CN103484181B - 一种煤制代用天然气的系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤制代用天然气的系统及工艺，该系统包括原煤筛分装置、鲁奇炉和热解炉，原煤筛分装置块煤出口与鲁奇炉入口连通，鲁奇炉气体出口经净化处理系统与甲烷化反应器气体入口连通，原煤筛分装置粉煤出口与热解炉入口连通，热解炉油气出口与高效分离器入口连通，高效分离器气体出口经热净化处理系统与甲烷化反应器气体入口连通，热解炉粉焦出口经粉焦气化系统与甲烷化反应器气体入口连通；通过本发明的煤制天然气工艺路线，解决了粉煤的利用问题，实现了煤全方位粒径的利用，有效提高了粗合成气中CH₄含量，有效地控制净化装置的规模及相关工艺过程的消耗，降低了煤制天然气项目的运行成本。

Description

一种煤制代用天然气的系统及工艺

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，涉及煤制代用天然气（SNG）技术，具体涉及一种煤制代用天然气的系统及工艺。

背景技术

我国是煤资源丰富而天然气资源相对短缺的国家，随着国民经济的快速发展，我国对天然气的需求持续增长。国家发改委网站公布了2012年度天然气行业运行简况，数据显示，天然气进口量（含液化天然气）425亿m³，同比增长31.1%。中国石油集团经济技术研究院发布《2012年国内外油气行业发展报告》称，我国天然气消费持续快速增长，2012年对外依存度达29%，比2011年增加5个百分点；预计2013年对外依存度将上升至32%。为了缓解国民经济对进口天然气的依赖性发展，因此以煤为原料生产天然气的技术已成为关系到国家能源安全的战略问题。

目前常用的煤制天然气技术主要为间接合成天然气技术，即以煤为原料，通过气化、变换、净化和甲烷化等过程，得到天然气产品。鉴于鲁奇气化技术生成的粗煤气中CH₄含量高（8-12%）。故煤制天然气气化过程多采用鲁奇炉，但是鲁奇炉对原煤粒径有一定要求（5-50mm），原料来源受到限制；且目前机械化采煤中粉煤量约占70%-80%，使得绝大部分的粉煤（0-6mm）无法通过鲁奇气化得到尽可能多的甲烷，而可以利用粉煤的气化技术如GSP、壳牌、德士古等得到的甲烷含量几乎为零。粉煤直接气化得到的粗煤气，需要配套大规模的净化装置，来脱除其中的H₂S，增加了过程能耗及成本。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种煤制代用天然气的系统及工艺，解决现有煤制天然气技术中粉煤难以利用，粉煤气化得到的粗合成气中甲烷含量低以及净化脱硫能耗成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤制代用天然气的系统，包括原煤筛分装置、鲁奇炉和热解炉，原煤筛分装置块煤出口与鲁奇炉入口连通，鲁奇炉气体出口经净化处理系统与甲烷化反应器气体入口连通，鲁奇炉产生的粗煤气经净化处理系统处理后通入甲烷化反应器中；原煤筛分装置粉煤出口与热解炉入口连通，热解炉油气出口与高效分离器入口连通，高效分离器气体出口经净化处理系统与甲烷化反应器气体入口连通，高效分离器分离出的热解油气经净化处理系统处理后通入甲烷化反应器中，热解炉粉焦出口经粉焦气化系统与甲烷化反应器气体入口连通，热解炉产生的粉焦经粉焦气化系统生成粗合成气通入甲烷化反应器中。

所述鲁奇炉气体出口连通有变换塔，变换塔气体出口与冷凝塔入口相连，冷凝塔气体出口与净化塔入口相连，净化塔气体出口与甲烷化反应器气体入口相连。

所述高效分离器气体出口连通有冷凝塔，冷凝塔气体出口与变换塔气体入口相连，变换塔的气体出口与净化塔的气体入口相连，净化塔的气体出口与甲烷化反应器的气体入口相连。

所述粉焦气化系统包括与热解炉的粉焦出口连通的粉焦气化炉，粉焦气化炉气体出口与旋风分离器气体入口相连，旋风分离器气体出口与变换塔气体入口相连，变换塔气体出口与水洗塔气体入口相连，水洗塔气体出口与甲烷化反应器气体入口相连。

