CN109401787A - 一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法。本方法以CoO作为载氧体，利用载氧体可循环利用的特点，用化学链的方法制取氧气，与水煤浆反应生成化工行业中重要的原料‑合成气。与传统深冷空分制氧的方法相比，该方法制氧的能耗较低，减少了设备投资与运输费用，避免了从深冷低温到1200℃以上高温的热量浪费，同时载氧体可循环利用，保证系统的连续运行。
Description
【技术领域】
本发明属于煤气化制合成气领域，具体涉及一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法。
【背景技术】
煤制合成气是指以煤为原料，以氧气、水蒸汽为气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤中的可燃部分转化为气体的过程。煤合成气以氢气、一氧化碳为主要组分，可用作工业燃料气、民用煤气和化工原料气，同时也是许多能源高新技术的基础和重要环节，对我国社会经济发展具有重要意义。
化学链技术的基本原理是将燃料与空气的直接接触反应分解为两个反应，利用载氧体将空气中的氧传递到燃料中实现反应的进行，具有一种新兴的能源利用方法。目前已经实现了载氧体的选择、测试与开发以及中小型试验，正在进行工业化放大的尝试。目前，煤制合成气过程中所需的氧气主要来源于空分技术，该方法的耗能大，需要极低的温度，对设备的操作条件苛刻。化学链技术能够满足煤制合成气中的氧气需求，反应温度与煤制合成气的温度相近，符合工业节能的要求。
专利(CN201710422550.6)涉及一种耦合化学链制氧的煤气化系统，通过建立一套化学链制氧的子系统，加快煤的气化反应速率，实现煤的清洁燃烧和高效利用。但是该方法制取的氧气纯度不高，煤炭燃烧的效益较低。
专利(CN201510532470.7)涉及一种利用中低温余热制备氧气的方法，采用钙钛矿氧化物作为载体，耦合化学链制氧与中低温余热回收技术，实现利用中低温余热制氧的过程。但是该方法的能源利用率低，氧气产量小。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法。
[技术方案]
本发明针对目前煤制合成气过程中使用深冷空分技术提供氧气的方法存在的问题，即能耗高，需要极低的操作温度，需要苛刻的设备条件等，提出了一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，利用新型的化学链方法制氧，能够减少过程的能耗，降低设备的投资。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，实现该方法的装置包括：氧化反应器R1、分离器FS1、还原反应器R2、分离器FS2、冷凝器C1、混合器M、磨煤机CRU、筛筒SCR、裂解室R3、燃烧室R4；氧化反应器R1出口与分离器FS1进口相连接，分离器FS1固体出口与还原反应器R2进口相连接，还原反应器R2固体出口经分离器FS2、冷凝器C1与氧化反应器R1入口相连接，还原反应器R2气体出口与燃烧室R4相连接，混合器M出口与磨煤机CRU入口相连接，磨煤机CRU出口与筛筒SCR入口相连接，筛筒SCR出口与裂解室R3入口相连接，筛筒SCR循环出口与混合器M入口相连接，裂解室R3出口与燃烧室R4相连接；
一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，包括以下步骤：
(1)载氧体与空气输入氧化反应器R1，得到的负氧载氧体经分离器FS1与还原反应器R2入口相连，处理后的空气经分离器FS1出口排空，载氧体经分离器FS2和冷凝器C1与氧化反应器R1入口连接；
(2)煤与水经混合器M、磨煤机CRU与筛筒入口连接，研磨不充分的水煤浆经筛筒出口与混合器M入口连接，水煤浆经筛筒与裂解室R3相连接；
(3)氧气经分离器FS2与燃烧室入口连接，水煤浆经裂解室R3与燃烧室入口相连接，R3燃烧室出口得到煤合成气；
氧化反应器R1反应温度797℃，操作压力20bar，空气进料温度20℃；还原反应器R2反应温度1200℃，操作压力20bar；冷凝器冷凝温度797℃；裂解室R3反应温度500℃，操作压力42.35bar，水煤浆进料温度20℃；燃烧室R4反应温度1300-1400℃，操作压力42.35bar；
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所用载氧体为CoO，用量为11500kg/h；
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述水煤浆用量为1470.59kg/h，其中煤用量为999.99kg/h，水用量为470.6kg/h；
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：还原反应器R2产生氧气的量为818.49kg/h，纯度高于99.99％；
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：合成气产生量为2144.24kg/h，其中主要的产品的量(摩尔分数)：CO为41.5％-42.2％，CO2为10.0％-10.6％，H2O为20.0％-20.6％，H2为26.7％-27.3％，H2S为0.3％，其他气体0.2％-0.3％。
本发明的一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法具体描述如下：
载氧体CoO与空气进入氧化反应器R1通过氧化反应得到Co3O4与贫氧空气，经分离器FS1将得到的Co3O4进入还原反应器R2得到高纯度氧气和CoO，经分离器FS2分离后，CoO经冷凝器C1降温后回到氧化反应器R1中，高纯度氧气进入燃烧室R4；原料煤和水经混合器M混合后，经磨煤机CRU、筛筒SCR后得到研磨充分的水煤浆进入裂解室R3，研磨不充分的煤从筛筒进入混合器M重新进行处理；经裂解室R3反应后的产品进入燃烧室R4，与来自化学链单元的高纯度氧气反应得到产品煤合成气。
