CN107916150A - 一种煤制天然气的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤制天然气的制备方法，属于天然气合成技术领域，将煤气化，得到煤气化产物，通过限定气化条件使得所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1；将煤气化产物脱硫，得到脱硫产物；将脱硫产物进行甲烷化反应，得到天然气。本发明提供的煤制合成天然气的方法不经水煤气变换工段直接经过甲烷化反应，可使反应体系不产生水，杜绝了水耗和水排放，解决了煤制合成天然气的高水耗和水排放问题，特别是杜绝了常规水煤气变换、脱碳及甲烷化过程的水耗和水排放。相对于煤制合成天然气常规过程，本发明提供的方法也显著降低了过程能耗。

Description

一种煤制天然气的制备方法
技术领域
本发明涉及天然气合成技术领域，尤其涉及一种煤制天然气的制备方法。
背景技术
我国富煤、少油、贫气，利用相对丰富的煤炭资源(特别是劣质碎煤)制备天然气(SNG)，既可增加能量利用率高的SNG的供应，同时在煤转化为SNG过程中可从原料气净化和燃料升级步骤副产浓缩CO2，实现对CO2的富集和分离而无需附加成本，进而将其封存到非大气的储库(如深的地下或海洋)中或资源化利用。这也是煤制SNG过程在“低碳经济”碳管理方面的一大优势，能够达到能源和环境双赢的效果，兼具重大经济价值和社会意义。
现有技术中，煤制SNG的过程一般包括煤气化，脱硫，水煤气变换，脱碳及甲烷化工艺等过程，煤气化产物经脱硫后输送至水煤气变换，以调整H2/CO比为3.0左右，然后经脱碳后再经甲烷化工段以生产合成天然气。但是，现有技术煤制合成天然气过程中在水煤气变换、脱碳及甲烷化过程往往存在较大的水耗和水排放问题，同时整个过程也需要较高的能耗。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤制天然气的制备方法，避免了常规水煤气变换、脱碳及甲烷化过程的水耗和水排放。该方法相较于煤制天然气常规过程，也显著降低了过程能耗。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种煤制天然气的制备方法，包括以下步骤：
将煤气化，得到煤气化产物，所述煤气化使用的气化炉为德士古气化炉或恩德气化炉：当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力为3.0～6.5MPa，所述煤气化的温度为1300～1500℃；当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力为0.01～0.5MPa，所述煤气化的温度为950～1000℃；所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1；
将所述煤气化产物脱硫，得到脱硫产物；
将所述脱硫产物进行甲烷化反应，得到天然气。
优选地，所述甲烷化反应的温度为400～550℃，所述甲烷化反应的压力为0.5～2.5MPa。
优选地，所述甲烷化反应的气相空速为8000～20000mL/g/h。
优选地，所述甲烷化反应的催化剂以镍为活性组分，至少含有Al2O3、ZrO2、TiO2、MgAl2O4、CaAl2O4或SiO2为载体。
优选地，当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化产物包括以下体积百分含量的气体：CO 40～45％，H240～45％，CH40.1～3％，CO29～16％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％。
优选地，当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化产物包括以下体积百分含量的气体：CO 31～40％，H231～40％，CH41～5％，CO215～35％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％。
优选地，所述煤包括长焰煤、气煤、褐煤、不粘煤和弱性煤中的一种或几种。
本发明提供了一种煤制合成天然气的制备方法，将煤气化，得到煤气化产物，所述煤气化使用的气化炉为德士古气化炉或恩德气化炉：当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力为3.0～6.5MPa，所述煤气化的温度为1300～1500℃；当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力为0.01～0.5MPa，所述煤气化的温度为950～1000℃；所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1；将煤气化产物脱硫，得到脱硫产物；将脱硫产物进行甲烷化反应，得到天然气。本发明提供的煤制合成天然气的方法不经水煤气变换工段，将脱硫产物不经过水煤气转化，直接经过甲烷化反应，可使反应体系不产生水，杜绝了水耗和水排放，解决了煤制合成天然气的高水耗和水排放问题，特别是杜绝了常规水煤气变换、脱碳及甲烷化过程的水耗和水排放。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明煤制天然气合成的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种煤制天然气的制备方法，包括以下步骤：