所述鲁奇炉气体出口和高效分离器气体出口连通后经同一净化处理系统后与甲烷化反应器气体入口连通，鲁奇炉产生的粗煤气与高效分离器分离出的热解油气混合经同一净化处理系统处理后通入甲烷化反应器中。

所述鲁奇炉气体出口和高效分离器气体出口连通后与一级冷凝塔入口相连，一级冷凝塔的气体出口与变换塔的入口相连，变换塔气体出口与二级冷凝塔入口相连，二级冷凝塔的气体出口与净化塔的入口相连，净化塔的气体出口与甲烷化反应器的气体入口相连。

一种煤制代用天然气的工艺，包括以下步骤：

（1）、将原料煤经原煤筛分装置分成粉煤和块煤；

（2）、块煤送去鲁奇炉气化生成粗煤气，煤气化产生的灰渣排出，粗煤气经净化处理系统处理后形成符合甲烷化的粗煤气，再通入甲烷化反应器中；粉煤送入热解炉中，热解产生粉焦和热解油气混合物，粉焦经粉焦气化系统处理生成的粗合成气通入甲烷化反应器中；热解油气混合物通过高效分离器去粉尘后，经净化处理系统去油得到洁净的热解气，热解气通入甲烷化反应器中；

（3）、通入甲烷化反应器中的粗煤气、粗合成气、净化的热解气在甲烷化反应器中反应，得到代用天然气。

所述步骤（2）中鲁奇炉气化生成的粗煤气中CH₄含量8-12.5%，CO含量12-20%，H₂含量36-38.5%，CO₂含量28.5%-32%，其余为微量气体，粗煤气在装有钴-钼催化剂的变换塔内与水蒸气进行变换，生成氢气，使粗煤气中H₂和CO的比值符合甲烷化的需要，比值约大于3:1，变换后的粗煤气在冷凝塔中进行冷却，冷却后在净化塔中，采用低温甲醇洗涤，将粗煤气进一步净化，形成符合甲烷化的粗煤气。

所述步骤（2）中粉焦进入粉焦气化炉，生成粗合成气，粗合成气的CO含量65-69%，H₂含量25-26.5%，CO₂含量7-8%，其余为微量气体，粗合成气经过旋风分离器除去固体杂质后进入变换塔内与水蒸气进行变换，变换气在水洗塔中除去CO₂，与鲁奇炉中的原料气一并进入甲烷化反应器中进行甲烷化反应。

所述步骤（2）中热解炉热解产生的热解油气混合物通过高效分离器去粉尘后得到的除尘热解气中CH₄含量28-32%，CO含量22-26%，H₂含量27-30.5%，CO₂含量8-10%，其余为微量气体，热解气进入净化处理系统的变换塔中进行变换，生成氢气，使粗煤气中H₂和CO的比值符合甲烷化的需要，调整H₂和CO的比值约为3:1。

所述步骤（2）中鲁奇炉气化生成的粗煤气与高效分离器除尘后的热解油气混合后经过一级冷凝塔处理后得到的气体，在装有钴-钼催化剂的变换塔内与水蒸气进行变换，生成氢气，使混合气中H₂和CO的比值符合甲烷化的需要，变换后的混合气在二级冷凝塔中进行冷却，冷却后气体在净化塔中，采用低温甲醇洗涤，将粗煤气进一步净化，得到符合甲烷化要求的原料气。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）通过本发明的煤制天然气工艺路线，解决了粉煤的利用问题，实现了煤全方位粒径的利用。

（2）通过热解-气化一体化与鲁奇气化耦合的过程，有效提高了粗合成气中CH₄含量。

（3）通过热解-气化一体化过程实现了H₂S的浓缩，有效地控制净化装置的规模及相关工艺过程的消耗，降低了煤制天然气项目的运行成本。

附图说明

图1为本发明的煤制代用天然气系统的示意图；

图2为本发明的煤制代用天然气系统的另一种示意图；

图中各标记的含义如下：

1-原煤筛分装置 2-鲁奇炉 3-变换塔 4-冷凝塔 41-一级冷凝塔 42-二级冷凝塔5-净化塔 6-热解炉 7-粉焦气化炉 8-旋风分离器 10-水洗塔 11-高效分离器 15-甲烷化反应器 19-冷却煤气管道 21-粉煤管道 22-块煤管道 23-排灰渣管道 24-粗煤气管道25-变换气管道 26-煤气水管道 27-冷却变换气管道 28-硫化合物管道 29-合成气管道30-热解油气混合物 31-粉焦管道 32-粗合成气管道 33-固体杂质 34-脱尘粗合成气管道35-变换气管道 36-净化变换气管道37-排粉尘管道 38-除尘热解油气管道 39-煤焦油管道 40-热解气管道 42-硫回收管道 44-代用天然气 A-鲁奇炉气化系统 B-煤热解系统 C-粉焦气化系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述：

