CN109761194A - 一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，低阶煤经烘干工艺处理得到烘干后的低阶煤；烘干后的低阶煤在无氧或微氧条件下气化还原得到油气混合物，油气混合物经净化工艺处理得到包含CO、H₂和烃类的混合气体；混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H₂的合成气；合成气经分离工艺处理分别得到H₂和CO。本发明在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤在气化还原，获取低阶煤中的挥发分并将挥发分中的烃类重整转化成CO和H₂，再利用分离工艺分别制备高纯度的CO和H₂，最大限度的将低阶煤中的挥发分中以CO和H₂的形式保留下来，提高了低阶煤的利用率。

Description

一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法

技术领域

本发明涉及煤物质清洁利用技术领域，尤其涉及一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法。

背景技术

在我国已探明的煤炭储量中一半以上为低阶煤，其中蕴藏的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。低阶煤主要具有高水分、高挥发性的物质特性，在燃烧时火焰较长且有烟，煤化程度较低，典型煤种为褐煤和长焰煤。我国富煤少油缺气，如何高效利用低阶煤成为当今清洁煤技术的重大课题。然而无论是燃烧发电，还是现代煤化工利用，都因为其高水、高灰和低热值的三大特性使其综合利用的效率极低。

目前低阶煤的利用方式主要是直接燃烧或气化。其中直接燃烧发电是其最常见的利用方式之一，据不完全统计，我国有90％以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。低阶煤直接燃烧不仅浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源，效率低，而且污染环境，容易造成SOx和NOx等温室气体的大量产生，造成了酸雨等恶劣天气环境。

现代煤化工技术以煤气化为技术龙头，通过气化得到化工合成所需的宝贵原料CO、CH₄和H₂等，但是煤气化技术发展至今，尚未形成成熟大规模商业化低阶煤气化技术。现有技术中将低阶煤气化，通常是将低阶煤热解后得到粗制煤气，一般热解是在有大量氧气(或空气)的条件下进行的，热解时一部分煤将于氧气反应用于供热并且产生了大量的CO₂，由于CO₂不能燃烧，属于无效气体，并且因为有氧燃烧，粗制煤气中含氮量过高，降低了粗制煤气的能量密度，不能作为化工合成的一级原料，除了回炉燃烧外，热解产出混合气体未有其它经济价值，粗煤气的附加值小，粗放的燃烧利用的方式，降低了煤炭的利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤气化还原制备成混合气体，将混合气体重整转化后并将CO和H₂分别分离提纯开来，最大限度的将低阶煤中的挥发分中以CO和H₂的形式保留下来，提高了低阶煤的利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，低阶煤经烘干工艺处理得到烘干后的低阶煤；所述烘干后的低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺处理得到包含CO、H₂和烃类的混合气体，

所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺；

所述混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H₂的合成气；

所述合成气经分离工艺处理分别得到H₂和CO。

烘干工艺将低阶煤中大部分的水分去除，得到烘干后的低阶煤和废气，烘干后的低阶煤进入气化还原工艺发生反应得到高温的油气混合物和带有一定温度的提质煤。气化还原工艺采用的无氧或微氧环境氧的来源主要分以下几种情况：(1)、原料低阶煤内部的空隙，物料与物料之间的空隙夹带的空气；(2)从气化还原工艺的进料口、出料口等泄露混入的少量空气；(3)、在爆炸极限值以下，气化还原工艺内可以稍微通入占煤炭质量百分比5％的O₂或者(空气)，进一步优选通入占煤炭质量百分比3％的O₂或者(空气)，有利于提高气化还原反应的温度、防止结焦等，而且同时保证了整个气化还原工艺反应的安全稳定性。优选烘干后的低阶煤在无氧环境进行气化还原反应，避免了烘干后的低阶煤在进入气化还原工艺反应过程中烘干后的低阶煤与氧气发生燃烧反应，生成大量不能燃烧的CO₂，从而保证得到的高温的油气混合物中CO₂等的体积百分较小，有利于后续制备高能量密度的合成气，而且工艺步骤少，简单易操作，以使得反应能够安全进行。高温的油气混合物中含有CO、H₂、CO₂、烃类、灰尘、煤焦油和含硫化合物等，通过净化工艺除去灰尘、煤焦油和含硫化合物等杂质气体，从而得到净化后的混合气体。混合气体经重整转化工艺处理使得部分烃类转化成CO和H₂，得到的合成气中的CO和H₂的体积百分比增大，有利于后续分离提成更多的CO和H₂。但重整转化只能将一部分烃类转化，剩余的烃类主要为CH₄，因此重整转化工艺制备的合成气中主要包含CO和H₂。对混合气体进行分离一般采用变压吸附法或者低温法(或深冷法)、膜分离法。CO沸点是-19O℃，H₂的液化温度在-253℃，采用变压吸附法通常很难将二者分离开来，但在加压降温液化使得温度降低到CO的沸点以下，CO液化而H₂仍为气态，因此本发明优选采用深冷法，获取高高纯度H和高纯度的CO，两种气体的纯度高达99％以上。

