CN108219851B - 一种煤气化方法及系统 - Google Patents

一种煤气化方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108219851B
CN108219851B CN201810018767.5A CN201810018767A CN108219851B CN 108219851 B CN108219851 B CN 108219851B CN 201810018767 A CN201810018767 A CN 201810018767A CN 108219851 B CN108219851 B CN 108219851B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solid material
reaction
fluidized bed
coal
coal gasification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810018767.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108219851A (zh
Inventor
李克忠
毛燕东
刘雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ENN Science and Technology Development Co Ltd
Original Assignee
ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ENN Science and Technology Development Co Ltd filed Critical ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority to CN201810018767.5A priority Critical patent/CN108219851B/zh
Publication of CN108219851A publication Critical patent/CN108219851A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108219851B publication Critical patent/CN108219851B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/54—Gasification of granular or pulverulent fuels by the Winkler technique, i.e. by fluidisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1625—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1662—Conversion of synthesis gas to chemicals to methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤气化方法及系统。能够提高气化炉内流化质量，改善气化炉内流场，避免气化炉内结渣，提高气化炉的运行稳定性和甲烷收率。一种煤气化方法，包括：将煤粉通入流化床反应区，在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；将煤气化反应产生的粗煤气通入甲烷提浓单元，在含催化剂的第一固体物料的存在下进行甲烷提浓处理，使得粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料；将第二固体物料返炉，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与煤气化反应产生的灰渣一同排出，获得第三固体物料。

Description

一种煤气化方法及系统
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤气化方法及系统。
背景技术
随着经济的迅速发展以及环保规定的日益严格，对天然气这一清洁能源的需求量呈爆炸式增长。催化气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式，是煤制天然气最有效的方式之一。采用催化气化技术，煤在相对较低的温度下与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷。
在现有技术中，通常采用流化床气化炉进行煤气化反应，其中，催化剂的加入可催化碳水、水煤气变换、一氧化碳和氢气的甲烷化反应的发生，但在流化床气化炉中，甲烷化反应的发生需要稳定的温度及较长的气固接触时间，这就需要控制流化床气化炉较高的密相床层高度和较低的气速，高径比较大的流化床气化炉存在流化质量差、气体易短路或炉内容易发生节涌等缺陷，底部气化剂的气速低更加剧了气流的分布不均，使得流场进一步恶化，从而导致煤气化反应不充分，局部温度高易结渣等问题。另外，甲烷化反应的发生还要求一定的CO和H2浓度，现有技术中通过合成气返炉来提高甲烷收率，然而，合成气返炉抑制了炉内碳水反应的发生，使得碳转化率低，从一定程度上限制了甲烷化反应的进行。
