空速為3000-3000011'
12.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述冷卻介質(zhì)為水。
全文摘要
本發(fā)明提供一種列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括第一封頭、第二封頭和殼體，其中，在殼體內(nèi)，設(shè)置有至少一個(gè)分隔板，將該反應(yīng)器沿殼體的軸向分為至少兩段，每段反應(yīng)器外部的殼體上均設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口，并且沿殼體的軸向，按照遠(yuǎn)離第二封頭的順序，各段反應(yīng)器中列管的數(shù)目依次遞減，且列管的管徑依次增大。本發(fā)明還提供一種在上述的列管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行的煤層氣脫氧方法。相比現(xiàn)有技術(shù)中的很多對(duì)設(shè)備的改進(jìn)而言，本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備難度較低。此外，本發(fā)明的方法在保證煤層氣脫氧效果、消除了反應(yīng)器中熱點(diǎn)的同時(shí)還保證了工藝的處理能力。
文檔編號(hào)C10L3/10GK102921355SQ20111022601
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者張利軍, 王國(guó)清, 白杰, 杜志國(guó), 劉曉波, 郝雪松 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院