CN110358585A - 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法 - Google Patents

一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110358585A
CN110358585A CN201810309180.XA CN201810309180A CN110358585A CN 110358585 A CN110358585 A CN 110358585A CN 201810309180 A CN201810309180 A CN 201810309180A CN 110358585 A CN110358585 A CN 110358585A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
coal
hydrogen
water
layer
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.)
Granted
Application number
CN201810309180.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110358585B (zh
Inventor
李宁
李开建
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.)
Chengdu Poly Energy Saving Technology Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Poly Energy Saving Technology 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 Chengdu Poly Energy Saving Technology Co Ltd filed Critical Chengdu Poly Energy Saving Technology Co Ltd
Priority to CN201810309180.XA priority Critical patent/CN110358585B/zh
Publication of CN110358585A publication Critical patent/CN110358585A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110358585B publication Critical patent/CN110358585B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • 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
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0909—Drying
    • 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
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • 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
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，将原料煤先经过氢气气化，制取富含甲烷和多碳烃的氢煤气后，再将制氢煤气后剩下的残焦进行水煤气气化，富烃氢煤气与水煤气分别出炉；气化剂与被气化的固体颗粒逆流相向流动，热量利用充分，能源转化效率高，蒸汽、氧气耗量少，二氧化碳排放少；水煤气冷凝液相对减少，且不含酚类化合物，处理成本低，环境友好；氢煤气中甲烷、多碳烃含量高，净化、分离成本低；该富烃氢煤气与水煤气分级制取方法，可用于煤制天然气、煤制燃料油、煤制烯烃、煤制甲醇、合成氨、IGCC整体联合循环发电等行业。

Description

一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法
技术领域
本发明属于煤化工领域，特别涉及煤制天然气和油的煤气化工艺技术与设备。
背景技术
2018年3月8日国际原油61美元/桶，即448美元/吨，虽然目前国际能源价格，比起过去的最高价格还低55％，但中国富煤、缺油、少气的资源禀赋，导致2017年进口原油高达4.1957亿吨，金额达1623.3亿美元，同比增长39.1％，石油对外依存度近70％。进口天然气6857万吨，金额达232.8亿美元，同比增长41.2％。
即使从此以后原油进口平均增长率降到5％，天然气进口平均增长率降到10％，到2035年原油进口量也将达到10亿吨，天然气进口量也将达到3.8亿吨，即使以2017年原油均价406美元/吨，天然气均价339.5美元/吨计，到2035年，两项合计每年将耗费外汇5350亿美元。
