一种利用催化剂脱氧的煤层气分离系统及工艺的制作方法

专利名称：一种利用催化剂脱氧的煤层气分离系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于混合气体的分离领域，具体涉及一种煤层气尤其是高浓度CH4含量煤层气的分离的系统及工艺。
背景技术：
煤层气俗称“瓦斯”，与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，煤层气的主要成分为甲烷，其产生的温室效应是CO2的21倍，对臭氧层的破坏力是CO2的7倍。据有关部门估算，全国煤矿瓦斯对空排放量占全部工业生产014排放量的1/3左右。2005年2月《京都议定书》生效，我国面临“减排”的压力越来越大。同时煤层气作为一种不可再生的资源，世界各国已开始直接利用或者浓缩富集加以利用。我国对煤矿瓦斯制定了抽采的强制性措施即“先抽后采”，推出了“煤气共采、鼓励利用、超标严惩”的政策，突出了瓦斯作为宝贵资源的重要地位，为瓦斯规模化、产业化、工业化开发利用铺平了道路。煤层气有两种抽采方式一种是地面抽采，其甲烷纯度高(98%左右)，利用价值较高，可直接加压进行管网输运，也可直接进行液化储运。但更为广泛的是在已经进行煤炭开采生产的矿井下抽采。这种方式抽采出来的煤层气甲烷含量较低，通常在30% -70%之间，甚至更低。我国煤矿开采一直以煤炭开采为主要目的，煤层气(瓦斯气)的抽放处理仅是出于煤矿安全生产的要求而进行的。从矿井煤层气中分离提纯甲烷对于扩展和提高煤层气的有效利用率和经济价值具有重要意义。而我国煤层气具有数量巨大、产地分散、单井规模小、井下抽采气浓度低并含氧等特点，一般除就近使用外，还没有其他有效的利用途径， 放空浪费情况非常严重。如果把煤层气中的甲烷和空气分离出来并将提纯后的甲烷液化灌装，这就极大的方便了运输和利用。目前可应用于从煤层气中分离提纯甲烷的方法一般有低温液化分离、变压吸附及膜分离等工艺方案，每种方案均具有自己的特色和应用范围。然而对于变压吸附及膜分离等工艺，在分离工艺流程中均需要对原料气进行加压，这显然扩大了煤层气的爆炸浓度范围，因此在分离处理矿井煤层气这种含氧可燃混合物时，安全问题是所有分离技术必须考虑的。根据燃烧理论，甲烷等可燃气体在空气内燃爆，存在一个最小的燃爆氧浓度，其对应的点称为燃爆临界点，与可燃气体的爆炸上、下限浓度点构成了一个三角形，通常称为 Coward爆炸三角形，只要当混合物浓度范围处于此爆炸三角形内，系统极易发生爆炸。如图1所示，其中区域I为爆炸三角区；区域II为欠氧区，即增加氧气(空气)可爆炸；区域III为欠甲烷区，即增加甲烷可爆炸；区域IV为安全区，不发生爆炸。在常温常压下，甲烷与空气混合爆炸的浓度范围为5% -15%。这个范围会随压力和温度的变化而改变，温度升高和压力升高均会使爆炸浓度范围扩大。由于煤矿抽出的瓦斯浓度一般在爆炸极限之内，采取高压流程，则将使爆炸下限降低，存在不安全因素，因此从矿井煤层气(空气和甲烷的混合物)中分离提纯甲烷，无论起始混合物中甲烷浓度有多高，随着甲烷的分离减少，在系统内均会穿过爆炸浓度范围，这对任何分离提纯系统均是非常危险的。因此， 在对煤层气进行处理的过程中，必须要时刻考虑到可能出现的安全问题，控制甲烷和空气的含量，以达到开采过程的绝对安全。中国专利CNlOl 104825A公开了一种矿井瓦斯气的液化天然气生产方法，该专利所述的方法首先将煤层气中所含有的氧气分离，使煤层气远离爆炸三角形的爆炸范围，其所述的脱氧方法是采用催化剂强氧化方法或变压吸附法进行脱氧处理，所述的催化剂强氧化脱氧工艺是在常压下、控制温度600-700°C，将煤层气通过氧化反 应器中的催化剂床的金属性催化剂，使煤层气中的氧气和甲烷发生无明火的氧化反应，并生成CO2和水；所述的变压吸附方法是选用空穴直径大于氧分子直径而小于甲烷分子直径的分子筛，吸附煤层气中的氧气。