将煤气化，得到煤气化产物，所述煤气化使用的气化炉为德士古气化炉或恩德气化炉：当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力为3.0～6.5MPa，所述煤气化的温度为1300～1500℃；当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力为0.01～0.5MPa，所述煤气化的温度为950～1000℃；所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1；
将所述煤气化产物脱硫，得到脱硫产物；
将所述脱硫产物进行甲烷化反应，得到天然气。
本发明将煤气化，得到煤气化产物，所述煤气化使用的气化炉为德士古气化炉或恩德气化炉：当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力为3.0～6.5MPa，所述煤气化的温度为1300～1500℃；当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力为0.01～0.5MPa，所述煤气化的温度为950～1000℃；所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1。在本发明中，所述煤优选包括长焰煤、气煤、褐煤、不粘煤和弱性煤中的一种或几种，本发明更优选根据不同种类的煤使用不同的气化炉，当所述煤为长焰煤和/或气煤时，使用的气化炉最优选为德士古气化炉；当所述煤为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱性煤时，使用的气化炉最优选为恩德气化炉。本发明对所述煤的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
本发明进行煤气化优选使用的是德士古气化炉或恩德气化炉。在本发明中，所述德士古气化炉的煤浆浓度(含固百分比)优选为60～70％，所述德士古气化炉的单炉处理煤能力优选为500～750t/d，更优选为550～600t/d，所述德士古气化炉的氧气用量优选为400～420m3/(Km3CO+H2)，更优选为410～415m3/(Km3CO+H2)；
在本发明中，当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力优选为3.0～6.5MPa，更优选为4.0～5.0MPa，所述煤气化的温度优选为1300～1500℃。更优选为1350～1450℃，最优选为1380～1420℃；
在本发明中，当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化产物优选包括以下体积百分含量的气体：CO 40～45％，H240～45％，CH40.1～3％，CO29～16％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％，更优选为CO 42％，H242％，CH41.5％,CO214％，0.01％H2S、0.49％N2；
在本发明中，所述恩德气化炉的单炉处理煤能力优选为500～750t/d，更优选为550～600t/d，所述恩德气化炉的氧煤比优选为0.22～0.42m3氧气/(Kg煤)，气汽比为0.9～1.2m3氧气/(Kg水蒸汽)。
在本发明中，当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力优选为0.01～0.5MPa，优选为0.03～0.2MPa，所述煤气化的温度优选为950～1000℃，更优选为960～980℃。当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化产物优选包括以下体积百分含量的气体：CO 31～40％，H231～40％，CH41～5％，CO215～35％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％。
在本发明中，通过限定气化条件使得煤气化产物中H2与CO的体积比为1，使制得的天然气中不含有水分，减少了水的排放。
得到煤气化产物后，本发明将所述煤气化产物脱硫，得到脱硫产物。在本发明中，经过脱硫能够除去煤气化产物中的H2S。本发明对所述脱硫的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的常规脱硫方式即可，具体的，如ZnO干法脱硫，200～350℃，压力1～3MPa，汽气比0.1～0.5，气相空速2000～4000h-1。
得到脱硫产物后，本发明将所述脱硫产物不经水煤气转化直接进行甲烷化反应，得到天然气。在本发明中，所述甲烷化反应的温度优选为400～550℃，更优选为450～500℃，所述甲烷化反应的压力优选为0.5～2.5MPa，更优选为2.0～2.5MPa，所述甲烷化反应的气相空速(气体流量/催化剂的体积)优选为8000～20000mL/g/h，更优选为10000～15000mL/g/h。
在本发明中，所述甲烷化反应的催化剂优选以镍为活性组分，至少含有Al2O3、ZrO2、TiO2、MgAl2O4、CaAl2O4或SiO2为载体。本发明对所述Ni基催化剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的、市售商品即可。