现行的煤制油和煤制天然气，无论是煤气化后再合成油、气的两步法，还是煤直接加氢生产油、气的一步法，均因工艺路线复杂、工艺过程能源转化效率低下，煤制油仅40％，耗标煤3.6吨/吨油，煤制天然气仅50％，耗标煤2.5吨/km3；设备投资高，煤制油1600亿元/1000万吨，煤制天然气280亿元/40亿m3；水资源消耗高，煤制油耗水7吨/吨油，煤制天然气7吨/km3；环境污染重，污水处理成本高，CO2排放多。
究其主要的技术原因，煤气化后再合成为CnH2n+2(n＝1为CH4，n＝8为汽油，n＝16为柴油)称为两步法，化学反应nCO+2nH2+H2＝CnH2n+2+nH2O，CO中的氧必须要用H2去取出来，而传统制取H2的能耗和成本都很高，所以两步法的煤气化工序，通常采用图1所示的鲁奇气化炉，其本质是就是将常压煤气炉改为加压气化炉，因不能进行加氢直接生成烃产品，故存在前述的诸多缺点；
图2所示的鲁尔100型气化炉，是将传统的常压两段煤气炉改为10MPa工作压力，除煤气中甲烷增加70％左右外，煤气废水、蒸汽分解率等均未改善，多碳烃比起3MPa鲁奇炉还减少25％，没有太多的优势，因多产甲烷耗用过多的氢气，不适合煤制油，由于工艺压力太高，设备投资大幅增加，用于煤制天然气也是不经济的，开发至今50多年过去了，鲁奇公司一直没有后续的进一步开发，更没有商业化运行业绩。
现行煤直接加氢的一步法制油效率低的原因，一是工艺压力高达20MPa，设备投资大；二是碳元素转化率低，其残渣含碳高达40％，需在专门的气化炉内重新加热才能再次生成CO；三是采用气流床煤气化制氢，由于气流床气化过程中，煤中氢元素是以碳氢化合物形式，700℃以下就首先热解为气态烃，随即与气流中的O2气反应生成CO2和H2O放出热量，使炉温达到1300～1700℃之高，所以气流床的高炉温有相当大一部分是氢元素燃烧贡献的，从而导致煤气中氢气摩尔分率低，CO成分特别高，而CO必须经过变换才能转化为氢气，即这种制氢工艺实质上是首先烧掉煤中的H2，然后再用煤中的C元素制取CO，CO再经变换才能转化为H2，所以现行的煤直接加氢一步法制CnH2n+2也存在前述的诸多缺点。
发明内容
本发明的目的，一是以适当的温度直接将煤中的H元素，尽可能多的以气态烃的形式从煤中分离出来，二是用H元素将煤中的碳元素直接反应成气态碳氢化合物，三是采用富氧水蒸汽在高温下，将生产气态烃后余下的残焦中的碳元素转化为CO和H2，以大幅提高其能源转化效率、大幅降低水资源消耗、大幅减少CO2排放和环境污染，并大幅减少装置投资，降低生产成本。
具体发明内容如下：
1.一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，由氧气水蒸汽气化剂进口、炉篦、原料煤气化床层、搅拌器、布煤器和煤锁、承压水夹套壳体、粗煤气出口和富烃煤气出口组成，其中原料煤气化床层自下而上又分为灰渣层、氧气燃烧层、水煤气生成层、甲烷生成层、原料煤干燥层，氧气水蒸汽自下而上与原料煤反应生成水煤气，其特征在于：
将加压移动床煤气炉设置为上下两段结构，其上段为氢煤气段，下段设计为，采用氧气和水蒸汽混合气化剂，以来自氢煤气段的残焦为原料，生产氢气和一氧化碳的水煤气段，其残焦气化床层高径比0.5～1.5；其上段设计为，采用甲烷0～30％，或氢气含量≥60％的氢气气化剂，用原料煤直接生产甲烷和多碳烃的氢煤气段，其气化原料煤床层高径比为2～6.8；
在水煤气段与氢煤气段之间设置残焦下移通道(8)，以便将氢煤气段的残焦卸入水煤气段；在残焦下移通道(8)下方设置布煤器(7)，将来自下移通道(8)的残焦分布于水蒸汽气化床层上，汇集于布煤器(7)下方中心区域的水煤气，通过水煤气导出管(7a)，流入床层上部空间与水蒸汽气化层上来的全部粗煤气，通过水煤气出口(9)流出煤气炉水煤气段；
在氢煤气段从下到上依次分为焦炭加氢气化层(13)、半焦加氢气化层(14)、加氢干馏层(17)和干燥层(18)；在半焦加氢气化层(14)上部设置氢气分布器(12)和与之相通的氢气进气口(11)；
在半焦加氢气化层(13)和焦炭加氢气化层(14)中设置换热管束(12A)，换热管束(12A)上端与氢气分布器(12)相通，下端为氢气进入焦炭加氢气化层(14)的端口，以便氢气气化剂，经氢气进气口(11)进入氢煤气段后通过氢气分布器(12)，再沿换热管束(12A)管内下行过程中，吸收管束外C+2H2＝CH4反应热提高氢气温度后，从换热管束(12A)下端沿煤气炉截面向上依次：①流入焦炭加氢气化层(13)，与其中具有活性的碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷；②流入半焦加氢气化层(14)，与半焦中丰富的活性碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷，其反应热一部分被换热管束(12A)的氢气吸收，一部分提高炭层和氢气气化剂温度；③流入加氢干馏层(17)，利用带入的热量使原煤进行加氢热解、干馏、气化，生成甲烷和气态多碳烃；④流入干燥层(18)加热原料煤，吸收原料煤析出的水蒸汽后，成为富含甲烷和多碳烃的氢煤气，经富烃氢煤气出口(21)流出煤气炉氢煤气段，氢气分布器(12)还具有承载换热管束(12A)和焦炭及半焦部分重量的功能；