脱氧后的煤层气的含氧量控制在0.5%以下。该专利所述的方法将氧气脱出后可以通过加压浓缩的方式得到液化天然气，然而该专利所述的脱氧方法中，需要控制温度600-700°C才能使反应进行，如此高的反应温度对设备提出了极大的要求，一旦所选用的设备运行过久而难以承受如此高温环境，则会存在更大的安全隐患；另一方面，将煤层气加热至600-700°C所需消耗的能量过大，相对比较浪费资源。该专利所述的另外一种方法即变压吸附脱氧的方法，该方法虽然最大限度的保存了甲烷的含量，但是受爆炸三角形理论的限制，该方法只能在极低的压力下进行，这样会使得该方法的分离效率极低，另一方面由于煤层气中会含有其他的混合气体，单纯采用空穴直径大于氧分子直径而小于甲烷分子直径的分子筛可能导致分离效果不理想，这样使得后续的处理程序依然存在极大的安全隐患。

发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中煤层气脱氧工艺反应温度较高而对设备要求较高的问题，进而提供一种可在低温下完成脱氧并实现煤层气中CH4分离的设备；进一步的，本发明提供了一种使用上述系统设备进行煤层气CH4分离的工艺。为解决上述技术问题，本发明所述的一种利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，包括顺次连接的压缩净化装置用于将所述煤层气进行净化压缩预处理；脱O2装置用于所述煤层气的甲烷和氧气反应以脱除煤层气中的02，得到无O2煤层气；净化除油装置用于脱除无O2煤层气中含有的微量油雾；CH4分离系统用于将无O2煤层气中的CH4与其他组分分离；产品集送系统用于收集并输送压缩后的CH4 ；所述脱O2装置内充填有催化剂，所述煤层气中的O2与部分CH4在所述催化剂的作用下于200-250°C发生无明火反应，以脱除煤层气中的O2 ；所述催化剂以Fe2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分并涂覆于催化剂载体表面。所述催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷、堇青石陶瓷球、活性氧化铝或活性炭。所述脱O2装置的外部设有冷却水循环装置。所述脱O2装置内部设有加热装置，将所述煤层气加热至反应温度。
所述脱O2装置的所述进气口处设有加热装置，将所述煤层气加热至反应温度。所述净化除油装置包括多个不同过滤级数的过滤器、设置于各所述过滤器之前为混合气体降温的控温器，以及吸附油脂的活性炭吸附器。所述CH4分离系统为膜分离系统或变压吸附系统。所述膜分离系统包括多级膜分离装置，利用煤层气中不同组分的传递速度的差异实现各组分的逐级分离，得到CH4产品。

所述变压吸附系统包括多个吸附塔和真空泵，所述吸附塔设有对CH4优先选择的分子筛实现CH4同其他气体的分离，所述真空泵用于分子筛的解吸附，得到CH4产品。所述产品集送系统包括压缩机、产品存储罐、流量传感器、压力传感器和产品浓度传感器。本发明还公开了一种利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，包括如下步骤(1)原料气预处理将煤层气净化压缩，去除煤层气中含有的水蒸气、灰尘和含硫物质；(2)脱除O2 净化后的煤层气加热至200-250°C，煤层气中的O2与CH4在以Fe2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分的催化剂的作用下发生无明火反应，除去煤层气中含有的O2 ；(3)净化除油将脱除O2后的煤层气进行净化除油处理，去除煤层气中含有的微粒、水及油雾；(4)CH4分离将净化后的剩余煤层气中的CH4与其他组分分离；(5)产品运输收集将浓缩后的CH4收集并传输。所述步骤(2)中，所述煤层气在所述脱O2装置中加热至所需反应温度。所述步骤(2)中，所述煤层气在进入所述脱O2装置之前加热至所需反应温度。