CN106190203A - 一种合成气的制备系统及方法 - Google Patents

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张顺利
许修强
郭启海
任爱林
吴道洪
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/04—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of powdered coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
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    • C10B57/18—Modifying the properties of the distillation gases in the oven

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种合成气的制备系统及方法。该系统包括热解单元和气体处理单元；热解单元设有煤入口和热解气出口；热解气出口位于热解单元的顶部，热解气出口的两侧设有水蒸气喷伞；热解单元的热源为加热管，加热管为催化剂载体；气体处理单元设有热解气入口和合成气出口，热解气入口和热解单元的热解气出口相连。本发明提供的合成气的制备系统及方法能制得浓度较高的合成气。

Description

一种合成气的制备系统及方法
技术领域
本发明属于合成气制备领域，具体涉及一种合成气的制备系统及方法。
背景技术
我国能源结构特点是“富煤贫油少气”，资源禀赋现状决定了我国必须要发展煤化工，实现对石油和天然气的部分替代，以保障我国经济发展和能源安全。我国煤化工事业经过几十年的发展，目前已经取得了可喜的成绩，但是现代煤化工依然普遍存在着“投资大、污染严重、能耗高、水耗高”等问题。
合成气的主要成分为一氧化碳(CO)和氢气(H2)，可作为化学工业的基础原料，生产各种化工产品。经过多年的发展，以天然气(CH4)、煤为原料制备合成气的工艺已很成熟。
近年来，煤炭分质梯级利用，也就是常说的煤热解，由于其特有的优势，越来越得到重视和认可。煤热解后产生的热解气中含有天然气、一氧化碳和氢气，可用于制备合成气，但热解气也含有大量的杂质。要想用热解气制备合成气，必须先将热解气净化、分离，然后再将天然气制成合成气，工艺十分复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种合成气的制备系统及方法。
本发明提供的一种合成气的制备系统，包括热解单元和气体处理单元；
所述热解单元设有煤入口和热解气出口；所述热解气出口位于所述热解单元的顶部，所述热解气出口的两侧设有水蒸气喷伞；所述热解单元的热源为加热管，所述加热管为催化剂载体；
所述气体处理单元设有热解气入口和合成气出口，所述热解气入口和所述热解单元的热解气出口相连。
进一步地，所述加热管为翅片加热管。
进一步地，所述水蒸气喷伞的开口面向所述热解气出口，所述水蒸气喷伞向所述热解单元内喷洒水蒸气。
本发明提供的一种利用上述系统制备合成气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将甲烷分解催化剂涂覆于加热管表面，并将煤送入所述热解单元进行热解，制得热解气；
将所述热解气送入所述气体处理单元进行净化、除尘和分离，得到合成气。
进一步地，所述加热管的温度为700-900℃。
进一步地，所述热解的时间为1-2h。
进一步地，所述热解单元的压力为0.05-0.3MPa。
进一步地，所述煤的尺寸为5-50mm。
本发明提供的合成气的制备系统及方法，不仅工艺简单、成本低廉，而且能制得浓度较高的合成气。
附图说明
图1为实施例中热解单元的结构示意图；
图2为实施例中翅片加热管横截面的结构示意图；
图3为实施例中翅片加热管的俯视图；
图4为实施例中制备合成气的工艺流程图。
图中：1、煤入口；2、热解气出口；3、加热管；31、管体；32、翅片；4、水蒸气喷伞；5、出料装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例提供的合成气的制备系统，包括热解单元和气体处理单元。如图1所示，热解单元设有煤入口1和热解气出口2；热解气出口2位于热解单元的顶部，热解气出口2的两侧设有水蒸气喷伞3；热解单元的热源为加热管，加热管为催化剂载体；气体处理单元设有热解气入口和合成气出口，热解气入口和热解单元的热解气出口2相连。