在氢煤气段的干馏层中设置搅拌器(16)，下部设置筛板(15)，搅拌器将干馏过程中粘结的煤粒及时破粘，筛板既承载原料煤重量，还将粘结粒度过大的半焦留在干馏段，经搅拌器破碎后再穿过筛板落入半焦加氢气化段(14)，以防止焦粒在氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)中堵塞，设置搅拌器(16)和筛板(15)还有既均匀干馏层截面气相阻力，又有利于原料煤均匀下移，并顺利通过氢气分布器和煤气集气器进入水煤气段的功能；
在富烃氢煤气出口(21)和水煤气出口(9)设置限流装置，以便及时调节、控制氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)之间的压差，以减少氢气之间与水煤气之间相互串气的几率；
在干燥层、干馏层、半焦加氢气化层、焦炭加氢气化层，水蒸汽气化层，以垂直间距500mm，设置测温热电偶，以监控其温度。
2.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤从炉顶入炉后进入干燥层，在缓慢的向下移动中与上升的富烃氢煤气逆向接触换热，在被上升的富烃氢煤气加热析出水分后，温度升至300～350℃向下移动进入加氢热解干馏层，原料煤被进一步加热的同时，煤中的多碳烃受热发生软化、融合、裂解、气化，致使煤粒膨胀并出现大量微孔，其比表面积迅速增加大，由于来自半焦加氢层的氢煤气富含甲烷和氢气，煤中焦油受其相平衡的制约，将大幅减少甲烷和氢气的生成，从而大幅增加气态多碳烃(油)的生成，进而提高气态多碳烃产率，随着干馏时间增加、温度的升高，焦油完成裂解、气化，原料煤在600℃左右变为比表面积巨大，且附着大量干馏、裂解产物，即活性碳元素的半焦；
半焦在搅拌器的推动下穿过筛板下移进入半焦加氢气化层，与自下而上含有少量甲烷的氢煤气逆流接触，半焦中附着的活性碳元素与气相中的氢元素迅速进行C+2H2＝CH4反应，生成大量甲烷并放出大量热量，使床层温度升到800～950℃，使半焦变为焦炭；焦炭在继续缓慢下移中进入焦炭加氢气化层，并与自下而上的氢气逆流接触，在加热氢气的同时，由于氢气的分压占总压的绝大部分甚至全部，虽然床层温度高，气相甲烷的实际浓度仍然是远小于C+2H2＝CH4化学平衡浓度，加之高温提高了焦炭与氢气的分子动能，使焦炭与氢气中的活性分子分率大为增加，进而十分有利于C+2H2＝CH4生成甲烷的反应进行，所以在焦炭加氢气化层仍然有较多的甲烷生成；
入炉原料煤在经过上述干燥、干馏、半焦加氢气化、焦炭加氢气化后，总质量根据灰分、水分的不同减少30～80％，碳元素减少40～70％，成为残焦；
残焦继续下移，先后经过残焦下移通道(8)、布煤器(7)进入水煤气段的水蒸汽气化层(6)，与自下而上的高温水蒸汽进行C+H2O＝CO+H2水煤气反应，使残焦中的大部分碳元素转化为CO，含有少部分碳元素的残焦继续下移，进入氧化燃烧层(5)与自下而上的含氧水蒸汽逆流接触，由于氧气的的强烈氧化特性，使残焦中的残存的碳元素迅速燃烧，在生成CO2的同时放出大量的热量，使氧化层的温度达到1000℃以上，既为吸热的水煤气反应提供巨大热量，又将残炭烧尽成为灰渣；
由氧气和水蒸汽混合组成的含氧气化剂从炉底入炉后，穿过炉篦至下而上经过灰渣层(4)，吸收其携带的热量，温度升高到600℃左右进入氧气气化燃烧层，气化剂中的氧气使残焦中残存的碳元素迅速燃烧气化，生成CO2并放出大量的热量，使气化剂中的水蒸汽和床层温度达到1000℃以上，灰熔点以下，含有CO2的高温水蒸汽自下而上，将热量传给残焦的同时与残焦中的碳元素，进行吸热的水蒸汽气化反应C+H2O＝CO+H2，使残焦中的大部分碳元素C与水蒸汽中30～40％水分子H2O转化为粗煤气中的CO和H2，成为温度在700℃左右的湿热粗煤气进入水煤气反应层上部空间，并通过粗煤气出口(21)流出煤气炉水煤气段。
3.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，工艺压力为1～3MPa，或3～6MPa，或6～10MPa，或10～20MPa。
4.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢气气化剂的温度为常温～200℃，或200～400℃；氢气气化剂中甲烷含量0～5％，或5～10％，或10～20％，或20～30％；氢气气化剂中CO+CO2+H2O≤10％。
5.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤为褐煤、或烟煤，或焦炭、或无烟煤、或粘结指数G≤20的各种含碳固体物料。
6.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，在采无粘结性煤时，煤气炉内不设搅拌器和筛板。
7.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢煤气段直径≥水煤气段直径，气化床层高径比与原料煤的气化活性成反比，高活性煤焦采用的高径比取小值，低活性煤焦高径比值取大值，制取炉内径1.2～2米，或2～4米，或4～6米，或6～10米。