所述步骤(3)中，脱除O2后的煤层气分别通过粗过滤、精过滤、超精过滤、以及活性炭吸附四级过滤步骤，除去所述煤层气中含有的微粒、水以及油雾。所述步骤(4)中，净化后的剩余煤层气通入所述变压吸附系统，通过对CH4具有优先选择性的分子筛的筛选实现CH4的分离，并通过真空泵加压的方式实现CH4的解吸附，得到CH4广品。所述步骤(4)中，净化后的剩余煤层气通入所述膜分离系统，通过多级膜分离装置的分离，利用煤层气中不同组分的传递速度的差异实现各组分的逐级分离，得到CH4产
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ΡΠ O所述步骤(5)中，将分离得到的014产品输送至产品存储罐收集，并检测CH4产品气的流量、压力及浓度。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，1、本发明所述的煤层气分离设备中，所述脱O2装置内涂覆有以Fe2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分的催化剂，使得煤层气中的CH4和O2在加热至200°C左右时即可发生无明火反应，由于反应温度较低，因此该反应在一般的设备中即可完成，同时将煤层气加热至200°C所需的耗能也较小，不仅操作安全而且具有节能环保的优点；2、所述脱O2装置外部设有冷却水循环装置，可以通过控制反应温度有效控制反应的速率，确保反应过程安全高效；3、选用变压吸附系统实现CH4与其他组分气体的分离，通过选用对有优先选择权的分子筛可以高效准确将CH4与其他组分气体分离；4、 选用膜分离系统实现CH4与其他组分气体的分离，具有分离效率高、设备紧凑、占地面积小、能耗较低、操作简便、维修保养容易、投资较少等优点；5、虽然在燃烧的过程中消耗了少部分的CH4气，但却一次性煤层气开采中存在的安全隐患，收集到的CH4可以作用能量再次开发利用，符合煤矿开采过程中节能环保的要求。


为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为爆炸三角形理论示意图；图2为本发明实施例1所述煤层气分离系统示意图；图3为本发明实施例2所述煤层气分离系统示意图。图中附图标记表示为1_压缩净化装置，2-脱O2装置，3-催化剂，4-加热装置， 5-空压机，6-混合气储气罐，7-混合气净化装置，8-洁净气储气罐，9-变压吸附系统， 10-产品储气罐，11- 一段膜处理器，12- 二段膜处理器。
具体实施例方式实施例1如图2所示，本发明所述的利用催化剂燃烧脱氧的煤层气分离系统，包括压缩净化装置、脱O2装置、净化除油装置、CH4分离系统以及产品集送系统；所述压缩净化装置1用于将所述煤层气进行预处理，所述压缩净化装置1包括除尘设备、除硫设备和除水设备，用于将所述煤层气进行预处理。所述煤层气经罗茨泵在Iatm 大气压下压缩后，依次通过所述除尘设备、除硫设备和除水设备。所选除尘设备为水幕或折返式水槽；除硫设备为干式碱性催化剂滤罐或湿式硫酸铜水洗槽；除水设备为有机硅胶吸附和脱吸罐。使得煤层气中仅含有02、N2, CH4和CO2等气体。所述脱O2装置2用于脱除净化后的煤层气中所含的O2 ；所述脱O2装置2为罐体结构，其内部充填有催化剂3，所述催化剂3以Fe2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分，并以浆液的形式涂覆于堇青石蜂窝陶瓷外部，所述Fe2O3. Co3O4. MnO2活性组分中各组分的比例为 1.5-2 1-2 1-2，所述堇青石蜂窝陶瓷内部安装有封闭电加热装置4，经加热后的所述煤层气中的O2与CH4在所述催化剂3的作用下发生无明火反应，即可消耗掉煤层气中含有的 02，所述脱O2装置2的外部设有冷却水循环装置以控制反应速率。