参照图1，本系统由鲁奇炉气化系统A,煤热解系统B和粉焦气化系统C三部分组成。

鲁奇炉气化系统A由鲁奇炉2、变换塔3、冷凝塔4、净化塔5组成。原煤筛分装置1的块煤出口通过块煤管道22与鲁奇炉2的上部入口相连，鲁奇炉2底部设有排灰渣管道23，粉煤出口通过粉煤管道21与热解炉6的上部入口相连。鲁奇炉2的气体出口经粗煤气管道24与变换塔3的底部入口相连，变换塔3顶部气体出口经变换气管道25与冷凝塔4底部入口相连，冷凝塔4底部设有煤气水管道26。冷凝塔4的顶部气体出口经冷却变换气管道27与净化塔5的底部入口相连，脱除的硫通过硫化合物管道28进入硫回收系统。净化塔5的顶部气体出口通过合成气管道29与甲烷化反应器15的气体入口相连。

煤热解系统B由热解炉6、高效分离器11、冷凝塔4、变换塔3、净化塔5组成。热解炉6的油气混合物出口通过管道与高效分离器11的入口相连，高效分离器11底部为排粉尘管道37，高效分离器11气体出口通过除尘热解油气管道38与冷凝塔4气体入口相连，分离出的焦油通过煤焦油管道39进入煤焦油回收系统。冷凝塔4的气体出口经热解气管道40与变换塔3的气体入口相连，变换塔3的气体出口经变换气管道35与净化塔5的气体入口相连，反应脱除的硫经过硫回收管道42进入硫回收系统。净化塔5的气体出口通过合成气管道29与甲烷化反应器15的气体入口相连。

粉焦气化系统C由粉焦气化炉7、旋风分离器8、变换塔3以及水洗塔10组成。热解炉6的粉焦出口经粉焦管道31与粉焦气化炉7的入口相连，粉焦气化炉7气体出口通过粗合成气管道32与旋风分离器8气体入口相连，旋风分离器8的气体出口经脱尘粗合成气管道34与变换塔3的底部气体入口相连，固体杂质33经管道排出。变换塔3的气体出口通过变换气管道35与水洗塔10的气体入口相连，水洗塔10的气体出口通过净化变换气管道36与甲烷化反应器15的气体入口相连。

参照图2，本装置由鲁奇炉气化系统A,煤热解系统B和粉焦气化系统C三部分组成。

鲁奇炉气化系统A由鲁奇炉2、一级冷凝塔41、变换塔3、二级冷凝塔42、净化塔5组成。煤热解系统B由热解炉6、高效分离器11、及与鲁奇炉气化系统A共用的一级冷凝塔41、变换塔3、二级冷凝塔42、净化塔5组成。

原煤筛分装置1的块煤出口通过块煤管道22与鲁奇炉2的上部入口相连，鲁奇炉2底部有排灰渣管道23，原煤筛分装置1的粉煤出口通过粉煤管道21与热解炉6的上部入口相连。热解炉6的油气混合物出口通过管道与高效分离器11的入口相连，高效分离器11底部有排粉尘管道37，高效分离器11气体出口通过除尘热解油气管道38与一级冷凝塔41气体入口相连，同时鲁奇炉2的气体出口经粗煤气管道24与一级冷凝塔41气体入口相连，经一级冷凝塔41冷凝分离出的焦油通过煤焦油管道39进入煤焦油回收系统。冷却煤气与鲁奇炉2气化的冷却粗煤气一起经冷却煤气管道19送入变换塔3。变换塔3顶部气体出口经变换气管道35与二级冷凝塔42底部入口相连，二级冷凝塔42底部有煤气水管道26。二级冷凝塔42的顶部气体出口经冷却变换气管道27与净化塔5的底部入口相连，脱除的硫通过硫化合物管道28进入硫回收系统。净化塔5的顶部气体出口通过合成气管道29与甲烷化反应器15的气体入口相连。