发明内容
本发明的实施例提供一种煤气化方法及系统，能够提高气化炉内流化质量，改善气化炉内流场，避免气化炉内结渣，提高气化炉的运行稳定性，同时，还能够为炉内碳水反应提供热量，促使甲烷化反应的进行，与现有技术中通过合成气返炉提高甲烷收率相比，能够避免合成气返炉对碳水反应造成抑制。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了如下技术特征：
一方面，本发明实施例提供一种煤气化方法，包括：
将煤粉通入流化床气化炉的流化床反应区，在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
将煤气化反应产生的粗煤气通入甲烷提浓单元，在含催化剂的第一固体物料的存在下进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料；
将所述第二固体物料返炉，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为所述通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同排出，获得第三固体物料；
其中，所述第一固体物料包括含催化剂的灰渣和碳载体，所述碳载体为可与二氧化碳结合，促使甲烷化反应和焦油裂解反应正向进行的物质，且所述碳载体与所述二氧化碳结合为放热反应。
可选的，所述碳载体选自碱土金属的氧化物和/或氢氧化物。
可选的，所述气化剂为450-600℃的过热蒸汽。
可选的，所述第二固体物料的温度为800-1000℃。
可选的，所述煤气化反应的温度为700-800℃，压力为1-5MPa。
可选的，所述流化床反应区中的固相停留时间为1-1.5h。
可选的，所述粗煤气与所述第一固体物料的接触时间为40-120s，单位时间内所述粗煤气与所述第一固体物料接触的质量比为0.5-2。
可选的，所述方法还包括：
将所述第三固体物料通入空气进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，并将煅烧后的第三固体物料进行水淬，联产蒸汽的同时使所述煅烧后的第三固体物料中的碱金属催化剂溶解于水中得以回收。
可选的，所述方法还包括：
将富甲烷粗煤气进行净化分离处理，并将净化分离所获得的飞灰返回所述流化床气化炉或所述甲烷提浓单元继续进行气化反应，将净化分离所获得的一氧化碳和氢气返回所述流化床反应区或所述甲烷提浓单元进行甲烷化反应。
另一方面，本发明实施例提供一种煤气化系统，应用于如上所述的煤气化方法，所述煤气化系统包括：
流化床气化炉和甲烷提浓装置；
其中，所述流化床气化炉包括气体分布板区以及设置在所述气体分布板区上方的流化床反应区，所述流化床气化炉的底部设有与所述流化床反应区连通的排渣口，所述气体分布板区用于向所述流化床反应区通入气化剂，所述流化床反应区用于通入煤粉，使煤粉在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
所述甲烷提浓装置的底部设有粗煤气入口，所述粗煤气入口的上方为甲烷提浓反应区，所述甲烷提浓装置的底部还设有与所述甲烷提浓反应区连通的固体物料出口，所述甲烷提浓装置对应所述甲烷提质反应区的侧壁上设有固体物料进口，所述流化床气化炉的粗煤气出口与所述粗煤气入口连通，所述固体物料出口与所述流化床反应区连通；
所述固体物料进口用于通入含催化剂的第一固体物料，对通入所述甲烷提浓反应区的粗煤气进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料，所述第二固体物料可经所述固体物料出口通入所述流化床反应区中，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同经所述排渣口排出，获得第三固体物料。
可选的，所述甲烷提浓装置采用低速流化床形式或移动床形式。
可选的，所述气体分布板区和所述流化床反应区之间还设有变径段，所述变径段从下到上内径渐扩；
所述变径段的下部设有固体物料入口，所述流化床反应区通过所述变径段下部的固体物料入口与所述甲烷提浓装置的固体物料出口连通。
可选的，所述流化床反应区从下到上依次包括密相区和稀相区；
其中，所述密相区和稀相区的下部均设有煤粉入口。
可选的，所述密相区的高径比为0.5-3。
可选的，所述煤气化系统还包括：与所述排渣口连通的灰渣煅烧装置，以及与所述灰渣煅烧装置的固体物料连通的水淬装置；
所述灰渣煅烧装置用于通入空气对所述第三固体物料进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，所述水淬装置用于通入水对煅烧后的第三固体物料进行水淬，副产蒸汽的同时将所述第三固体物料中的催化剂溶解于水中。
可选的，所述甲烷提浓装置的顶部还设有粗煤气出口；
所述煤气化系统还包括：与所述甲烷提浓装置的粗煤气出口连通的气固分离系统，以及与所述气固分离系统的气体出口连通的气体分离系统；