所述净化除油装置用于除去煤层气中含有的微量油雾，避免煤层气中所含的微量油雾污染后续的分离设备，所述净化除油装置包括为混合气加压的空压机5，对混合气进行缓冲以平衡系统压力的混合气储气罐6，以及混合气净化装置7，所述混合气净化装置7包括顺次连接且过滤精度逐渐提升的粗过滤器、精过滤器和超精过滤器，分别设置于所述精过滤器和超精过滤器之前为混合气体降温的第一控温器和第二控温器，以及吸附油脂的活性炭吸附器，并将净化后的混合气收集入洁净气储气罐8，以进入下一级分离系统。所述CH4分离系统用于将煤层气中的CH4与其他组分分离，所述CH4分离系统选用变压吸附系统9进行CH4的分离，所述变压吸附系统9包括顺次连接的3-4个吸附塔、控制各个吸附塔之间管道内气体流量的管道式气动阀、排气消音器以及实现分子筛解吸附得到 CH4产品的真空泵。
所述产品集送系统用于输送浓缩后的CH4并收集，所述产品集送系统包括无油螺杆压缩机、产品存储罐10、流量传感器、压力传感器和产品浓度传感器。该系统一方面向吸附塔提供产品气，以清洗分子筛之间空隙中的不纯气体，为吸附塔的变压吸附提供最佳环境；另一方面向产品存储罐输送浓缩后的CH4产品；三是可以检测CH4产品气的流量、纯度和压力。利用上述煤层气分离系统对煤层气中的CH4气进行分离提取的工艺流程为(1)原料气预处理将煤层气依次经过罗茨泵在Iatm大气压下加压进入高效除尘、除水、除硫设备中净化，脱去气体中大量的水蒸气、灰尘和含硫物质。所选除尘设备为水幕或折返式水槽；除硫设备为干式碱性催化剂滤罐或湿式硫酸铜水洗槽；除水设备为有机硅胶吸附和脱吸罐。使得煤层气中仅含有02、N2、CH4和CO2等气体。(2)脱除O2 将净化后的含有剩余气体02、H2、CH4、C02等气体的煤层气从所述脱O2 装置2的进气口通入所述脱O2装置2内，设置于所述脱O2装置内的封闭电加热装置4将所述煤层气加热至200-250°C，此时煤层气中的O2与CH4在催化剂的作用下发生无明火反应， 而煤层气中的其他组分气体并不参与反应，由于CH4与O2的燃烧反应比例为1 2，因此可完全除去煤层气中含有的02，而保留大部分的014气，脱除O2后的剩余煤层气从所述脱O2装置2的剩余气体出气口排出，进入所述净化除油装置。(3)净化除油将脱除02后的煤层气通过螺杆式空压机5进行加压，并输送至混合气储气罐6，采用混合气储气罐6是为了对进气进行缓冲，使压力均衡，降低气流脉冲，减小系统压力波动，实现系统平稳用气；混合气储气罐6内的煤层气进入混合气净化装置7进行净化，以除去混合气中的油，避免进入吸附器后会毒化分子筛，造成分子筛永久性失效；所述煤层气通过粗过滤器除去大于1 μ m的微粒及大部分水，并进入第一控温器将煤层气降温至5°C左右，使其中的水汽凝结成水，并将之分离排出系统；所述煤层气再经过精过滤器滤去大于0. 01 μ m的颗粒及油水；利用第二控温器使混合气降至-10°C左右后进入所述超精过滤器滤去大于0. 001 μ m的油水，最后再经活性炭吸附器吸附剩余微量油雾；将净化后的煤层气通入洁净气储气罐8，以备进入CH4分离系统分离得到产品。(4)CH4分离将净化后的煤层气通入所述变压吸附系统9，实现CH4气与其他组分气体的分离。所述变压吸附系统9是利用压力和分子筛对混合气进行分离，为了使分离的甲烷气有较高的浓度，吸附器内装有对甲烷优先选择的分子筛，所述分子筛选用孔径为 0. 5nm的5A分子筛，25atm下于20_50°C工作，所述分子筛在760mm汞柱压力下的N2分离率为1. 37。这是因为混合气中甲烷所占比例较小，分子筛体积占反应器容积比例较大，使得反应器中剩余空间较小。反应器采用这种分子筛是以吸附甲烷为主，其余混合气组分均作为富集气连续排出吸附塔。完成作业的分子筛通过真空泵于0.5mm汞柱压力下、20°C等温解吸附，将吸附于分子筛孔穴内的CH4分子抽出来，实现吸附塔内分子筛的解吸附，而经分离后得到CH4气产品。 (5)产品运输收集将分离得到的CH4产品无油螺杆压缩机加压浓缩，并输送至产品存储罐10收集，并通过流量传感器、压力传感器、产品浓度传感器检测CH4产品气的流量、压力及浓度。同时部分产品气被输送至变压吸附塔处提供产品气，以清洗分子筛之间空隙中的不纯气，为吸附塔的吸附提供最佳环境。实施例2