优选的，所述净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。高温的油气混合物中含有大量的灰尘、煤焦油、水蒸气、含硫化合物等；先利用除尘工艺除尘，防止在除尘过程中油气混合物的温度降低，煤焦油和水蒸气等冷凝成液态并粘附大量灰尘造成后续工艺管道堵塞，造成除尘效果下降；再利用脱焦油工艺除掉大量的焦油和水蒸气，防止焦油冷却附着在工艺管道中堵塞管道，积碳等问题；最后再将脱焦油工艺处理后的剩余的气体通过脱硫工艺除掉含硫化合物，防止含硫化合物造成后续工艺中的催化剂中毒，采用以上工艺可除掉杂质气体和固体，以便得到包含CO、H₂和烃类的混合气体，混合气体杂质少，便于后续工艺处理，保证了后续设备的稳定性。

优选的，所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，所述水蒸汽的温度为105-250℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过7wt％，所述烘干工艺的出口物料温度为50-150℃。若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大。烘干工艺的烘干介质可为烟气或者水蒸气，烘干可分为直接烘干和间接烘干。当利用烟气作为烘干介质时，虽然烟气与低阶煤直接接触的烘干的效率是最高的，但是采用烟气进行烘干时要严格控制烘干工艺环境中氧气的体积百分比在爆炸极限以下，以防止爆燃，烟气间接烘干的效率也并不理想，因此为了生产安全和烘干效率，优选水蒸气烘干。水蒸气直接烘干容易有可能导致水蒸气与低阶煤反应消耗资源，因此采用水蒸气间接烘干低阶煤的烘干方式，以防止水蒸气中的水分进入低阶煤中。另外，烘干过程中如果水蒸气压力过大，水蒸气带来的温度过高容易导致在烘干过程中，低阶煤中部分挥发分会逃逸出来，一方面挥发分的逸出会带来安全隐患，另一方面会影响后续气化还原工艺的产气量，因此烘干过程中烘干蒸汽压力不易过大，以保证既能保证烘干效果，又可以保证低阶煤中的挥发分不被气化。

优选的，所述气化还原工艺的反应温度为350-800℃。在此温度下，烘干后的低阶煤中的挥发分从低阶煤中逸出，从而得到高温的油气混合物，气化还原反应后剩余的固体残渣即为提质煤，提质煤中的挥发分含量为8-15wt％。进一步优选的，所述气化还原反应的温度为400-750℃。

优选的，所述气化还原工艺包括一级气化还原工艺和二级气化还原工艺，所述烘干后的低阶煤依次通过所述一级气化还原工艺和二级气化还原工艺处理得到油气混合物。气化还原工艺可以为一级，也可以为多级。当采用一级气化还原工艺时，主要是为了得到大部分高温的油气混合物，温度的高低直接影响后续产气量、提质煤的产量和一级提质煤的温度；当采用多级气化还原工艺时，多级气化还原工艺主要作用是把上一级气化还原工艺内的无法气化的固体物质(包括气化后的粉煤，固体杂质等)，一定量的、无法在一定停留时间内气化的、类似沥青等高沸点油状物继续气化和停留时间短来不及析出或者温度达不到酚类化合物、芳香烃化合物等的缩聚反应条件，继续反应气化，有利于提高气体产量和提质煤的品质。