8.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤、或型煤粒度3～10mm，或10～50mm，或30～80mm，筛板上的漏焦孔为环形通道，上平面通道宽100mm，下平面通道宽120mm，环间距130mm。
9.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢煤气段内气相介质中水汽含量远低于水煤气段，氢煤气段承压壳体夹套冷却水与水煤气段承压壳体夹套冷却水分别循环。
10.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，水煤气段最高温度为灰熔点温度以下的干排渣气化方式，或灰熔点温度以上的熔渣气化方式。
残焦下移通道(8)以下为水煤气段，以上为氢煤气段。
采取本发明具有以下积极效果：
原料煤干馏过程中，气固相均采用相向逆流，气相H2和CH4的分压PH2和PCH4几乎与，原料煤热解馏出的液相焦油中的中PH2和PCH4相当。这就抑制了干馏过程中H2和CH4的生成，迫使焦油更多的以轻油、中油、重油等大分子气态烃的形式进入气相。这即降低了干馏能耗、热耗，还迫使煤中的氢元素和甲烷直接生成多碳烃产物，由于多碳烃分子(CnHm)中的氢碳原子比在2.1～2.5，远小于CH4的4，从而大大提高了氢元素的利用率，进而大幅增加气态多碳烃(油)的产率，这又大幅增加了煤制油(多碳烃)的能源转化效率；
对焦炭采用逆流加氢气化，充分利用了气相甲烷远离平衡浓度和氢气含量高，焦炭灰分百分含量增加而增加催化作用(灰分具催化C+2H2＝CH4作用)的优势，使焦炭中的活性碳原子更多的生成CH4，焦炭加氢反应后的低甲烷含量氢气再进入半焦加氢层，利用半焦中因热解沉积的大量活性碳元素，与气相中的氢元素进行快速的直接加氢甲烷化反应：C+2H2＝CH4、2CH+3H2＝2CH4、2CH2+2H2＝2CH4、2CH3+H2＝2CH4，使气相中甲烷含量大幅升高到50％左右，并放出大量的热量，既提高进入水煤气段的残焦温度，又为煤的干馏、热解、气化、干燥脱水提供热量，还直接在煤气化过程中得了最终产品CH4和多碳烃。
经焦炭加氢气化的残焦，进入水蒸汽气化层，由于水蒸汽中氧原子活性远大于氢原子，加之温度更高，经加氢气化后的残焦孔径大、比表面积大，有利于分子扩散，残焦中的碳元素迅速与水蒸汽进行水煤气反应：C+H2O＝CO+H2，由于水煤气反应速率远大于氢煤气反应，所以水煤气段的床层高度小于加氢气化的床层高度；
由于生产氢煤气后的高温残料直接进入水煤气段，减少了水煤气工艺热耗，不仅有利于提高蒸汽分解率，还可提高其气化层厚度，增加水煤气产量，减少气化剂氧气和蒸汽的消耗。
由于采用本发明，实现煤直接加氢生成甲烷和其它高碳烃，当终端产品为SNG和燃油时，不仅省却合成工序，其酸气(CO2、H2S、COS)脱除工序因气量大幅减小、净化要求大幅降低，其装置投资、水资源消耗、煤气废水、CO2排放，运行能耗、产品成本，均将大幅下降。
根据煤种特性，煤水煤气段采用图4所示的灰熔点温度以上的熔渣气化方式生产水煤气，还可以进一步降低水蒸汽消耗和煤气废水。
附图说明
图1为现行鲁奇气化炉即国内的碎煤移动床加压气化炉主要结构立面简图；
图2为鲁尔100型加压气化炉主要结构简图，只能制富烃水煤气，不能制富烃氢煤气；
图3为本案所述的一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法主要结构的立面简图；
图4为本案所述的一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，水煤气段采用移动床熔渣方式的主要结构的立面简图；
图中：
1灰渣锁斗，用于卸出炉内排出的煤被气化后剩下的灰渣；
2氧气和水蒸汽气化剂进口；
3炉篦，用于排除灰渣和均布向上流动的气化剂；
4灰渣层，它既是炉篦的隔热保护层，又是回收灰渣余热加热气化剂的热源；
5氧气燃烧层，气化剂中的氧气首先在这里将灰渣中的残炭烧尽，并加热气化剂和炭层到1000℃以上，灰熔点以下，为吸热的水煤气反应提供热能；
6水蒸汽气化层，主要进行C+H2O＝CO+H2；
6a水煤气段的水夹套承压壳体；
7布煤器，其上表面作布煤之用，其下方用于中心区域水煤气汇集；
7a中心区域水煤气导出管；
8残焦下移通道，将残焦卸入水蒸汽反应层；
9水煤气出口；
10检修人口；
11氢气气化剂进口；
12氢气分布器，将氢气气化剂在炉内截面均匀分布向上流出，将残焦卸入水煤气段；
12A换热管束，上端与氢气分布器(12)连接，下端为氢气气化剂出口，用于降低加氢气化床层温度，增加甲烷产率；
13焦炭加氢气化层，主要进行C+2H2＝CH4反应，将焦炭中的碳元素转化为甲烷；
14半焦加氢气化层，主要进行快速的C+2H2＝CH4、2CH+3H2＝2CH4、2CH2+2H2＝2CH4、2CH3+H2＝2CH4反应，将半焦中的碳元素转化为甲烷；
15筛板，防止过大的半焦进入半焦加氢气化层；
16搅拌器，破除干馏过程中煤的粘结，减少结块程度；
17加氢干馏层，煤在此被上升的热气流加热、干馏、热解、气化，生产多碳烃；
18干燥层，煤在此被上升的热气流加，干燥其内部的水分和吸附气体；
19煤分配器，将来自煤锁斗的原料煤在炉内截面均匀分布。