如图3所示，本发明所述的利用催化剂燃烧脱氧的煤层气分离系统，包括压缩净化装置1、脱O2装置2、净化除油装置、CH4分离系统以及产品集送系统；所述压缩净化装置1用于将所述煤层气进行预处理，所述压缩净化装置包括除尘设备、除硫设备和除水设备，用于将所述煤层气进行预处理。所选除尘设备为水幕或折返式水槽；除硫设备为干式碱性催化剂滤罐或湿式硫酸铜水洗槽；除水设备为有机硅胶吸附和脱吸罐。使得煤层气中仅含有02、N2, CH4和CO2等气体所述脱O2装置2用于脱除净化后的煤层气中所含的O2 ；所述脱O2装置2为罐体结构，其内部充填有催化剂3，所述催化剂3以Fe2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分，并以浆液的形式涂覆于堇青石陶瓷球、或活性氧化铝或活性炭外部，所述Fe2O3. Co3O4. MnO2活性组分中各组分的比例为1.5-2 1-2 1-2，经加热后的所述煤层气中的02与014在所述催化剂的作用下发生无明火反应，即可消耗掉煤层气中含有的02，所述脱O2装置2的煤层气进气口处设有电加热装置4对煤层气进行加热，并且其外部设有冷却水循环装置以控制反应速率。所述净化除油装置用于除去煤层气中含有的微量油雾，避免煤层气中所含的微量油雾污染后续的分离设备，所述净化除油装置包括为混合气加压的空压机5，对混合气进行缓冲以平衡系统压力的混合气储气罐6，以及混合气净化装置7。所述混合气净化装置7包括顺次连接且过滤精度逐渐提升的粗过滤器、精过滤器和超精过滤器，分别设置于所述精过滤器和超精过滤器之前为混合气体降温的第一控温器和第二控温器，以及吸附油脂的活性炭吸附器，并将净化后的混合气收集入洁净气储气罐8，以进入下一级分离系统。所述CH4分离系统用于将煤层气中的CH4与其他组分分离，所述CH4分离系统选用膜分离系统实现CH4气与其他组分气体的分离。所述膜分离系统根据煤层气中组分及流量的不同，设置多级多段式膜分离装置，利用煤层气中不同组分的传递速度的差异实现各组分的逐级分离，得到CH4产品。所述产品集送系统用于输送浓缩后的CH4并收集，所述产品集送系统包括无油螺杆压缩机、产品存储罐10、流量传感器、压力传感器和产品浓度传感器。该系统一方面向产品存储罐输送浓缩后的CH4产品；同时可以检测CH4产品气的流量、纯度和压力。利用上述煤层气分离系统对煤层气中的CH4气进行分离提取的工艺流程为(1)原料气预处理将煤层气依次经过罗茨泵在Iatm下加压进入高效除尘、除水、 除硫设备中净化，脱去气体中大量的水蒸气、灰尘和含硫物质。所选除尘设备为水幕或折返式水槽；除硫设备为干式碱性催化剂滤罐或湿式硫酸铜水洗槽；除水设备为有机硅胶吸附和脱吸罐。使得煤层气中仅含有02、N2, CH4和CO2等气体。(2)脱除O2 将净化后的含有剩余气体02、N2、CH4、C02等气体的煤层气从所述脱O2 装置2的煤层气进气口通入所述脱O2装置2内，所述煤层气在所述进口处通过电加热装置 4加热至200-250°C，此时通入所述脱O2装置2的煤层气中的O2与CH4在催化剂的作用下发生无明火反应，而煤层气中的其他组分气体并不参与反应，由于CH4与O2的燃烧反应比例为1 2，因此可完全除去煤层气中含有的02，而保留部分的CH4气，脱除O2后的剩余煤层气从所述脱O2装置2的剩余气体出气口排出，进入所述净化除油装置。