优选的，所述烘干工艺和气化还原工艺之间还设有气化进料工艺，所述低阶煤依次通过所述烘干工艺、气化进料工艺和气化还原工艺处理得到油气混合物。烘干后的低阶煤经气化进料工艺处理分散为均匀颗粒后再进入气化还原工艺，采用这样的工艺可以增大烘干后的低阶煤受热面积，有利于加快气化还原反应。

优选的，所述混合气体经部分烃类重整转化工艺为将混合气体中的各组分气体不经分离直接通过部分烃类重整转化为CO和H₂的烃类重整转化工艺。因为重整转化的目的只是为了将烃类转化生成CO和H₂，而混合气体中自身已含有一部分CO和H₂，因此无需将烃类从混合气体中分离出来再进行烃类的重整转化，采用这样的操作节省了工艺步骤，经济效益高。

优选的，所述重整转化工艺包括部分催化氧化、蒸汽催化重整转化和非催化重整转化中一种或几种。部分催化氧化、蒸汽催化重整转化均需要催化剂，重整转化工艺的催化剂多为负载型催化剂，活性组分主要是Ni、Co、Fe、Cu等非金属和Rh、Ru、Pt等贵金属。重整转化一般需要供热，可以采用直接供热或者间接供热的方式。重整转化气中CO和H₂的来源为两个部分，一部分为混合气体中部分烃类通过催化转化得到的CO和H₂，另一部分为混合气体中的原有H₂和CO。

部分催化氧化是采用氧气与一部分烃类燃烧直接供热，在催化剂的作用下的，混合气体中的部分烃类与水蒸气反应生成CO和H₂；蒸汽催化重整转化时采用外界供热，在催化剂的作用下使得混合气中的部分烃类与水蒸气反应生成CO和H₂；两种方法的主要反应机理为：

(1)CmHn+mH₂O＝mCO+1/2(n+2m)H₂主反应，吸热反应

(2)CO+H₂O＝CO₂+H₂副反应，吸热反应

非催化重整转化重整不需要催化剂，主要反应机理为：CH₄+1/2O₂→CO+2H₂，除甲烷外其他烃类与甲烷与O₂的反应机理类似。

优选的，所述分离工艺为深冷法。

基于以上技术方案，本发明在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤在气化还原，获取低阶煤中的挥发分并将挥发分中的烃类重整转化成CO和H₂，提高了CO和H₂能量密度，再利用分离工艺分别制备高纯度的CO和H₂，最大限度的将低阶煤中的挥发分中以CO和H₂的形式保留下来，这两种气体的纯度高，可作为高价值的化工合成原料，大大提高了低阶煤的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

如图1所示，本发明公布了一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，低阶煤经烘干工艺处理得到烘干后的低阶煤；所述烘干后的低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺处理得到包含CO、H₂和烃类的混合气体，

所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺；

所述合成气经分离工艺处理分别得到H₂和CO。

本发明的原料低阶煤可以是粉煤也可以是块煤，当低阶煤采用块煤时，对过大块煤可以通过破碎、筛分处理以获得粒度较小的粉煤。优选采用粉煤作为原料，一方面是因为粉煤无需再经破碎、筛分处理，节省工艺步骤，烘干时受热面积大，烘干效率高，另一方面是粉煤相对块煤价格低廉。优选采用粒度小于20mm的粉煤，再进一步优选采用粒度小于6mm的粉煤。

低阶煤中挥发分含量一般为20％-55％，焦油的含量为3％-15％左右，固定碳的含量为30％-60％、水的含量为10％-40％，剩余为灰尘等其他杂质。低阶煤的煤化程度低，但蕴藏丰富的油气资源，低阶煤中富含的挥发分对提取合成气非常有利，因此优选挥发分在30％-55％之间的低阶煤。