20氢煤气段的水夹套承压壳体；
21氢煤气出口，煤气富含气态烃；
22原料煤锁斗；
23水蒸汽气化层热电偶插入口；
24焦炭加氢气化层和半焦加氢气化层热电偶插入口。
具体实施方式
首先将内径3.8米的水煤气段和氢煤气段分别制造完成，然后运至安装现场，用残焦下移通道(8)将其连接为牢固整体，并试漏、试压合格，安装就位、工艺配管、电气仪表安装、防腐保温、系统试漏、试压、调试合格，气化炉水煤气段和氢煤气段夹套加入脱盐水，使其具有富烃氢煤气与水煤气分级制取的结构与功能。
然后在水煤气段的炉篦上依次铺上300mm厚的煤气炉灰渣，水蒸汽气化层所需的粒度20～80mm，厚度2000mm的焦炭；在氢煤气段的焦炭加氢气化层加入粒度20～80mm，厚度3000mm焦炭，在半焦加氢气化层加入3000mm厚的半焦，在干馏层加入粒度20～80mm，2000mm厚的弱粘煤，在干燥层加入粒度20～80mm，厚度1000mm的弱粘煤；
①将空气以每小时5000～10000Nm3的流量，以50℃/h的温升速率送入炉内，在氢煤气出口放空；大约在6小时左右，由于焦炭的燃点大约在350℃，水煤气段的氧气燃烧层将开始出现温度超过入炉空气温度的现象，当氧气燃烧层迅速升高达到600～700℃时，可在入炉空气中适量加入氮气，减少其O2含量，以控制氧气燃烧层升温速率在100℃/h左右，并将放空改在水煤气段的水煤气出口管后放空；当氧气燃烧层温度达到900～1000℃后，逐步将空气升温改为氧气水蒸汽混合气化剂，并控制其温度不再上涨，以防水煤气段超温结疤。
②将与水煤气出口煤气等温的热氮气，以每5000～10000Nm3/h的流量，通过氢煤气段的氢气进口加入氢煤气段，并在氢煤气出口放空，为进一步加热氢煤气段的焦炭、半焦和原料煤，热氮气中可补入适量空气(实际上是补入氧气，注意：焦炭加氢气化层和半焦加氢气化层最高温度均不得超过700上℃，)以利用氧气与焦炭的燃烧热加快升温速率；
③适时加煤装置启动自控回路，以便及时自动加入原料煤；当氢煤气段干馏层温度大于400℃是可实时启动搅拌器低速运转，以防止煤粒粘结。
④当焦炭加氢气化层和半焦加氢气化层最高温度达到600℃，以每小时0.5MPa的速率开始系统升压，其升压过程中要尽量注意：减小水煤气出口与氢气进口的压差，以防止氢煤气段的氢气与水煤气段的水煤气相互串流。
⑤当压力升到2MPa时，将加入热氮气中的氧气关掉30分钟后，或关掉氧气，热点温度下降50℃后，将热氮气入炉改为热氢气以5000～10000Nm3/h的流量入炉，使氢煤气段转入氢气煤气化时段，并以每小时0.5MPa的速率逐步升高，最终将压力稳定在工艺要求压力。
炉温控制：水煤气段通过入炉汽氧比，控制其氧气燃烧层温度在灰熔点以下30～80℃；氢煤气段通过控制氢气温度和氢气中甲烷含量，或含氧化合物含量，控制半焦加氢段的最高温度≤1000℃；
氢煤气成分控制：氢煤气中甲烷含量根据煤种活性、挥发分，通过控制入炉氢气流量、温度、甲烷含量、含氧化合物含量，最终控制氢煤气中甲烷含量在50％左右，其它气态烃100～200g/Nm3氢煤气。

Claims (10)

1.一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，由氧气水蒸汽气化剂进口、炉篦、原料煤气化床层、搅拌器、布煤器和煤锁、承压水夹套壳体、粗煤气出口和富烃煤气出口组成，其中原料煤气化床层自下而上又分为灰渣层、氧气燃烧层、水煤气生成层、甲烷生成层、原料煤干燥层，氧气水蒸汽自下而上与原料煤反应生成水煤气，其特征在于：
将加压移动床煤气炉设置为上下两段结构，其上段为氢煤气段，下段设计为，采用氧气和水蒸汽混合气化剂，以来自氢煤气段的残焦为原料，生产氢气和一氧化碳的水煤气段，其残焦气化床层高径比0.5～1.5；其上段设计为，采用甲烷0～30％，或氢气含量≥60％的氢气气化剂，用原料煤直接生产甲烷和多碳烃的氢煤气段，其气化原料煤床层高径比为2～6.8；
在水煤气段与氢煤气段之间设置残焦下移通道(8)，以便将氢煤气段的残焦卸入水煤气段；在残焦下移通道(8)下方设置布煤器(7)，将来自下移通道(8)的残焦分布于水蒸汽气化床层上，汇集于布煤器(7)下方中心区域的水煤气，通过水煤气导出管(7a)，流入床层上部空间与水蒸汽气化层上来的全部粗煤气，通过水煤气出口(9)流出煤气炉水煤气段；
在氢煤气段从下到上依次分为焦炭加氢气化层(13)、半焦加氢气化层(14)、加氢干馏层(17)和干燥层(18)；在半焦加氢气化层(14)上部设置氢气分布器(12)和与之相通的氢气进气口(11)；
在半焦加氢气化层(13)和焦炭加氢气化层(14)中设置换热管束(12A)，换热管束(12A)上端与氢气分布器(12)相通，下端为氢气进入焦炭加氢气化层(14)的端口，以便氢气气化剂，经氢气进气口(11)进入氢煤气段后通过氢气分布器(12)，再沿换热管束(12A)管内下行过程中，吸收管束外C+2H2＝CH4反应热提高氢气温度后，从换热管束(12A)下端沿煤气炉截面向上依次：①流入焦炭加氢气化层(13)，与其中具有活性的碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷；②流入半焦加氢气化层(14)，与半焦中丰富的活性碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷，其反应热一部分被换热管束(12A)的氢气吸收，一部分提高炭层和氢气气化剂温度；③流入加氢干馏层(17)，利用带入的热量使原煤进行加氢热解、干馏、气化，生成甲烷和气态多碳烃；④流入干燥层(18)加热原料煤，吸收原料煤析出的水蒸汽后，成为富含甲烷和多碳烃的氢煤气，经富烃氢煤气出口(21)流出煤气炉氢煤气段，氢气分布器(12)还具有承载换热管束(12A)和焦炭及半焦部分重量的功能；