其中，所述气固分离系统的固体出口与所述流化床气化炉连通，所述气体分离系统的一氧化碳和氢气出口与所述甲烷提浓装置的粗煤气入口连通。
本发明实施例提供一种煤气化方法及系统，通过引入甲烷提浓单元，将煤气化反应产生的粗煤气引入甲烷提浓单元进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，能够将所述粗煤气转化为富甲烷粗煤气，与现有技术中通过控制流化床气化炉的密相床层高度和流化气速，以提高气固接触时间，而使得气化炉内流化质量差、气体易短路以及炉内容易发生节涌相比，可通过提高流化气速来达到提高气化炉内流化质量，改善气化炉内流场，避免气化炉内结渣，提高气化炉的运行稳定性的有益技术效果，同时，还能够避免反应不充分的情况发生。并且，在对粗煤气进行甲烷提浓处理过程中，所述碳载体吸收二氧化碳并放出热量，通过将甲烷提浓处理所获得的第二固体物料返炉，与通入流化床反应区的煤粉混合换热，可以充分利用所述第二固体物料所携带的热量，能够为煤气化反应提供稳定的温度，促使炉内甲烷化反应的进行，与现有技术中通过合成气返炉提高甲烷收率相比，能够避免合成气返炉对碳水反应造成抑制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种煤气化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种煤气化系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种煤气化系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种煤气化系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的再一种煤气化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一方面，本发明的实施例提供一种煤气化方法，参见图1，包括：
步骤1)将煤粉通入流化床气化炉的流化床反应区，在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
步骤2)将煤气化反应产生的粗煤气通入甲烷提浓单元，在含催化剂的第一固体物料的存在下进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料；
步骤3)将所述第二固体物料返炉，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为所述通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同排出，获得第三固体物料；
其中，所述第一固体物料包括含催化剂的灰渣和碳载体，所述碳载体为可与二氧化碳结合，促使甲烷化反应和焦油裂解反应正向进行的物质，且所述碳载体与所述二氧化碳结合为放热反应。
其中，所述煤气化反应产生的粗煤气的主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、未分解水蒸汽及焦油，在含碱金属的灰渣的存在下，所述粗煤气发生如下反应：
3H2+CO→CH4+H2O (1)放热反应
CO+H2O→CO2+H2 (2)放热反应
另外，由于含碱金属的灰渣中含有一定碳，也会发生下列反应：
2C+2H2O→2H2+2CO (3)吸热反应
含碱金属的灰渣同样是焦油裂解的催化剂，粗煤气中的焦油发生下列反应：
焦油→H2+CO+CO2+CH4+CnHm+H2O (4)
在此过程中，所述碳载体与式(2)和式(4)中的二氧化碳结合，促使焦油裂解反应、碳水反应和水煤气变换反应的进行，产生更多的氢气和一氧化碳，从而促使甲烷化反应的进行，提高甲烷收率。
本发明实施例提供一种煤气化方法，通过引入甲烷提浓单元，将煤气化反应产生的粗煤气引入甲烷提浓单元进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，能够将所述粗煤气转化为富甲烷粗煤气，与现有技术中通过控制流化床气化炉的密相床层高度和流化气速，以提高气固接触时间，而使得气化炉内流化质量差、气体易短路以及炉内容易发生节涌相比，可通过提高流化气速来达到提高气化炉内流化质量，改善气化炉内流场，避免气化炉内结渣，提高气化炉的运行稳定性的有益技术效果，同时，还能够避免反应不充分的情况发生。并且，在对粗煤气进行甲烷提浓处理过程中，所述碳载体吸收二氧化碳并放出热量，通过将甲烷提浓处理所获得的第二固体物料返炉，与通入流化床反应区的煤粉混合换热，可以充分利用所述第二固体物料所携带的热量，能够为煤气化反应提供稳定的温度，促使炉内甲烷化反应的进行，与现有技术中通过合成气返炉提高甲烷收率相比，能够避免合成气返炉对碳水反应造成抑制。
其中，所述气化剂可以为一氧化碳、氢气和水蒸气等。
本发明的一实施例中，所述气化剂为450-600℃的过热蒸汽。
本发明的又一实施例中，所述煤气化反应的温度为700-800℃，压力为1-5MPa。在该反应条件下，可提高所述粗煤气中的甲烷含量。