(3)净化除油将脱除O2后的煤层气通过螺杆式空压机5进行加压，并输送至混合气储气罐6，采用混合气储气罐6是为了对进气进行缓冲，使压力均衡，降低气流脉冲，减小系统压力波动，实现系统平稳用气；混合气储气罐6内的煤层气进入混合气净化装置7进行净化，以除去混合气中的油，避免进入膜分离系统后会影响滤膜的使用寿命；所述煤层气通过粗过滤器除去大于1 μ m的微粒及大部分水，并进入第一控温器将煤层气降温至5°C 左右，使其中的水汽凝结成水，并将之分离排出系统；所述煤层气再经过精过滤器滤去大于 0. Ol μ m的颗粒及油水；利用第二控温器使混合气降至-10°C左右后进入所述超精过滤器滤去大于0. 001 μ m的油水，最后再经活性炭吸附器吸附剩余微量油雾；将净化后的煤层气通入洁净气储气罐8，以备进入CH4分离系统分离得到产品。(4) CH4分离将净化后的煤层气通入所述膜分离系统，实现CH4气与其他组分气体的分离，此时煤层气的主要成分为N2、CO2和CH4。将所述煤层气通过螺杆式空压机加压，并将加压后的煤层气通入一级一段膜处理器11，因为在混合气里CO2属于快气，作为渗透气通过膜被分离出来。包括N2和CO2的渗余气进入二段膜处理器12，相比较而言N2为快气，故 N2作为渗透气透过，而CH4成为渗余气体而得到分离。CH4气经减压阀减压后进入产品集送系统。所述膜分离系统应根据实际的煤层 气的不同流量和不同的组分采取不同的级联方案，如采取一级多段并联的方式提高产能和分离精度，或采取循环的方法以提高分离纯度。(5)产品运输收集将分离得到的CH4产品无油螺杆压缩机加压浓缩，并输送至产品存储罐10收集，并通过流量传感器、压力传感器、产品浓度传感器检测CH4产品气的流量、压力及浓度。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，包括顺次连接的 压缩净化装置(1)用于将所述煤层气进行净化压缩预处理；脱O2装置O)用于所述煤层气的甲烷和氧气反应以脱除煤层气中的02，得到无O2煤层气；净化除油装置用于脱除无A煤层气中含有的微量油雾； CH4分离系统用于将无A煤层气中的CH4与其他组分分离； 产品集送系统用于收集并输送压缩后的CH4 ； 其特征在于所述脱A装置内充填有催化剂(3)，所述煤层气中的A与部分CH4在所述催化剂的作用下于200-250°C发生无明火反应，以脱除煤层气中的A ；所述催化剂以狗203. Co3O4. MnO2作为活性组分并涂覆于催化剂载体表面。
2.根据权利要求1所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷、堇青石陶瓷球、活性氧化铝或活性炭。
3.根据权利要求2所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述脱O2装置O)的外部设有冷却水循环装置。
4.根据权利要求3所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述脱A装置内部设有加热装置，将所述煤层气加热至反应温度。
5.根据权利要求3所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述脱A装置的所述进气口处设有加热装置，将所述煤层气加热至反应温度。
6.根据权利要求1-5任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于所述净化除油装置包括多个不同过滤级数的过滤器、设置于各所述过滤器之前为混合气体降温的控温器，以及吸附油脂的活性炭吸附器。
7.根据权利要求1-5任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述CH4分离系统为膜分离系统或变压吸附系统(9)。
8.根据权利要求7所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于所述膜分离系统包括多级膜分离装置，利用煤层气中不同组分的传递速度的差异实现各组分的逐级分离，得到CH4产品。