在氢煤气段的干馏层中设置搅拌器(16)，下部设置筛板(15)，搅拌器将干馏过程中粘结的煤粒及时破粘，筛板既承载原料煤重量，还将粘结粒度过大的半焦留在干馏段，经搅拌器破碎后再穿过筛板落入半焦加氢气化段(14)，以防止焦粒在氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)中堵塞，设置搅拌器(16)和筛板(15)还有既均匀干馏层截面气相阻力，又有利于原料煤均匀下移，并顺利通过氢气分布器和煤气集气器进入水煤气段的功能；
在富烃氢煤气出口(21)和水煤气出口(9)设置限流装置，以便及时调节、控制氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)之间的压差，以减少氢气之间与水煤气之间相互串气的几率；
在干燥层、干馏层、半焦加氢气化层、焦炭加氢气化层，水蒸汽气化层，以垂直间距500mm，设置测温热电偶，以监控其温度。
2.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤从炉顶入炉后进入干燥层，在缓慢的向下移动中与上升的富烃氢煤气逆向接触换热，在被上升的富烃氢煤气加热析出水分后，温度升至300～350℃向下移动进入加氢热解干馏层，原料煤被进一步加热的同时，煤中的多碳烃受热发生软化、融合、裂解、气化，致使煤粒膨胀并出现大量微孔，其比表面积迅速增加大，由于来自半焦加氢层的氢煤气富含甲烷和氢气，煤中焦油受其相平衡的制约，将大幅减少甲烷和氢气的生成，从而大幅增加气态多碳烃(油)的生成，进而提高气态多碳烃产率，随着干馏时间增加、温度的升高，焦油完成裂解、气化，原料煤在600℃左右变为比表面积巨大，且附着大量干馏、裂解产物，即活性碳元素的半焦；
半焦在搅拌器的推动下穿过筛板下移进入半焦加氢气化层，与自下而上含有少量甲烷的氢煤气逆流接触，半焦中附着的活性碳元素与气相中的氢元素迅速进行C+2H2＝CH4反应，生成大量甲烷并放出大量热量，使床层温度升到800～950℃，使半焦变为焦炭；焦炭在继续缓慢下移中进入焦炭加氢气化层，并与自下而上的氢气逆流接触，在加热氢气的同时，由于氢气的分压占总压的绝大部分甚至全部，虽然床层温度高，气相甲烷的实际浓度仍然是远小于C+2H2＝CH4化学平衡浓度，加之高温提高了焦炭与氢气的分子动能，使焦炭与氢气中的活性分子分率大为增加，进而十分有利于C+2H2＝CH4生成甲烷的反应进行，所以在焦炭加氢气化层仍然有较多的甲烷生成；
入炉原料煤在经过上述干燥、干馏、半焦加氢气化、焦炭加氢气化后，总质量根据灰分、水分的不同减少30～80％，碳元素减少40～70％，成为残焦；
残焦继续下移，先后经过残焦下移通道(8)、布煤器(7)进入水煤气段的水蒸汽气化层(6)，与自下而上的高温水蒸汽进行C+H2O＝CO+H2水煤气反应，使残焦中的大部分碳元素转化为CO，含有少部分碳元素的残焦继续下移，进入氧化燃烧层(5)与自下而上的含氧水蒸汽逆流接触，由于氧气的的强烈氧化特性，使残焦中的残存的碳元素迅速燃烧，在生成CO2的同时放出大量的热量，使氧化层的温度达到1000℃以上，既为吸热的水煤气反应提供巨大热量，又将残炭烧尽成为灰渣；
由氧气和水蒸汽混合组成的含氧气化剂从炉底入炉后，穿过炉篦至下而上经过灰渣层(4)，吸收其携带的热量，温度升高到600℃左右进入氧气气化燃烧层，气化剂中的氧气使残焦中残存的碳元素迅速燃烧气化，生成CO2并放出大量的热量，使气化剂中的水蒸汽和床层温度达到1000℃以上，灰熔点以下，含有CO2的高温水蒸汽自下而上，将热量传给残焦的同时与残焦中的碳元素，进行吸热的水蒸汽气化反应C+H2O＝CO+H2，使残焦中的大部分碳元素C与水蒸汽中30～40％水分子H2O转化为粗煤气中的CO和H2，成为温度在700℃左右的湿热粗煤气进入水煤气反应层上部空间，并通过粗煤气出口(21)流出煤气炉水煤气段。
3.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，工艺压力为1～3MPa，或3～6MPa，或6～10MPa，或10～20MPa。
4.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢气气化剂的温度为常温～200℃，或200～400℃；氢气气化剂中甲烷含量0～5％，或5～10％，或10～20％，或20～30％；氢气气化剂中CO+CO2+H2O≤10％。
5.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤为褐煤、或烟煤，或焦炭、或无烟煤、或粘结指数G≤20的各种含碳固体物料。