粉焦气化系统C由粉焦气化炉7、旋风分离器8、变换塔3以及水洗塔10组成。热解炉6的粉焦出口经粉焦管道与粉焦气化炉7的入口相连，粉焦气化炉7气体出口通过粗合成气管道与旋风分离器8气体入口相连，旋风分离器8的气体出口经除尘煤气管道34与变换塔3的底部气体入口相连，固体杂质33经管道排出。变换塔3的气体出口通过变换气管道35与水洗塔10的气体入口相连，水洗塔10的气体出口通过净化变换气管道36与甲烷化反应器15的气体入口相连。

下面结合具体实施例对本发明工艺进行详细描述：

实施例一

参照图1，原料煤经原煤筛分装置1分成粉煤（粒径≤5mm）和块煤（粒径≥5mm），块煤全部送去鲁奇炉2用作气化，气化生成的粗煤气中CH₄含量8-12.5%，CO含量12-20%，H₂含量36-38.5%，CO₂含量28.5%-32%，其余为微量气体，煤气化产生的灰渣进入灰处理工段，粗煤气在装有钴-钼催化剂的变换塔3内与水蒸气进行变换，生成额外的氢气，使煤气中H₂和CO的比值符合甲烷化的需要，约稍大于3:1。变换后的粗煤气在冷凝塔4中进行冷却，并回收尽可能多的热量用来产生蒸汽和预热锅炉给水。粗煤气淬冷时冷凝下来的煤气水，经过分离单元，分离出焦油和油副产品。在净化塔5中，采用低温甲醇洗涤，将粗煤气进一步净化，除去其中的硫化合物以及97%的CO₂，得到符合甲烷化要求的原料气，合成气脱除的硫化合物进入硫回收工段。

将粒径≤5mm的粉煤送入热解炉6中，热解产生粉焦和热解油气混合物30，粉焦进入粉焦气化炉，生成粗合成气，粗合成气的CO含量65-69%，H₂含量25-26.5%，CO₂含量7-8%，其余为微量气体，粗合成气经过旋风分离器8除去固体杂质33，进入变换塔3内与水蒸气进行变换，变换气在水洗塔10中除去CO₂，与鲁奇炉中的原料气一并进入甲烷化反应器15中进行甲烷化反应。热解油气混合物30通过高效分离器11除去粉尘，除尘的热解油气进入冷凝塔4进行冷凝，冷凝下来的焦油进入煤焦油回收系统，送入后期的加氢工段。除尘热解气中CH₄含量28-32%，CO含量22-26%，H₂含量27-30.5%，CO₂含量8-10%，其余为微量气体。热解气进入变换塔3中进行变换，调整H₂和CO的比值约为3:1，随后进入净化塔5中脱硫脱碳，脱除的硫化合物进入硫回收工段。得到的净化气体与以上两种净化合成气一并送入甲烷化反应器15中进行反应，得到合格的代用天然气44。

实施例二

参照图2，原料煤经原煤筛分装置1分成粉煤（粒径≤5mm）和块煤（粒径≥5mm），块煤全部送去鲁奇炉2用作气化，气化生成的粗煤气中CH₄含量8-12.5%，CO含量12-20%，H₂含量36-38.5%，其余为微量气体，煤气化产生的灰渣进入灰处理工段，将粒径≤5mm的粉煤送入热解炉6中，热解产生粉焦和热解油气混合物30，热解油气混合物30通过高效分离器11除去粉尘，除尘热解气中CH₄含量28-32%，CO含量22-26%，H₂含量27-30.5%，CO₂含量8-10%，其余为微量气体。除尘的热解油气与鲁奇炉2气化生成的粗煤气混合后进入一级冷凝塔41进行冷凝，冷凝下来的焦油进入煤焦油回收系统，送入后期的加氢工段。经过一级冷凝塔41处理后，在装有钴-钼催化剂的变换塔3内与水蒸气进行变换，调整H₂和CO的比值约为3:1，再经过二级冷凝塔42冷凝脱除煤气水，随后进入净化塔5中脱硫脱碳，得到净化的气体，脱除的硫化合物进入硫回收工段。

热解产生的粉焦进入粉焦气化炉7，生成粗合成气，粗合成气的CO含量65-69%，H₂含量25-26.5%，CO₂含量7-8%，其余为微量气体，粗合成气经过旋风分离器8除去固体杂质33，进入变换塔3内与水蒸气进行变换，变换气在水洗塔10中除去CO₂，与鲁奇炉及热解炉产生的净化合成气一并送入甲烷化反应器15中进行反应，得到合格的代用天然气44。