9.根据权利要求7所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于所述变压吸附系统包括多个吸附塔和真空泵，所述吸附塔设有对CH4优先选择的分子筛实现CH4同其他气体的分离，所述真空泵用于分子筛的解吸附，得到CH4产品。
10.根据权利要求1-5任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离系统，其特征在于 所述产品集送系统包括压缩机、产品存储罐(10)、流量传感器、压力传感器和产品浓度传感器。
11.一种利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于，包括如下步骤(1)原料气预处理将煤层气净化压缩，去除煤层气中含有的水蒸气、灰尘和含硫物质；(2)脱除O2净化后的煤层气加热至200-250°C，煤层气中的&与CH4在以!^e2O3. Co3O4. MnO2作为活性组分的催化剂的作用下发生无明火反应，除去煤层气中含有的& ；(3)净化除油将脱除O2后的煤层气进行净化除油处理，去除煤层气中含有的微粒、水及油雾；(4)CH4分离将净化后的剩余煤层气中的CH4与其他组分分离；(5)产品运输收集将浓缩后的CH4收集并传输。
12.根据权利要求11所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤O)中，所述煤层气在所述脱O2装置中加热至所需反应温度。
13.根据权利要求11所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤O)中，所述煤层气在进入所述脱O2装置之前加热至所需反应温度。
14.根据权利要求11-13任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤(3)中，脱除O2后的煤层气分别通过粗过滤、精过滤、超精过滤、以及活性炭吸附四级过滤步骤，除去所述煤层气中含有的微粒、水以及油雾。
15.根据权利要求11-13任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤(4)中，净化后的剩余煤层气通入所述变压吸附系统，通过对CH4具有优先选择性的分子筛的筛选实现CH4的分离，并通过真空泵加压的方式实现CH4的解吸附，得到CH4产品
16.根据权利要求11-13任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤中，净化后的剩余煤层气通入所述膜分离系统，通过多级膜分离装置的分离，利用煤层气中不同组分的传递速度的差异实现各组分的逐级分离，得到CH4产品。
17.根据权利要求11-13任一所述的利用催化剂脱氧的煤层气分离工艺，其特征在于 所述步骤(5)中，将分离得到的014产品输送至产品存储罐收集，并检测014产品气的流量、压力及浓度。
全文摘要
本发明属于混合气体的分离领域，具体涉及一种煤层气尤其是高浓度CH4含量煤层气的分离的系统及工艺。本发明所述的煤层气分离系统包括压缩净化装置、O2脱除装置、净化除油装置、CH4分离系统和产品集送系统。所述煤层气经过O2脱除装置完全除去其中含有的O2，本发明所述的煤层气分离设备中，所述脱O2装置内涂覆有以Fe2O3.Co3O4.MnO2作为活性组分的催化剂，使得煤层气中的CH4和O2在加热至200℃左右时即可发生无明火反应，由于反应温度较低，因此该反应在一般的设备中即可完成，同时将煤层气加热至200℃所需的耗能也较小，不仅操作安全而且具有节能环保的优点。
文档编号C10L3/10GK102321493SQ20111013554
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者丁琦洋, 魏厚瑗 申请人:北京惟泰安全设备有限公司