CN103160350B - 一种煤制天然气的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤制天然气设备，包括：备煤单元、气化炉、副线、变换单元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化单元；所述备煤单元的出口与所述气化炉的入口相连接，所述气化炉的出口与所述变换单元的入口相连接，所述变换单元的出口与所述第一吸收塔的入口相连接，所述第一吸收塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接，所述第二吸收塔的出口与所述甲烷化单元的入口相连接，所述气化炉的出口还与副线的入口相连接，所述副线的出口与所述第一吸收塔的入口相连接；所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收剂为甲醇。由于在煤制天然气的生产设备中首先制备了氢气，从而在煤制天然气的过程中即可制备出氢气，从而保证了氢气的成本与安全性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种煤制天然气的设备。
背景技术
天然气是一种使用安全、热值高的清洁能源，其主要成分是甲烷，与相同质量的煤炭相比，燃烧排放的CO2仅为煤炭的40%，没有废水、废渣的产生。因此，天然气被广泛用于发电、化工、城市燃气、汽车燃料等行业，是世界上主要的清洁能源之一。目前获得天然气的途径最主要的是整装气田、炼厂气、页岩气、抽放瓦斯与煤制天然气；其中煤制天然气是以煤炭为原料，气化生成合成气，经净化和转化后在催化剂的作用下发生甲烷化反应，合成天然气的过程。煤制天然气工艺可分为煤气化转化技术和直接合成天然气技术。煤气化转化技术先将原料煤加压气化，由于气化得到的合成气达不到甲烷化的要求，因此需要经过气体转换单元先提高H2与CO比例，再进行甲烷化。而煤气化转化技术可分为较为传统的两步法甲烷化工艺与将气体转换单元和甲烷化单元合并同时进行的一步甲烷化工艺。
目前，国内外正在研制开发合成天然气的高效催化剂，有些催化剂只需经过脱硫脱碳后的富氢煤气经过升温即可完成还原，但煤制天然气的高效还原剂必须用纯氢升温还原，即把催化剂金属氧化物进行加氢，还原成为具有催化能力的金属单元，反应式为：NiO+H2=Ni+H2O。催化剂还原所用的氢气大多采用外购纯氢的方法或变压吸附、膜分离制纯氢的方法获得。但是外购的纯氢是气态氢，需要特种槽车装运，还原时需外置临时非标设备，涉及成本和安全因素很多。而变压吸附或膜分离技术需一次性投资，生产后需维护且每2～3年在催化还原时仅用一次，成本较高。因此本发明提供了一种制备氢气的设备。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供了一种煤制天然气的设备，通过本发明的设备能够降低制备氢气的成本，并且可以使煤制天然气过程连续进行。
有鉴于此，本发明提供了一种煤制天然气的设备，包括：备煤单元、气化炉、副线、变换单元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化单元；所述备煤单元的出口与所述气化炉的入口相连接，所述气化炉的出口与所述变换单元的入口相连接，所述变换单元的出口与所述第一吸收塔的入口相连接，所述第一吸收塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接，所述第二吸收塔的出口与所述甲烷化单元的入口相连接，所述气化炉的出口还与副线的入口相连接，所述副线的出口与所述第一吸收塔的入口相连接；所述第二吸收塔的温度为-30℃～-80℃，压力为3600KPa～4200KPa；所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收剂为甲醇。
优选的，所述第一吸收塔的温度为-40℃～-70℃，压力为3800KPa～4000KPa。
优选的，所述气化炉包括3～4个气化炉。
本发明提供了一种煤制天然气的设备，利用所述煤制天然气的设备，天然气的制备过程为：首先原煤经过备煤单元后与氧气、蒸汽在气化炉中反应，得到粗煤气；关闭副线使粗煤气在变换单元将其中的一氧化碳变换为氢气，然后将得到的气体在第一吸收塔中以甲醇为吸收剂进行吸收，由于甲醇在低温下对酸性气体溶解度较大，从而将其中的CO2、H2S等酸性气体脱除，并通过对第二吸收塔的温度和压力的控制，使粗煤气中的杂质气体去除，得到纯度较高的氢气，将制取的氢气送入甲烷化单元，使其中的金属氧化物还原，得到催化甲烷合成的催化剂；将原煤经过备煤单元后与氧气、蒸汽在气化炉中反应，得到粗煤气；将副线打开，使粗煤气经副线和变换单元调整一氧化碳与氢气的体积比，将经过变换单元的气体依次经过第一吸收塔与第二吸收塔中吸收剂的吸收将其中的酸性气体脱除，得到净煤气，最后将净煤气进入甲烷化单元，在催化剂的催化作用下，得到甲烷。
本发明由于将煤制天然气的生产设备首先制备了氢气，将其用于催化金属氧化物还原，得到了煤制天然气的催化剂，使煤制天然气所用的催化剂氢气不需要额外的装置制备，并且不需要装运，从而保证了氢气的成本与安全性，并且使煤制天然气的过程连续。