Claims (2)

1.一种煤制代用天然气的系统，其特征在于：包括原煤筛分装置(1)、鲁奇炉(2)和热解炉(6)，原煤筛分装置(1)块煤出口与鲁奇炉(2)入口连通，鲁奇炉(2)气体出口经净化处理系统与甲烷化反应器(15)气体入口连通，鲁奇炉产生的粗煤气经净化处理系统处理后通入甲烷化反应器(15)中；原煤筛分装置(1)粉煤出口与热解炉(6)入口连通，热解炉(6)油气出口与高效分离器(11)入口连通，高效分离器(11)气体出口经净化处理系统与甲烷化反应器(15)气体入口连通，高效分离器(11)分离出的热解油气经净化处理系统处理后通入甲烷化反应器(15)中，热解炉(6)粉焦出口经粉焦气化系统与甲烷化反应器(15)气体入口连通，热解炉(6)产生的粉焦经粉焦气化系统生成粗合成气通入甲烷化反应器(15)中；

所述鲁奇炉(2)气体出口和高效分离器(11)气体出口连通后与一级冷凝塔(41)入口相连，一级冷凝塔(41)的气体出口与变换塔(3)的入口相连，变换塔(3)气体出口与二级冷凝塔(42)入口相连，二级冷凝塔(42)的气体出口与净化塔(5)的入口相连，净化塔(5)的气体出口与甲烷化反应器(15)的气体入口相连；

所述鲁奇炉(2)气体出口和高效分离器(11)气体出口连通后经同一净化处理系统后与甲烷化反应器(15)气体入口连通，鲁奇炉产生的粗煤气与高效分离器(11)分离出的热解油气混合经同一净化处理系统处理后通入甲烷化反应器(15)中；

所述粉焦气化系统包括与热解炉(6)的粉焦出口连通的粉焦气化炉(7)，粉焦气化炉(7)气体出口与旋风分离器(8)气体入口相连，旋风分离器(8)气体出口与变换塔(3)气体入口相连，变换塔(3)气体出口与水洗塔(10)气体入口相连，水洗塔(10)气体出口与甲烷化反应器(15)气体入口相连。

2.一种基于权利要求1系统的煤制代用天然气的工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)、将原料煤经原煤筛分装置(1)分成粉煤和块煤；

(2)、块煤送去鲁奇炉(2)气化生成粗煤气，粗煤气中CH₄含量8-12.5％，CO含量12-20％，H₂含量36-38.5％，CO₂含量28.5％-32％，其余为微量气体，煤气化产生的灰渣排出，粗煤气经净化处理系统处理后形成符合甲烷化的粗煤气，再通入甲烷化反应器(15)中；粉煤送入热解炉(6)中，热解产生粉焦和热解油气混合物(30)，粉焦经粉焦气化系统处理生成粗合成气，粗合成气的CO含量65-69％，H₂含量25-26.5％，CO₂含量7-8％，其余为微量气体，粗合成气经过旋风分离器(8)除去固体杂质(33)后进入变换塔(3)内与水蒸气进行变换，变换气在水洗塔(10)中除去CO₂，与鲁奇炉中的原料气一并进入甲烷化反应器(15)中；热解油气混合物(30)通过高效分离器(11)去粉尘后，除尘热解气中CH₄含量28-32％，CO含量22-26％，H₂含量27-30.5％，CO₂含量8-10％，其余为微量气体，经净化处理系统去油得到洁净的热解气，热解气通入甲烷化反应器(15)中；

鲁奇炉(2)气化生成的粗煤气与高效分离器(11)除尘后的热解油气混合后经过一级冷凝塔(41)处理后得到的气体，在装有钴-钼催化剂的变换塔(3)内与水蒸气进行变换，生成氢气，使混合气中H₂和CO的比值符合甲烷化的需要，变换后的混合气在二级冷凝塔(42)中进行冷却，冷却后气体在净化塔(5)中，采用低温甲醇洗涤，将粗煤气进一步净化，得到符合甲烷化要求的原料气；

(3)、通入甲烷化反应器(15)中的粗煤气、粗合成气、净化的热解气在甲烷化反应器(15)中反应，得到代用天然气(44)。