本实施例中，热解单元为无热载体旋转床，加热管为辐射管，辐射管布置在无热载体旋转床中料层的上方。
本实施例将加热管3作为催化剂的载体，而不是在热解单元中另外设置催化剂载体。这样一方面可以使催化剂的温度快速达到起活温度，另一方面可以减少热解单元中装置的数量。
加热管3的形状并不需要特别限定，本实施例采用翅片加热管作为热源，翅片加热管的具体形状请见图2和图3。翅片加热管的表面积大，采用翅片加热管作为热源，既能够增加催化剂与热解气的接触面积，使得反应进行得更充分；又可以增加加热管的热辐射面积，增强传热，有利于提升热效率。
水蒸气喷伞3开口的方向并不需要特别限定。本实施例中，水蒸气喷伞3的开口面向热解气出口2，水蒸气喷伞3向热解单元内喷洒水蒸气，水蒸气能更好的和天然气反应。
实施例2
参见图4，本实施例提供一种利用实施例1提供的系统制备合成气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将甲烷分解催化剂涂覆于加热管表面，并将煤送入所述热解单元进行热解，制得热解气；
将所述热解气送入所述气体处理单元进行净化、除尘和分离，得到合成气。
在甲烷分解催化剂的作用下，煤热解后生成的CH4和水蒸气喷伞3喷出的水蒸汽反应生成合成气的反应方程式如下：
CH4+H2O＝CO+3H2ΔH＝205.8KJ/mol
上述方程式中的ΔH为反应热。
本实施例采用的煤的具体参数请见表1。
CH4和H2O生成合成气的反应为吸热反应，煤热解也是吸热反应。发明人通过大量的实验发现，加热管的温度为700-900℃时，煤热解的效果较好，制得的合成气的浓度较高。
本实施例中，加热管表面的温度为800℃。
上述方法中，热解的时间为1-2h。热解的时间太短，煤热解不充分，制得的合成气少；热解时间太长，浪费能源。发明人通过大量的实验发现，热解的时间为1-2h时，制得的合成气多。
本实施例中，热解的时间为1h。
上述方法中，热解单元的压力为0.05-0.3MPa。CH4和H2O生成合成气，热解单元内气体的体积会增加，若压力过高，CH4和H2O的转化率低，反应生成的合成气少。发明人通过大量的实验发现，热解单元的压力为0.05-0.3MPa比较合适。
本实施例中，热解单元的压力为0.1MPa。
上述方法中，煤的颗粒尺寸为5-50mm。颗粒尺寸越小，煤的比表面积越大，越容易热解，但太小则难加工。发明人通过大量的实验发现，煤的颗粒尺寸为5-50mm比较合适。
本实施例中，所用的煤的最大颗粒尺寸为50mm。
本实施例制得的热解气中，合成气的体积含量为87％，CH4的含量为8％。
表1煤的主要性质
项目 单位 数值 备注
全水 wt％ 11.9 收到基
固定碳 wt％ 50.3 干基
挥发分 wt％ 33.1 干基
灰分 wt％ 16.6 干基
从上述实施例可见，采用本发明提供的技术方案，制得的热解气中合成气的含量很高。
综上，可以得出，本发明提供的合成气的制备系统及方法，不仅工艺简单、成本低廉，而且能制得浓度较高的合成气。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种合成气的制备系统，包括热解单元和气体处理单元；
所述热解单元设有煤入口和热解气出口；所述热解气出口位于所述热解单元的顶部，所述热解气出口的两侧设有水蒸气喷伞；所述热解单元的热源为加热管，所述加热管为催化剂载体；
所述气体处理单元设有热解气入口和合成气出口，所述热解气入口和所述热解单元的热解气出口相连。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热管为翅片加热管。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水蒸气喷伞的开口面向所述热解气出口，所述水蒸气喷伞向所述热解单元内喷洒水蒸气。
4.一种利用权利要求1-3中任一所述系统制备合成气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将甲烷分解催化剂涂覆于加热管表面，并将煤送入所述热解单元进行热解，制得热解气；
将所述热解气送入所述气体处理单元进行净化、除尘和分离，得到合成气。
5.如权利要求4所述的制备合成气的方法，，其特征在于，所述加热管的温度为700-900℃。
6.如权利要求4所述的制备合成气的方法，，其特征在于，所述热解的时间为1-2h。
7.如权利要求4所述的制备合成气的方法，其特征在于，所述热解单元的压力为0.05-0.3MPa。
8.如权利要求4所述的制备合成气的方法，其特征在于，所述煤的颗粒尺寸为5-50mm。
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