附图说明
图1为本发明实施例1的煤制天然气设备的装置图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种煤制天然气设备，如图1所示，图1为本发明煤制天然气设备装置图，包括：备煤单元（1）、气化炉（2）、副线、变换单元（3）、第一吸收塔（4）、第二吸收塔（5）、甲烷化单元（6）、；所述备煤单元（1）的出口与所述气化炉（2）的入口相连接，所述气化炉（2）的出口与所述变换单元（3）的入口相连接，所述变换单元（3）的出口与所述第一吸收塔（4）的入口相连接，所述第一吸收塔（4）的出口与第二吸收塔（5）的入口相连接，所述第二吸收塔（5）的出口与所述甲烷化单元（6）的入口相连接，所述气化炉（2）的出口还与副线的入口相连接，所述副线的出口与所述第一吸收塔（4）的入口相连接；所述第二吸收塔（5）的温度为-30℃～-80℃，压力为3600KPa～4200KPa；所述第一吸收塔（4）与所述第二吸收塔（5）的吸收剂为甲醇。
按照本发明，为了降低煤制天然气或煤制甲醇过程中催化剂还原用氢气的成本，并且使煤制天然气的过程连续，本发明提供了一种煤制天然气的设备。本发明在煤制天然气的过程中首先制备了氢气，然后将制备的氢气用于金属氧化物的还原，得到甲烷化催化剂，使氢气能够直接用于甲烷化的过程，不需要装运氢气且不需要增加额外的生产设备，使生产过程连续且成本较低。
按照本发明公开的制备氢气的设备，所述煤制天然气的过程具体为：
原煤经过备煤单元（1）处理后进入气化炉（2），蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，在气化炉（2）内煤和气化剂逆流接触，原煤经过干燥、干馏、气化和氧化后，生成粗煤气。粗煤气包括：氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氧气、氮气、硫化氢、油和高级烃。所述氧气的纯度为99.5vol%～99.8vol%，所述蒸汽的压力优选为1.0MPa～10.0MPa，更优选为4.8MPa。制取氢气的过程中，所述蒸汽与所述氧气的体积比优选为（5.5～5.8）:1。
关闭副线使所述粗煤气进入变换单元（3），将粗煤气中的一氧化碳转化为氢气，将得到的气体进入第一吸收塔（4）中，在以甲醇为吸收剂的第一吸收塔（4）中进行吸收，由于甲醇在低温下对酸性气体溶解度较大，从而将其中的CO2与H2S等酸性气体脱除，再通过控制第二吸收塔（5）的温度为-30℃～-80℃，压力为3600KPa～4200KPa，使粗煤气中的O2、N2、CH4、CO2、CO、H2S与CｎHｍ等杂质气体全部去除，得到了纯净的氢气。所述副线为本领域技术人员熟知的管道，通过阀门来控制副线的打开与关闭。所述第二吸收塔（5）的温度优选为-40℃～-70℃，压力为3800KPa～4000KPa。所制备的氢气通过合成原料气管道送到甲烷化单元（6）中进行催化剂金属氧化物的还原，得到催化剂。
得到甲烷化催化剂后，则开始制取天然气的过程：原煤经过备煤单元（1）处理后进入气化炉（2），蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，在气化炉（2）内煤和气化剂逆流接触，原煤经过干燥、干馏、气化和氧化后，生成粗煤气。粗煤气包括：氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氧气、氮气、硫化氢、油和高级烃。所述氧气的纯度优选为99.5vol%～99.8vol%，所述蒸汽的压力优选为1.0MPa～10.0MPa，更优选为4.8MPa。制备天然气的过程中，所述蒸汽与所述氧气的体积比优选为5.8:1。
打开副线并使所述粗煤气进入变换单元（3），调整氢气与一氧化碳的体积比为3.1～3.2；粗煤气经过半变换与工艺废热回收后将处理后的粗煤气依次经过以甲醇为吸收剂的第一吸收塔（4）与第二吸收塔（5）中进行吸收，以脱除粗煤气中的酸性气体，得到净煤气；所述净煤气在甲烷化单元（6）的催化剂的作用下进行甲烷化过程，从而得到天然气。
为了使得到的氢气较多，在制备氢气的过程中，所述气化炉（2）优选打开1个；在后续煤制天然气的过程中，所述气化炉（2）优选打开3～4个。
本发明在煤制天然气的过程中，由于在煤制天然气的生产设备中首先制备了氢气，从而在煤制天然气的过程中即可制备出氢气，将制备的氢气直接用于催化剂氧化物的还原，不需要额外的装置，并且不需要装运，从而保证了氢气的成本与安全性，并且使煤制天然气的过程连续。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的氢气的制备方法进行详细的说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将坑口煤矿的原煤经过备煤单元（1）处理后，经煤锁送入气化炉（2）；蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，蒸汽与氧气的体积比为5.5:1；原煤与气化剂在气化炉（2）中逆流接触，原煤经干燥、干馏、气化和氧化后，得到粗煤气，粗煤气中含有0.22vol%的O2、0.19vol%的N2、9.76vol%的CH4、12.32vol%的CO、34.99vol%的CO2、41.65vol%的H2、0.15vol%的H2S与0.72vol%的CｎHｍ；关闭副线将粗煤气进入变换单元（3）将其中的一氧化碳全部转换为氢气，将得到的粗煤气进入第一吸收塔（4）中以甲醇为吸收剂吸收粗煤气中的杂质气体，并控制第二吸收塔（5）的温度为-40℃，压力为3635KPa，得到99.99vol%的氢气。将制备的氢气通过合成原料气管道送到甲烷化单元（6）中进行氧化镍的还原，得到镍催化剂。