本发明的再一实施例中，所述流化床反应区中的固相停留时间为1-1.5h。在本发明实施例中，不需要过长的固相停留时间就能够提高甲烷收率，从而能够通过合理控制气流的流速，改善气化炉内的流场，提高气化炉内的流化质量。
其中，需要说明的是，所述第一固体物料与所述粗煤气可以通过在高温下气固接触对所述粗煤气进行甲烷提浓处理，这里，可以通过控制所述甲烷提浓单元的温度为800-1000℃来实现高温气固接触。在此过程中，所述粗煤气中合成气甲烷化反应和碳载体吸收二氧化碳放热产生的热量足以维持该温度稳定，不需要通入合成气即可最大程度上提高甲烷收率。
在该温度下，所述粗煤气经甲烷提浓处理后所述粗煤气中的焦油完全裂解，甲烷的含量可提高至25-30％，所获得的富甲烷粗煤气中几乎不含有焦油。
本发明的又一实施例中，所述粗煤气与所述第一固体物料的接触时间为40-120s，单位时间内所述粗煤气与所述第一固体物料接触的质量比为0.5-2。
其中，所述含碱金属的灰渣可以为煤气化反应产生的灰渣。
为了提高所述碳载体与粗煤气的接触面积。优选的，所述碳载体的粒径为0.3mm以下。
为了提高炉温，优选的，所述第二固体物料的温度为800-1000℃。
本发明的一实施例中，所述碳载体选自碱土金属的氧化物和/或氢氧化物。
这样一来，所述碳载体与二氧化碳结合生成碱土金属的碳酸盐，当将第二固体物料返炉后，所述第二固体物料与通入流化床反应区的煤粉混合换热，同时，所述第二固体物料中的碱土金属碳酸盐可与炉内产生的灰渣中的硅铝酸盐反应，减少碱金属催化剂的失活，保持了碱金属催化剂的催化活性，有利于碳水甲烷化反应的进行。
本发明的又一实施例中，所述碳载体与所述含碱金属的灰渣的质量比为1-3。两者可混合一起通入所述甲烷提浓单元，也可分别通入所述甲烷提浓单元。
本发明的一实施例中，所述方法还包括：
将所述第三固体物料通入空气进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，并将煅烧后的第三固体物料进行水淬，联产蒸汽的同时使所述煅烧后的第三固体物料中的碱金属催化剂溶解于水中得以回收。
本发明实施例中，所述第三固体物料包含有煤气化反应产生的灰渣以及经换热后的第二固体物料即含碱金属的灰渣和吸收二氧化碳后的碳载体，通过对所述第三固体物料进行煅烧，并通过控制煅烧温度低于灰渣的熔融温度，能够降低所述第三固体物料中的碳含量，并且，通过对煅烧后的第三固体物料进行水淬，能够将碱金属催化剂在高温下溶解于水中，在此过程中，当所述碳载体为碱土金属的氧化物或氢氧化物时，吸收二氧化碳后的碳载体为碱土金属的碳酸盐，通过控制煅烧温度在800-1000℃还能够使碱土金属的碳酸盐分解为碱土金属氧化物，这样一来，在对煅烧后的第三固体物料进行水淬的过程中，由于碱土金属氧化物的存在，还能够使第三固体物料中的碱金属催化剂以可溶性盐的形式溶解于水中，从而能够提高碱金属催化剂的回收率。
本发明的又一实施例中，所述方法还包括：
将富甲烷粗煤气进行净化分离处理，并将净化分离所获得的飞灰返回所述流化床气化炉或所述甲烷提浓单元继续进行气化反应，将净化分离所获得的一氧化碳和氢气返回所述流化床反应区或所述甲烷提浓单元进行甲烷化反应。
在本发明实施例中，通过将净化分离所获得的飞灰返回所述流化床气化炉或所述甲烷提浓单元继续进行气化反应，能够提高碳转化率，同时，通过将一氧化碳和氢气返回所述流化床反应区或所述甲烷提浓单元进行甲烷化反应，能够进一步提高甲烷收率。
这里，当将一氧化碳和氢气返回所述甲烷提浓单元进行甲烷化反应时，由于甲烷提浓单元中主要发生甲烷化反应，而非碳水反应，不存在高浓度合成气对碳水反应产生抑制的问题。
另一方面，本发明实施例提供一种煤气化系统，应用于如上所述的煤气化方法，参见图2，所述煤气化系统包括：
流化床气化炉1和甲烷提浓装置2；
其中，所述流化床气化炉1包括气体分布板区A以及设置在所述气体分布板区A上方的流化床反应区B，所述流化床气化炉1的底部设有与所述流化床反应区B连通的排渣口11，所述气体分布板区A用于向所述流化床反应区B通入气化剂，所述流化床反应区B用于通入煤粉，使煤粉在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
所述甲烷提浓装置2的底部设有粗煤气入口21，所述粗煤气入口21的上方为甲烷提浓反应区A’，所述甲烷提浓装置2的底部还设有与所述甲烷提浓反应区A’连通的固体物料出口22，所述甲烷提浓装置2对应所述甲烷提质反应区A’的侧壁上设有固体物料进口23，所述流化床气化炉1的粗煤气出口与所述粗煤气入口21连通，所述固体物料出口22与所述流化床反应区A连通；
所述固体物料进口23用于通入含催化剂的第一固体物料，对通入所述甲烷提浓反应区A’的粗煤气进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料，所述第二固体物料可经所述固体物料出口22通入所述流化床反应区A中，与通入流化床反应区A中的煤粉混合换热，为通入流化床反应区A中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同经所述排渣口11排出，获得第三固体物料；
其中，所述第一固体物料包括含催化剂的灰渣和碳载体，所述碳载体为可与二氧化碳结合，促使甲烷化反应和焦油裂解反应正向进行的物质，且所述碳载体与所述二氧化碳结合为放热反应。