在本发明中，得到的天然气优选包括以下体积百分含量的气体：CO 1～3％，H21～3％，CH425～45％,CO245～70％，N20.1～2％，更优选为CO 2％，H22％，CH4 35～40％,CO250～62％，N2 0.5～1.0％。
下面结合实施例对本发明提供的煤制天然气的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明煤制合成天然气的流程图，煤气化后脱硫，然后再经过甲烷化反应，得到天然气。
实施例1
以德士古气化炉对长焰煤进行气化，气化压力为4.0MPa，气化温度为1350℃，煤浆浓度(含固百分比)为60％，煤投料量为600t/d，氧气用量：410m3/(Km3CO+H2)，气化后所得的产物组成为CO 43％，H243％，CH41.5％,CO212％，0.01％H2S、0.49％N2。将上述气化产物进行脱硫处理后，作为甲烷化工段的进料，经40％Ni基催化剂，在450℃和2.5MPa、气相空速为8000mL/g/h下反应，得到获取天然气。天然气组成为：CO 1.67％，H21.67％，CH435.83％,CO260％，N20.83％。
实施例2
以德士古气化炉对长焰煤进行气化，气化压力为6.5MPa，气化温度1500℃，煤浆浓度(含固百分比)为70％，煤投料量为750t/d，氧气用量：400m3/(Km3CO+H2)，气化后所得的产物组成为CO 41％，H241％，CH41.5％,CO216％，0.01％H2S、0.49％N2。将上述气化产物进行脱硫处理后，作为甲烷化工段的进料，经30％Ni/Al2O3催化剂，在550℃和3.5MPa、气相空速为20000mL/g/h下反应，得到获取天然气。天然气组成为：CO 1.75％，H21.75％，CH437.73％,CO257.89％，N20.88％。
实施例3
以恩德气化炉对长焰煤进行气化，气化压力为0.04MPa，气化温度为950℃，煤投料量为500t/d，恩德气化炉的氧煤比优选为0.25m3氧气/(Kg煤)，气汽比为1.2m3氧气/(Kg水蒸汽)，气化后所得的产物组成为CO 39％，H239％，CH42％，CO219.5％，H2S 0.01％、N20.49％。将上述气化产物进行脱硫处理后，作为甲烷化工段的进料，经35％Ni/Al2O3催化剂，在400℃和3MPa、气相空速为10000mL/g/h下反应，得到获取天然气。天然气组成为：CO 1.61％，H21.61％，CH4 33.87％,CO2 62.10％，N2 0.81％。
实施例4
以恩德气化炉对长焰煤进行气化，气化压力为0.1MPa，气化温度为970℃，煤投料量为500t/d，恩德气化炉的氧煤比优选为0.40m3氧气/(Kg煤)，气汽比为1.05m3氧气/(Kg水蒸汽)，气化后所得的产物组成为CO 35％，H235％，CH42.5％，CO227％，H2S 0.01％、N20.49％。将上述气化产物进行脱硫处理后，作为甲烷化工段的进料，经50％Ni/Al2O3催化剂，在500℃和2.5MPa、气相空速为15000mL/g/h下反应，得到获取天然气。天然气组成为：CO1.51％，H21.51％，CH429.55％,CO2 66.67％，N20.76％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种煤制天然气的制备方法，包括以下步骤：
将煤气化，得到煤气化产物，所述煤气化使用的气化炉为德士古气化炉或恩德气化炉：当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化的压力为3.0～6.5MPa，所述煤气化的温度为1300～1500℃；当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化的压力为0.01～0.5MPa，所述煤气化的温度为950～1000℃；所述煤气化产物中H2与CO的体积比为1；
将所述煤气化产物脱硫，得到脱硫产物；
将所述脱硫产物不经水煤气转化直接进行甲烷化反应，得到煤制天然气。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲烷化反应的温度为400～550℃，所述甲烷化反应的压力为0.5～2.5MPa。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述甲烷化反应的气相空速为8000～20000mL/g/h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述甲烷化反应的催化剂以镍为活性组分，至少含有Al2O3、ZrO2、TiO2、MgAl2O4、CaAl2O4或SiO2为载体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当使用的气化炉为德士古气化炉时，所述煤气化产物包括以下体积百分含量的气体：CO 40～45％，H240～45％，CH40.1～3％，CO29～16％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当使用的气化炉为恩德气化炉时，所述煤气化产物包括以下体积百分含量的气体：CO 31～40％，H231～40％，CH41～5％，CO215～35％，H2S＜0.5％、N2＜1.5％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煤包括长焰煤、气煤、褐煤、不粘煤和弱性煤中的一种或几种。
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