若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大，因此，本发明的技术方案首选对低阶煤通过烘干工艺进行处理。烘干工艺的烘干介质可为烟气或者水蒸气，烘干可分为直接烘干和间接烘干。当利用烟气作为烘干介质时，虽然烟气与低阶煤直接接触的烘干的效率是最高的，但是采用烟气进行烘干时要严格控制烘干工艺环境中氧气的体积百分比在爆炸极限以下，以防止爆燃，烟气间接烘干的效率也并不理想，因此为了生产安全和烘干效率，优选水蒸气烘干。水蒸气直接烘干容易有可能导致水蒸气与低阶煤反应消耗资源，因此采用水蒸气间接烘干低阶煤的烘干方式，以防止水蒸气中的水分进入低阶煤中。另外，烘干过程中如果水蒸气压力过大，水蒸气带来的温度过高容易导致在烘干过程中，低阶煤中部分挥发分会逃逸出来，一方面挥发分的逸出会带来安全隐患，另一方面会影响后续气化还原工艺的产气量，因此烘干过程中烘干蒸汽压力不易过大，以保证既能保证烘干效果，又可以保证低阶煤中的挥发分不被气化。因此，优选的，烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，水蒸汽的温度为105-250℃，在此工艺条件下可以最大化的降低低阶煤中的含水率，甚至可以使得从烘干工艺的出料口排出的低阶煤中的含水量降低至7wt％以下,烘干工艺的出口物料温度为50-150℃；再进一步优选，当水蒸气的压力为0.6-1.2Mpa，水蒸气的温度为120-200℃时，烘干后低阶煤的含水率将降低至6wt％以下，烘干工艺的出口物料温度为80℃-130℃。

本发明的烘干工艺可以为一级，也可以为多级，因为如果一级烘干工艺后低阶煤的含水率仍然达不到工艺的要求，可以采用二级烘干、三级烘干工艺等多级烘干继续进一步干燥，直到烘干后低阶煤的含水率符合工艺条件为止。另外，多级烘干工艺可以串联设置也可以并联设置，采用多级烘干工艺串联时可以加强干燥效果，并联时可以增大烘干工艺的处理量，因此根据实际生产工艺的需求，对多级烘干工艺是串联还是并联或者串联并联同时的设计，可以根据实际情况进行调整，只要能达到相同的技术效果即可，具体的，比如，当烘干工艺的进料量以20-30t/h的低阶煤计，可采用一级蒸汽烘干工艺；当烘干工艺的进料量以50-70t/h的低阶计，可采用二级蒸汽烘干工艺，这样更经济合理些。

通过烘干工艺烘干后的低阶煤进入气化还原工艺进行反应，在烘干后的低阶煤进入气化还原工艺前还可以增设气化进料工艺，以便将烘干后的低阶煤快速进入气化还原工艺，增大物料的表面积，有利于加快气化还原反应。

其中，气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺。烘干后的低阶煤经输送至气化还原工艺，在烟气等加热介质的加热下，反应过程中无需加入添加剂等其他物质，温度一般为350℃-800℃，压力≤30Kpa下发生复杂化学反应的过程，得到固态的碳和高温的油气混合物，其中，固态的碳即为带有一定温度的提质煤提，提质煤的温度为350℃-800℃，提质煤中的挥发分8-15wt％。高温的油气混合物为包含CO、H₂、CO₂、烃类、煤焦油、灰尘和含硫化合物等的多杂质气体。

其中，气化还原工艺采用的无氧或微氧环境中氧的来源主要分以下几种情况：(1)、原料低阶煤内部的空隙，物料与物料之间的空隙夹带的空气，这部分的空气中的O₂在气化还原工艺中高温的环境下立即与煤反应生成CO₂或CO；(2)从气化还原工艺的进料口、出料口等泄露混入的少量空气，这部分空气的氧气，这部分微量的O₂在气化还原工艺中高温的环境下立即与煤反应生成CO₂或CO；(3)、在爆炸极限值以下，气化还原工艺内可以稍微通入占煤炭质量百分比5％的O₂或者(空气)，这种操作具有以下优点：①可提高气化还原工艺内的温度和能量利用率；②提高了炭的转化率；③防止煤结焦；④少量O₂与低阶煤不完全燃烧产生了更多的CO，为后续带来了更多的合成气。由于气化还原工艺内部温度较高，通入的少量O₂瞬间会发生氧化反应(包括燃烧反应)，很多可燃物的燃点都在气化还原反应的反应温度以下。因CO与空气混物爆炸限12％～74.2％；H₂爆炸值为4％-75％，O₂占空气比例为21％。折算后纯氧的爆炸极限上值为6％左右。通过理论测算，100kg的煤会产生约80Nm³的CO和H₂。所以，通入占煤炭质量百分比5％的O₂是安全的；再进一步优选，通入占煤炭质量百分比3％的O₂，以确保整个气化还原工艺反应的安全稳定性。但是，当气化还原反应的温度满足工艺要求时，也可以不通入氧气，优选烘干后的低阶煤在无氧环境进行气化还原反应，以使得反应能够安全进行。