本发明实施例提供一种煤气化系统，该煤气化系统可用于实施上述煤气化方法，并能够起到与煤气化方法相同的技术效果，再此不再赘述。
本发明的一实施例中，所述甲烷提浓装置2采用低速流化床形式或移动床形式。
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。这里，将所述甲烷提浓装置2采用低速流化床形式，固体颗粒为所述第一固体物料，流体为所述粗煤气，能够使第一固体物料和粗煤气充分接触，提高甲烷提浓效果。移动床是一种用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在移动床的顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。流体则自下而上(或自上而下)通过固体床层，以进行反应。这里，甲烷提浓装置2采用移动床形式，固体物料为第一固体物料，气体物料为粗煤气，通过逆流接触，同样能够使第一固体物料和粗煤气充分接触，提高甲烷提浓效果。
本发明的又一实施例中，所述气体分布板区A和所述流化床反应区B之间还设有变径段C，所述变径段C从下到上内径渐扩；
所述变径段C的下部设有固体物料入口12，所述流化床反应区A通过所述变径段C下部的固体物料入口12与所述甲烷提浓装置2的固体物料出口22连通。
在本发明实施例中，通过设置变径段C，并将所述固体物料入口12设置在所述变径段C的下部，当将所述第一固体物料通过所述固体物料入口12返炉时，所述第一固体物料由底部的高速气流的流化作用下向上运动，与上部下来的煤粉充分混合并分布于所述流化床反应区A中。
本发明的一实施例中，所述流化床反应区B从下到上依次包括密相区B1和稀相区B2；
其中，所述密相区B1和稀相区B2的下部均设有煤粉入口13。
在本发明实施例中，煤可分别经稀相区B2下部的煤粉入口13和密相区B1下部的煤粉入口13通入所述流化床反应区B中，这样一来，由所述密相区B1下部的煤粉入口13通入的煤粉发生煤气化反应产生粗煤气，粗煤气携带部分飞灰进入上部稀相区B2，当所述稀相区B2有煤粉通入时，通过控制通入所述稀相区B2的煤粉的温度，充分利用高温粗煤气的热量发生热解反应得到轻质焦油、半焦和甲烷热解气，热解后的半焦进入下部密相区B1同密相床料混合，在气流的流化作用下继续发生气化反应，有利于充分利用反应热实现煤粉的热解和气化。
本发明的又一实施例中，所述密相区B1的高径比为0.5-3。在本发明实施例中，无需过高床层以及过长的气固接触时间，从而有利于对气化炉内的流场进行控制，提高气化炉内流化质量。
进一步地，所述流化床反应区B的上方还设有扩大段D，所述流化床气化炉1的粗煤气出口设置在所述扩大段D的顶部。
在本发明实施例中，随煤气化反应的进行，流化床反应区B中的粗煤气会夹带部分飞灰、碳载体进入所述上部扩大段D，气速降低，飞灰和碳载体可重新进入下部流化床反应区B中实现进一步转化，而粗煤气可经所述粗煤气出口排出。
本发明的一实施例中，参见图3，所述煤气化系统还包括：与所述排渣口11连通的灰渣煅烧装置3，以及与所述灰渣煅烧装置3的固体物料出口连通的水淬装置4；
所述灰渣煅烧装置3用于通入空气对所述第三固体物料进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，所述水淬装置4用于通入水对煅烧后的第三固体物料进行水淬，副产蒸汽的同时将所述第三固体物料中的催化剂溶解于水中。
在本发明实施例中，通过对第三固体物料进行煅烧，能够降低第三固体物料的碳含量，同时，通过对煅烧后的第三固体物料进行水淬，一方面能够利用热量，另一方面还能够在高温下使碱金属催化剂溶解于水中得以回收。
其中，需要说明的是，当所述碳载体为碱土金属的氧化物和/或氢氧化物时，碳载体通过吸收二氧化碳转化为碱土金属的碳酸盐，并跟随煤气化灰渣一同排入所述灰渣煅烧装置3中，通过对第三固体物料进行煅烧的温度进行控制(如控制在800-1000℃)，还能够使碱土金属的碳酸盐发生分解转化为碱土金属的氧化物，这样一来，在对煅烧后的第三固体物料进行水淬的过程中，由于碱土金属氧化物的存在，还能够使煤气化灰渣中的碱金属催化剂以可溶性盐的形式溶解于水中得以回收。
本发明的又一实施例中，所述甲烷提浓装置2的顶部还设有粗煤气出口24；
所述变径段C的下部还可以设置有飞灰返回口14；
所述煤气化系统还包括：与所述甲烷提浓装置2的粗煤气出口24连通的气固分离系统5，以及与所述气固分离系统5的气体出口连通的气体分离系统6；
其中，所述气固分离系统5的固体出口与所述飞灰返回口14连通，所述气体分离系统6的一氧化碳和氢气出口与所述甲烷提浓装置2的粗煤气入口21连通。
在本发明实施例中，通过气固分离系统5可将富甲烷粗煤气中携带的飞灰输送入飞灰返回口14，由于所述变径段C的下部为第一固体物料返回的高温区，飞灰返回后可提高碳转化率。同时，通过将一氧化碳和氢气返回所述甲烷提浓装置2中进行甲烷化反应，能够进一步提高甲烷收率。
这里，当将一氧化碳和氢气返回所述甲烷提浓装置2进行甲烷化反应时，由于甲烷提浓装置中主要发生甲烷化反应，而非碳水反应，不存在高浓度合成气对碳水反应产生抑制的问题。
当所述流化床气化炉1上开设有合成气返回口(图中未示出)时，所述气体分离系统5的一氧化碳和氢气出口还可以与所述合成气返回口连通，同样能够实现一氧化碳和氢气返炉进行甲烷化反应。