将坑口煤矿的原煤经过备煤单元（1）处理后，经煤锁送入气化炉（2）；蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，蒸汽与氧气的体积比为5.8:1；原煤与气化剂在气化炉中逆流接触，原煤经干燥、干馏、气化和氧化后，得到粗煤气，粗煤气中含有0.35vol%的O2、0.40vol%的N2、10.0vol%的CH4、17.0vol%的CO、32.0vol%的CO2、38.7vol%的H2、0.10vol%的H2S与1.45vol%的CｎHｍ；打开副线，将粗煤气经过副线和变换单元（3），调整一氧化碳与氢气的体积比为1:3.2，将经过变换的粗煤气依次进入第一吸收塔（4）与第二吸收塔（5）中，第二吸收塔（5）的吸收剂为甲醇，温度为-40～-70℃，压力为3635KPa～4100KPa，进行酸性气体的吸收，脱除硫化氢和二氧化碳后得到净煤气；将净煤气进入甲烷化单元（6）中在上述制备的催化剂的作用下进行甲烷化反应，得到甲烷气体。
实施例2
将坑口煤矿的原煤经过备煤单元（1）处理后，经煤锁送入一个气化炉（2），关闭另外三个气化炉；蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，蒸汽与氧气的体积比为5.8:1；原煤与气化剂在气化炉中逆流接触，原煤经干燥、干馏、气化和氧化后，得到粗煤气，粗煤气中含有0.35vol%的O2、0.40vol%的N2、10.0vol%的CH4、17.0vol%的CO、32.0vol%的CO2、38.7vol%的H2、0.10vol%的H2S与1.45vol%的CｎHｍ；关闭副线，将粗煤气进入变换单元（3）将其中的一氧化碳全部转换为氢气，将得到的粗煤气进入第一吸收塔（4）中以甲醇为吸收剂吸收粗煤气中的杂质气体，并控制第二吸收塔（5）的温度为-40℃，压力为3635KPa，得到99.99vol%的氢气。将制备的氢气通过合成原料气管道送到甲烷化单元（6）中进行氧化镍的还原，得到镍催化剂。
坑口煤矿的原煤经过备煤单元（1）处理后，经煤锁送入四个气化炉（2）；蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉（2）下部喷入，蒸汽与氧气的体积比为5.8:1；原煤与气化剂在气化炉中逆流接触，原煤经干燥、干馏、气化和氧化后，得到粗煤气，粗煤气中含有0.35vol%的O2、0.40vol%的N2、10.0vol%的CH4、17.0vol%的CO、32.0vol%的CO2、38.7vol%的H2、0.10vol%的H2S与1.45vol%的CｎHｍ；将粗煤气经过变换单元（3），打开副线，使一氧化碳与氢气的体积比为1:3.2，将经过变换的粗煤气依次进入第一吸收塔（4）与第二吸收塔（5）中，第二吸收塔（5）的吸收剂为甲醇，温度为-40℃～-70℃，压力为3635KPa～4100KPa，进行酸性气体的吸收，脱除硫化氢和二氧化碳后得到净煤气；将净煤气进入甲烷化单元（6）中在上述制备的催化剂的作用下进行甲烷化反应，得到甲烷气体。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种煤制天然气的设备，包括：备煤单元、气化炉、副线、变换单元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化单元；所述备煤单元的出口与所述气化炉的入口相连接，所述气化炉的出口与所述变换单元的入口相连接，所述变换单元的出口与所述第一吸收塔的入口相连接，所述第一吸收塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接，所述第二吸收塔的出口与所述甲烷化单元的入口相连接，所述气化炉的出口还与副线的入口相连接，所述副线的出口与所述第一吸收塔的入口相连接；所述第二吸收塔的温度为-30℃～80℃，压力为3600KPa～4200KPa；所述第一吸收塔的温度为-40℃～-70℃，压力为3800KPa～4000KPa；所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收剂为甲醇；
所述副线上设置有阀门；
所述甲烷化单元的催化剂为第二吸收塔得到的氢气还原后的催化剂。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气化炉包括3～4个气化炉。
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