其中，气化还原工艺可以为一级，也可以为多级。当采用一级气化还原工艺时，主要是为了得到大部分高温的油气混合物，温度的高低直接影响后续产气量、提质煤的产量和一级提质煤的温度，气化还原工艺的反应温度为350℃-800℃，提质煤中的挥发分含量为8-15wt％，进一步优选，气化还原工艺的反应温度为400-750℃；再进一步优选450-700℃。当采用多级气化还原工艺时，多级气化还原工艺主要作用是把上一级气化还原工艺内的无法气化的固体物质(包括气化后的粉煤，固体杂质等)，一定量的、无法在一定停留时间内气化的、类似沥青等高沸点油状物继续气化和停留时间短来不及析出或者温度达不到酚类化合物、芳香烃化合物等的缩聚反应条件，继续反应气化，有利于提高气体产量和提质煤的品质。

除了保证气化还原工艺的温度合理之外，同时也得保证气化还原工艺内一定的停留时间，停留时间太短，挥发分还未完全逸出气化，影响气体产量的同时，更多的影响提质煤的质量；停留时间太长，虽然产品得到了保证，但产量跟不上，所以保持一个合理的气化还原反应停留时间对产品产量和质量的至关重要。由于原料低阶煤的品种不同，一般气化还原工艺内物料的停留时间为30min-4h。

本发明中优选采用两级气化还原工艺，烘干工艺烘干后的物料先进入一级气化还原工艺再进入二级气化还原工艺，烘干后的低阶煤先进入一级气化还原工艺得到一级气体和一级固体，一级固体再进入二级气化还原工艺继续气化得到二级气体和二级固体，二级固体即为提质煤；一级气化还原工艺的进料温度为80℃-120℃，出气温度为180℃-550℃，反应温度为450℃-650℃，出料温度为350℃-600℃；二级气化还原工艺的进料温度为350℃-600℃，出料温度为450℃-750℃，反应温度为550℃-800℃，出气温度为450℃-700℃。当采用两级气化还原工艺时，主要是为了使大部分挥发分完全气化掉，既能得到大量的气体又能得到挥发分更低的提质煤，其中提质煤中的挥发分含量为3-8wt％。

从气化还原工艺得到的高温的油气混合物进入净化工艺以除掉固体灰尘、焦油和含硫化合物等以即可得到混合气体。

净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。油气混合物依次经除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺处理得到包含CO、H₂和烃类的混合气体。高温的油气混合物中含有大量的灰尘、煤焦油、水蒸气、含硫化合物等；先利用除尘工艺除尘，例如采用除尘器除尘，防止在除尘过程中油气混合物的温度降低，煤焦油和水蒸气等冷凝成液态并粘附大量灰尘造成后续工艺管道堵塞，造成除尘效果下降。再利用脱焦油工艺除掉大量的焦油和水蒸气，防止焦油冷却附着在工艺管道中堵塞管道，积碳等问题。脱焦油工艺可采用喷淋塔，也可以采用其他装置，只要能达到冷却除焦油的目的即可。最后再将脱焦油工艺处理后的剩余的气体通过脱硫工艺使得硫化物的含量降低到10ppm以下，防止含硫化合物造成后续重整转化工艺中的催化剂中毒，例如干法脱硫等，只要能达到脱硫的效果即可。采用以上工艺可除掉杂质气体和固体，以便得到净化后的混合气体，混合气体杂质少，便于后续工艺处理，保证了后续设备的稳定性。

为了进一步优化工艺，还可以在脱硫工艺后增设电捕焦工艺用来捕获少量焦油，以进一步减少气体中焦油的量；如果油气混合物中含不饱和烃的体积分数过高，还可以在脱硫工艺后增设加氢工艺将其转化为饱和烃，防止不饱和烃脱碳而引起积碳等问题；还可以在脱硫工艺后增设脱硝工艺或脱氯工艺以实现进一步净化。