6.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，在采无粘结性煤时，煤气炉内不设搅拌器和筛板。
7.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢煤气段直径≥水煤气段直径，气化床层高径比与原料煤的气化活性成反比，高活性煤焦采用的高径比取小值，低活性煤焦高径比值取大值，制取炉内径1.2～2米，或2～4米，或4～6米，或6～10米。
8.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤、或型煤粒度3～10mm，或10～50mm，或30～80mm，筛板上的漏焦孔为环形通道，上平面通道宽100mm，下平面通道宽120mm，环间距130mm。
9.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，氢煤气段内气相介质中水汽含量远低于水煤气段，氢煤气段承压壳体夹套冷却水与水煤气段承压壳体夹套冷却水分别循环。
10.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，水煤气段最高温度为灰熔点温度以下的干排渣气化方式，或灰熔点温度以上的熔渣气化方式。
CN201810309180.XA 2018-04-09 2018-04-09 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法 Expired - Fee Related CN110358585B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810309180.XA CN110358585B (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810309180.XA CN110358585B (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110358585A true CN110358585A (zh) 2019-10-22
CN110358585B CN110358585B (zh) 2021-06-22

Family

ID=68213470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810309180.XA Expired - Fee Related CN110358585B (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110358585B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4323446A (en) * 1979-08-30 1982-04-06 Hydrocarbon Research, Inc. Multi-zone coal conversion process using particulate carrier material
US4336125A (en) * 1979-07-20 1982-06-22 Institute Of Gas Technology Production of synthetic hydrocarbon fuels from peat
CN102061182A (zh) * 2011-01-19 2011-05-18 吴道洪 煤加氢热解与气化耦合的方法
CN204325269U (zh) * 2014-03-17 2015-05-13 李宁 移动床加压煤气化生产富甲烷煤气的装置
CN104877700A (zh) * 2015-06-08 2015-09-02 中美新能源技术研发（山西）有限公司 一种新型粉煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法
CN105018152A (zh) * 2015-07-03 2015-11-04 新奥科技发展有限公司 一种高温半焦冷却系统及冷却方法
CN105713674A (zh) * 2016-04-25 2016-06-29 中美新能源技术研发（山西）有限公司 一种粉煤热解制油制天然气用反应器
CN106675600A (zh) * 2015-11-09 2017-05-17 神华集团有限责任公司 煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336125A (en) * 1979-07-20 1982-06-22 Institute Of Gas Technology Production of synthetic hydrocarbon fuels from peat
US4323446A (en) * 1979-08-30 1982-04-06 Hydrocarbon Research, Inc. Multi-zone coal conversion process using particulate carrier material