【有益效果】
本发明与现有技术相比，主要有以下有益效果：
(1)采用本发明能够实现99.99％以上的高纯度氧气生产，为煤气化制合成气过程提供高纯度氧气。
(2)本发明相比传统的空气分离技术结合煤制合成气过程，能够降低工艺的能耗，较少设备的投资，降低生产成本。
(3)本发明产生的煤合成气中的CO和H2的含量高，具有较好的碳氢比，可用于后续产品的制备。
【附图说明】
图1是本发明的流程示意图，其中：
R1-氧化反应器；FS1-分离器；R2-还原反应器；FS2-分离器；C1-冷凝器；M-混合器；CRU-磨煤机；SCR-筛筒；R3-裂解室；R4-燃烧室；数字代表各管路物流。
【具体实施方式】
以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。
实施例1：
进料中空气组分为氮气78％，氧气21％，其他气体1％(摩尔百分比)，进料流量为3550kg/h。氧化反应器R1的反应温度为797℃，操作压力为20bar；还原反应器R2的反应温度为1200℃，操作压力为20bar；冷凝器的冷却温度为797℃；裂解室R3的操作温度为500℃，操作压力为42.35bar；燃烧室R4的操作温度1300℃，操作压力为42.35bar，得到的煤合成气产品量为2144.24kg/h，其中含CO 41.5％，CO2 10.6％，H2O 20.0％，H2 27.3％，H2S 0.3％，其他组成0.3％(摩尔分数)。
实施例2：
进料中空气组分为氮气78％，氧气21％，其他气体1％(摩尔百分比)，进料流量为3550kg/h。氧化反应器R1的反应温度为797℃，操作压力为20bar；还原反应器R2的反应温度为1200℃，操作压力为20bar；冷凝器的冷却温度为797℃；裂解室R3的操作温度为500℃，操作压力为42.35bar；燃烧室R4的操作温度1350℃，操作压力为42.35bar，得到的煤合成气产品量为2144.24kg/h，其中含CO 41.9％，CO2 10.3％，H2O 20.3％，H2 27.0％，H2S 0.3％，其他气体0.2％(摩尔分数)。
实施例3：
进料中空气组分为氮气78％，氧气21％，其他气体1％(摩尔百分比)，进料流量为3550kg/h。氧化反应器R1的反应温度为797℃，操作压力为20bar；还原反应器R2的反应温度为1200℃，操作压力为20bar；冷凝器的冷却温度为797℃；裂解室R3的操作温度为500℃，操作压力为42.35bar；燃烧室R4的操作温度1400℃，操作压力为42.35bar，得到的煤合成气产品量为2144.24kg/h，其中含CO 42.2％，CO2 10.0％，H2O 20.6％，H2 26.7％，H2S 0.3％，其他气体0.2％(摩尔分数)。
Claims (5)
1.一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，实现该方法的装置包括：氧化反应器R1、分离器FS1、还原反应器R2、分离器FS2、冷凝器C1、混合器M、磨煤机CRU、筛筒SCR、裂解室R3、燃烧室R4；氧化反应器R1出口与分离器FS1进口相连接，分离器FS1固体出口与还原反应器R2进口相连接，还原反应器R2固体出口经分离器FS2、冷凝器C1与氧化反应器R1入口相连接，还原反应器R2气体出口与燃烧室R4相连接，混合器M出口与磨煤机CRU入口相连接，磨煤机CRU出口与筛筒SCR入口相连接，筛筒SCR出口与裂解室R3入口相连接，筛筒SCR循环出口与混合器M入口相连接，裂解室R3出口与燃烧室R4相连接；
一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，包括以下步骤：
(1)载氧体与空气输入氧化反应器R1，得到的负氧载氧体经分离器FS1与还原反应器R2入口相连，处理后的空气经分离器FS1出口排空，载氧体经分离器FS2和冷凝器C1与氧化反应器R1入口连接；
(2)煤与水经混合器M、磨煤机CRU与筛筒入口连接，研磨不充分的水煤浆经筛筒出口与混合器M入口连接，水煤浆经筛筒与裂解室R3相连接；
(3)氧气经分离器FS2与燃烧室入口连接，水煤浆经裂解室R3与燃烧室入口相连接，R3燃烧室出口得到煤合成气；
氧化反应器R1反应温度797℃，操作压力20bar，空气进料温度20℃；还原反应器R2反应温度1200℃，操作压力20bar；冷凝器冷凝温度797℃；裂解室R3反应温度500℃，操作压力42.35bar，水煤浆进料温度20℃；燃烧室R4反应温度1300-1400℃，操作压力42.35bar。
2.根据权利要求1所述的一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，其特征在于：所用载氧体为CoO，用量为11500kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，其特征在于：所述水煤浆用量为1470.59kg/h，其中煤用量为999.99kg/h，水用量为470.6kg/h。
4.根据权利要求1所述的一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，其特征在于：还原反应器R2产生氧气的量为818.49kg/h，纯度高于99.99％。
5.根据权利要求1所述的一种耦合化学链制氧的煤合成气制备方法，其特征在于：合成气产生量为2144.24kg/h，其中主要的产品的量(摩尔分数)：CO为41.5％-42.2％，CO2为10.0％-10.6％，H2O为20.0％-20.6％，H2为26.7％-27.3％，H2S为0.3％，其他气体0.2％-0.3％。
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| CN109401787B (zh) | 2021-04-23 |
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