其中，所述气固分离系统5可以为旋风分离器。
其中，参见图5，所述气固分离系统5和所述气体分离系统6之间还可以设置有降温分离系统7，通过对除尘后的富甲烷粗煤气进行降温处理，以实现富甲烷粗煤气中水的分离。
其中，所述降温分离系统7可以为废锅或水洗塔，通过通入水作为换热介质对所述除尘后的富甲烷粗煤气进行降温的同时，还可以联产蒸汽对热量进行利用。
所述降温分离系统7还可以为蒸汽锅炉，蒸汽锅炉中的水蒸气与所述除尘后的富甲烷粗煤气进行换热，可产生过热蒸汽用作气化剂。
本发明的又一实施例中，继续参见图5，所述降温分离系统7和所述气体分离系统6之间还可以设置有气体净化系统8，所述气体净化系统8用于对降温后的气体进行脱酸、脱硫处理。
以下，本发明实施例采用如图5所示的煤气化系统，以传统催化气化工艺和本发明实施例提供的工艺为例，对本发明实施例的技术效果进行说明。实验条件和结果如下表1所示。
表1
Figure GDA0002744244770000141
由表1可知：本发明实施例通过引入甲烷提浓装置2，将煤气化反应产生的粗煤气引入甲烷提浓装置2进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，能够将所述粗煤气转化为富甲烷粗煤气，与现有技术中通过控制流化床气化炉的密相床层高度和流化气速，以提高气固接触时间，而使得气化炉内流化质量差、气体易短路以及炉内容易发生节涌相比，可通过提高流化气速来达到提高气化炉内流化质量，改善气化炉内流场，避免气化炉内结渣，提高气化炉的运行稳定性以及提高碳转化率的有益技术效果。并且，在对粗煤气进行甲烷提浓处理过程中，所述碳载体吸收二氧化碳并放出热量，通过将甲烷提浓处理所获得的第二固体物料返炉，与通入流化床反应区的煤粉混合换热，可以充分利用所述第二固体物料所携带的热量，能够为煤气化反应提供稳定的温度，促使炉内甲烷化反应的进行，能够有效提高甲烷收率，进一步地，由于碳载体的加入，能够避免碱金属催化剂与灰渣中的硅铝酸盐反应而发生失活，同时还能够通过灰渣煅烧和水淬提高水洗催化剂的回收率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种煤气化方法，其特征在于，包括：
将煤粉通入流化床气化炉的流化床反应区，在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
将煤气化反应产生的粗煤气通入甲烷提浓单元，在含催化剂的第一固体物料的存在下进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料；
将所述第二固体物料返炉，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为所述通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同排出，获得第三固体物料；
其中，所述第一固体物料包括含催化剂的灰渣和碳载体，所述碳载体为可与二氧化碳结合，促使甲烷化反应和焦油裂解反应正向进行的物质，且所述碳载体与所述二氧化碳结合为放热反应；
所述甲烷提浓单元的温度为800-1000℃来实现高温气固接触；
所述催化剂为碱金属催化剂；
所述煤气化反应的温度为700-800℃，压力为1-5MPa；
将所述第三固体物料通入空气进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，并将煅烧后的第三固体物料进行水淬，联产蒸汽的同时使所述煅烧后的第三固体物料中的碱金属催化剂溶解于水中得以回收;
所述粗煤气与所述第一固体物料的接触时间为40-120s，单位时间内所述粗煤气与所接触的所述第一固体物料的质量比为0.5-2;
将富甲烷粗煤气进行净化分离处理，并将净化分离所获得的飞灰返回所述流化床气化炉或所述甲烷提浓单元继续进行气化反应，将净化分离所获得的一氧化碳和氢气返回所述流化床反应区或所述甲烷提浓单元进行甲烷化反应。
2.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，
所述碳载体选自碱土金属的氧化物和/或氢氧化物。
3.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，
所述气化剂为450-600℃的过热蒸汽。
4.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，
所述第二固体物料的温度为800-1000℃。
5.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，
所述流化床反应区中的固相停留时间为1-1.5h。
6.一种煤气化系统，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的煤气化方法，所述煤气化系统包括：
流化床气化炉和甲烷提浓装置；
其中，所述流化床气化炉包括气体分布板区以及设置在所述气体分布板区上方的流化床反应区，所述流化床气化炉的底部设有与所述流化床反应区连通的排渣口，所述气体分布板区用于向所述流化床反应区通入气化剂，所述流化床反应区用于通入煤粉，使煤粉在气化剂的流化作用下发生煤气化反应；