CN102061182A (zh) * 2011-01-19 2011-05-18 吴道洪 煤加氢热解与气化耦合的方法
CN204325269U (zh) * 2014-03-17 2015-05-13 李宁 移动床加压煤气化生产富甲烷煤气的装置
CN104877700A (zh) * 2015-06-08 2015-09-02 中美新能源技术研发（山西）有限公司 一种新型粉煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法
CN105018152A (zh) * 2015-07-03 2015-11-04 新奥科技发展有限公司 一种高温半焦冷却系统及冷却方法
CN106675600A (zh) * 2015-11-09 2017-05-17 神华集团有限责任公司 煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法
CN105713674A (zh) * 2016-04-25 2016-06-29 中美新能源技术研发（山西）有限公司 一种粉煤热解制油制天然气用反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110358585B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Exergy analysis of hydrogen production from steam gasification of biomass: A review
Göransson et al. Review of syngas production via biomass DFBGs
CN100584928C (zh) 不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺
CN104789245B (zh) 一种热解气化装置和工艺
CN101190781B (zh) 小型轻烃水蒸气转化制氢工艺方法
CN1136800A (zh) 富氢气体的生产
CN102277200A (zh) 粉煤分级气化制取煤气的方法
Cheng et al. Allothermal gasification of biomass using micron size biomass as external heat source
WO2017002096A1 (en) Method and system for the manufacture of bio-methane and eco-methane
CN110358579A (zh) 一种油煤气与水煤气的生产方法
Wernicke et al. Methanol generation
CN104059705A (zh) 用于低级燃料的整体蒸汽气化和夹带流气化系统和方法
Aprianti et al. Valorization of palm empty fruit bunch waste for syngas production through gasification
CN102559310B (zh) 用焦炉气等工业废气进行煤碳加氢气化制天然气等烃类的方法
CN110628477B (zh) 加压移动床多层加氢煤制天然气联产燃油、芳烃方法
CN2319410Y (zh) 两级气化流化床焦载热煤气－蒸汽联产装置
Siedlecki On the gasification of biomass in a steam-oxygen blown CFB gasifier with the focus on gas quality upgrading: Technology background, experiments and mathematical modeling
CN110358585A (zh) 一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法
CN112126469B (zh) 一种联产燃油和天然气的igcc联合循环发电方法
Dasappa et al. Biomass gasification: Thermochemical route to energetic bio-chemicals
James Rivas The effect of biomass, operating conditions, and gasifier design on the performance of an updraft biomass gasifier
Puig-Arnavat et al. Biomass gasification for bioenergy
CN110358584A (zh) 加压移动床富烃氢煤气与水煤气分级制取炉
CN106675651B (zh) 一种生物质气化生产汽油的方法及设备
Karl et al. Production of substitute natural gas: thermochemical methods

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210622