本发明中优选采用两级气化还原工艺，每级气化还原工艺分别依次与各自的除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺等连接；每级气化还原后产生的高温油气中的灰尘量较大，因此，为了进一步优化工艺，每级气化还原工艺先与各自的除尘工艺连接，每级的除尘工艺再与同一套脱焦油工艺和脱硫工艺依次连接，以节省工艺环节。

净化工艺处理后得到的混合气体主要包括CO、H₂、CO₂和包含CH₄的烃类等，由下表1可知，混合气体中含有大量的烃类和H₂。

表1：混合气体中各个组分体积百分数的范围值：

组分	H<sub>2</sub>	包含CH<sub>4</sub>的烃类	CO	CO<sub>2</sub>	其他
						含量	15-45％	10-52％	5-25％	5-25％	0.1-10％

其他组分为N₂、水蒸气等，混合气体中各组分的体积百分比的总和为100％。

表2：重整转化后混合气体中各个组分体积百分比的范围值：

组分	H<sub>2</sub>	包含CH<sub>4</sub>的烃类	CO	CO<sub>2</sub>	其他
						含量	30-70％	1-5％	10-30％	3-35％	0.1-10％

其他组分为N₂和水蒸气等，重整转化后混合气体中各组分的体积百分比的总和为100％。

由表1和表2可知，混合气体经重整转化工艺处理后，混合气体中的烃类的体积比百分比由原来的10-52％降低为1-5％，剩余的未转化的烃类主要为CH₄，重整转化后的混合气体中即为合成气，合成气中的H₂和CO的体积比百分比大幅提高。

进一步优选的，在合成气进入分离工艺前，可先脱除合成气中的CO₂和水蒸汽等杂质气体，以增大合成气中H₂和CO的体积百分比，便于后续分离提纯高浓度的H₂和CO。

对混合气体进行分离一般采用变压吸附法或者深冷法(或低温法)、膜分离法。低温法为利用气体中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将气体液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法，这些气体的分离需在100K以下的低温环境下才能实现，所以称之为深冷法(或低温法)。变压吸附简称PSA，常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，它通常是由加压吸附、减压再组成的吸附-解吸系统。在等温的情况下，利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压(降至常压或抽真空)过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。CO沸点是-19O℃，H₂的液化温度在-253℃，采用变压吸附法通常很难将二者分离开来，但在加压降温液化使得温度降低到CO的沸点以下，CO液化而H₂仍为气态，使得二者分离开来，因此本发明优选采用深冷法分离，获取高纯度H₂和高纯度的CO，两种气体的纯度高达99％以上。

综上所述，本发明在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤在气化还原，获取低阶煤中的挥发分并将挥发分中的烃类重整转化成CO和H₂，提高了CO和H₂能量密度，再利用分离工艺分别制备高纯度的CO和H₂，最大限度的将低阶煤中的挥发分中以CO和H₂的形式保留下来，这两种气体的纯度高，可作为高价值的化工合成原料，大大提高了低阶煤的利用率。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，低阶煤经烘干工艺处理得到烘干后的低阶煤；所述烘干后的低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺处理得到包含CO、H₂和烃类的混合气体，其特征在于：

所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺；

所述混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H₂的合成气；

所述合成气经分离工艺处理分别得到H₂和CO。

2.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。

3.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，所述水蒸汽的温度为105-250℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过7wt％，所述烘干工艺的出口物料温度为50-150℃。

4.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述气化还原工艺的反应温度为350-800℃。

5.如权利要求4所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述气化还原反应的温度为400-750℃。

6.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述气化还原工艺包括一级气化还原工艺和二级气化还原工艺，所述烘干后的低阶煤依次通过所述一级气化还原工艺和二级气化还原工艺处理得到油气混合物。

7.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述烘干工艺和气化还原工艺之间还设有气化进料工艺，所述低阶煤依次通过所述烘干工艺、气化进料工艺和气化还原工艺处理得到油气混合物。

8.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述混合气体经部分烃类重整转化工艺为将混合气体中的各组分气体不经分离直接通过部分烃类重整转化为CO和H₂的烃类重整转化工艺。

9.如权利要求8所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：述重整转化工艺包括部分催化氧化、蒸汽催化重整转化和非催化重整转化中一种或几种。

10.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述分离工艺为深冷法。