所述甲烷提浓装置的底部设有粗煤气入口，所述粗煤气入口的上方为甲烷提浓反应区，所述甲烷提浓装置的底部还设有与所述甲烷提浓反应区连通的固体物料出口，所述甲烷提浓装置对应所述甲烷提浓反应区的侧壁上设有固体物料进口，所述流化床气化炉的粗煤气出口与所述粗煤气入口连通，所述固体物料出口与所述流化床反应区连通；
所述固体物料进口用于通入含催化剂的第一固体物料，对通入所述甲烷提浓反应区的粗煤气进行甲烷提浓处理，使得所述粗煤气发生甲烷化反应和焦油裂解反应，获得富甲烷粗煤气和第二固体物料，所述第二固体物料经所述固体物料出口通入所述流化床反应区中，与通入流化床反应区中的煤粉混合换热，为通入流化床反应区中的煤粉进行煤气化反应提供热量，并与所述煤气化反应产生的灰渣一同经所述排渣口排出，获得第三固体物料；
所述甲烷提浓单元的温度为800-1000℃来实现高温气固接触；
所述催化剂为碱金属催化剂。
7.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，
所述甲烷提浓装置采用低速流化床形式或移动床形式。
8.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，
所述气体分布板区和所述流化床反应区之间还设有变径段，所述变径段从下到上内径渐扩；
所述变径段的下部设有固体物料入口，所述流化床反应区通过所述变径段下部的固体物料入口与所述甲烷提浓装置的固体物料出口连通。
9.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，
所述流化床反应区从下到上依次包括密相区和稀相区；
其中，所述密相区和稀相区的下部均设有煤粉入口。
10.根据权利要求9所述的煤气化系统，其特征在于，
所述密相区的高径比为0.5-3。
11.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，
所述煤气化系统还包括：与所述排渣口连通的灰渣煅烧装置，以及与所述灰渣煅烧装置的固体物料连通的水淬装置；
所述灰渣煅烧装置用于通入空气对所述第三固体物料进行煅烧，以降低所述第三固体物料中的碳含量，所述水淬装置用于通入水对煅烧后的第三固体物料进行水淬，副产蒸汽的同时将所述第三固体物料中的催化剂溶解于水中。
12.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，
所述甲烷提浓装置的顶部还设有粗煤气出口；
所述煤气化系统还包括：与所述甲烷提浓装置的粗煤气出口连通的气固分离系统，以及与所述气固分离系统的气体出口连通的气体分离系统；
其中，所述气固分离系统的固体出口与所述流化床气化炉连通，所述气体分离系统的一氧化碳和氢气出口与所述甲烷提浓装置的粗煤气入口连通。
CN201810018767.5A 2018-01-09 2018-01-09 一种煤气化方法及系统 Active CN108219851B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810018767.5A CN108219851B (zh) 2018-01-09 2018-01-09 一种煤气化方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810018767.5A CN108219851B (zh) 2018-01-09 2018-01-09 一种煤气化方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108219851A CN108219851A (zh) 2018-06-29
CN108219851B true CN108219851B (zh) 2021-01-05

Family

ID=62641496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810018767.5A Active CN108219851B (zh) 2018-01-09 2018-01-09 一种煤气化方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108219851B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108946661B (zh) * 2018-07-04 2020-07-24 新奥科技发展有限公司 一种生物质气化制备氢气的方法及系统
CN110628477B (zh) * 2019-09-20 2023-11-21 成都聚实节能科技有限公司 加压移动床多层加氢煤制天然气联产燃油、芳烃方法
CN112391204B (zh) * 2020-11-24 2022-03-04 新奥科技发展有限公司 煤无氧催化气化方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045524A (zh) * 2007-05-04 2007-10-03 大连理工大学 固体燃料催化气化制富氢气体的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3268510D1 (en) * 1981-06-05 1986-02-27 Exxon Research Engineering Co An integrated catalytic coal devolatilisation and steam gasification process
CN102021038B (zh) * 2009-09-14 2012-10-10 新奥科技发展有限公司 一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉
CN204779501U (zh) * 2015-07-01 2015-11-18 新奥科技发展有限公司 煤与生物质共气化制备富甲烷气的系统
CN106590761B (zh) * 2015-10-19 2021-05-11 中国石油化工股份有限公司 煤催化气化制富甲烷合成气的流化床反应装置及反应方法
CN107159180A (zh) * 2017-06-01 2017-09-15 新奥科技发展有限公司 一种催化剂回收工艺
CN107163989A (zh) * 2017-06-14 2017-09-15 大连理工大学 一种中高温含焦油/烃类原料气甲烷化方法
CN107177384B (zh) * 2017-07-11 2020-06-19 新奥科技发展有限公司 一种催化气化装置、系统及方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045524A (zh) * 2007-05-04 2007-10-03 大连理工大学 固体燃料催化气化制富氢气体的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108219851A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106220461B (zh) 一种基于煤化学链气化直接制备甲烷的装置及方法
CN102021037B (zh) 一种由煤催化气化制甲烷的方法和装置
EP1900793B1 (en) Method of solid fuel gasification including gas purification
EP3566770B1 (en) A process for catalytic gasification of carbonaceous feedstock
CN108219851B (zh) 一种煤气化方法及系统
US20070000177A1 (en) Mild catalytic steam gasification process
CN106590761B (zh) 煤催化气化制富甲烷合成气的流化床反应装置及反应方法
CN102465047A (zh) 一种由煤催化气化制甲烷的方法
WO2004037717A1 (en) Production of synthesis gas and synthesis gas derived products
KR20110084772A (ko) 이산화탄소 발생량을 저감하는 용철 제조 장치
CN108946661B (zh) 一种生物质气化制备氢气的方法及系统
CN102585947A (zh) 一种由煤制备含甲烷的气体的方法及设备
CN114275736A (zh) 一种以赤泥为载氧体的化学链法co2分级再生工艺及系统
CN108179032A (zh) 一种流化床气化炉、煤气化系统及方法
CN105273764A (zh) 煤气化装置及气化方法
CN109401794A (zh) 分级转化组合流化床反应装置及反应方法
JP5646966B2 (ja) 水素を主成分とするガスの製造方法及び製造装置
CN107760379A (zh) 流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法
CN109401788A (zh) 催化气化耦合热解的组合流化床反应装置及反应方法
CN104651005B (zh) 一种褐煤催化直接制甲烷的装置和方法
CN109401792A (zh) 催化气化组合流化床反应装置及反应方法
EP4361233A1 (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus of syngas, and manufacturing method of liquid hydrocarbon using the same
CN109652152A (zh) 煤催化气化制甲烷的装置及方法
US20240301307A1 (en) Manufacturing Method and Manufacturing Apparatus of Syngas, and Manufacturing Method of Liquid Hydrocarbon Using the Same
CN108946659B (zh) 一种石油焦气化制备氢气的系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant