專利名稱：多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤氣化制備代用天然氣領(lǐng)域，具體地說，涉及多區(qū)煤氣化制備含甲 烷的氣體的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
我國是富煤貧油少氣的國家，隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國天然氣需求急 劇攀升，在能源結(jié)構(gòu)中的比例迅速增加。而國內(nèi)天然氣仍處于勘探開發(fā)早期，進(jìn)口也處 于起步階段，供應(yīng)能力嚴(yán)重滯后，導(dǎo)致天然氣供需矛盾日益突出。利用我國資源優(yōu)勢相 對較大的煤炭，不僅能促進(jìn)煤炭的高效、清潔利用；而且可利用已有的天然氣管道，以 較低的經(jīng)濟代價，有效緩解天然氣的供需矛盾，這是劣質(zhì)煤炭資源進(jìn)行綜合利用的有力 措施。
通常的煤氣化技術(shù)，即煤在高溫下與氧氣(或空氣)和/或蒸汽(也稱為水蒸 氣)組成的氣化劑進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成含有少量甲烷(CH4)的合成氣(主要是氫氣、一氧 化碳和二氧化碳)，之后進(jìn)行水氣變換及甲烷化工序，采用兩步法制備甲烷。該煤氣化技 術(shù)具有氣化反應(yīng)所需的溫度高、能耗大、對設(shè)備要求高，且需三個反應(yīng)裝置、工藝較復(fù) 雜等缺點。
煤催化氣化技術(shù)是煤潔凈高效利用的一種重要方式，采用煤催化氣化技術(shù)，煤 在相對較低的溫度下與蒸汽(H2O)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)組成的氣化劑在催化劑的 催化作用下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成高濃度的甲烷(CH4)。煤催化氣化技術(shù)與其他煤氣化技 術(shù)相比，具有甲烷含量高、氣化反應(yīng)所需的溫度低等優(yōu)點。
目前，相關(guān)專利中提到的煤催化氣化技術(shù)，氣化反應(yīng)所需的最優(yōu)溫度和壓力范 圍是593 700°C和20 40atm，使用堿金屬碳酸鹽作為催化劑。采用深冷分離將產(chǎn)氣中 的甲烷與一氧化碳、氫氣進(jìn)行分離，將反應(yīng)氣體中的氫氣和一氧化碳循環(huán)到氣化爐中， 使之在氣化爐中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，從而提高系統(tǒng)甲烷的產(chǎn)量。該煤催化氣化 技術(shù)具有氣化反應(yīng)速率低、反應(yīng)時間長，碳轉(zhuǎn)化率較低，氣體分離系統(tǒng)投資高等缺點； 為滿足反應(yīng)器熱平衡的需要，需將進(jìn)爐過熱蒸汽加熱到較高溫度，蒸汽過熱系統(tǒng)及熱交 換系統(tǒng)負(fù)荷較高，經(jīng)濟性差。
美國專利4,077,778提出采用多級流化床反應(yīng)器的煤催化氣化工藝，消除原催化 氣化工藝的不足，使氣化更高效地進(jìn)行，充分利用進(jìn)料碳資源，提高碳轉(zhuǎn)化率。主流化 床反應(yīng)器操作氣速較高，將部分碳顆粒夾帶至二級流化床反應(yīng)器，在較低氣速下進(jìn)行氣 化反應(yīng)，增長固相停留時間，最大限度提高碳轉(zhuǎn)化率。采用多級氣化較之單級氣化可將 碳利用率由70-85%提高至95%以上。但該煤催化氣化工藝采用多個流化床反應(yīng)器，設(shè) 備投資高，操作較復(fù)雜。
另外，美國專利4,094,650提到在堿金屬的催化作用下，可將含碳固體氣化，制 備甲烷，催化劑需回收再用。通過多級水洗回收水溶性催化劑，石灰消化回收非溶性催 化劑。美國專利0277437在美國專利4,094,650基礎(chǔ)上，采用一級處理將堿金屬物質(zhì)從反4應(yīng)器固體殘渣中分離，簡化了堿金屬催化劑回收過程，改善了催化氣化工藝的經(jīng)濟性及 總效率，但該回收系統(tǒng)仍然較復(fù)雜，回收方法較昂貴。
另外，為了充分利用熱量，制取煤氣，美國專利5,064,444提出加壓水蒸氣氣化 的方法，將流化床氣化爐分為熱解段、氣化段、冷卻段，各段用隔板分開。氣化爐內(nèi)熱 解段、氣化段放置蛇狀盤管(蛇管換熱器)，管中通入900°C-950°C的高溫氣體如燃料燃 燒后的氣體加熱煤粉，提供氣化、熱解所需熱量，制取煤氣。該流化床氣化爐可以為立 式，也可為臥式，以700°C-80(TC的過熱蒸汽為氣化劑，冷卻段通入飽和蒸汽，煤粉夾 帶在過熱蒸汽一起進(jìn)入氣化爐。但是氣化爐內(nèi)的反應(yīng)體積利用率低，影響固相加工；僅 以過熱蒸汽為氣化劑致使碳轉(zhuǎn)化率不高，故殘渣中含碳量較高，煤難以得到有效利用； 該方法中高溫氣體中的熱量需要通過蛇狀盤管的管壁傳遞給煤粉和蒸汽，與氣固接觸傳 熱相比，這種間接加熱方式傳熱速度慢且熱效率低，床層內(nèi)固相受熱不均；同時設(shè)備繁 雜，特別是臥式爐。發(fā)明內(nèi)容
本申請?zhí)峁┮环N多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法，包括下列步驟
a.將煤粉加入到含部分熱解區(qū)、催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的部分熱解 區(qū)與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸以部分熱解所述煤粉生成含甲烷的氣體物流和部分 熱解的煤粉，
b.將所述部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)在催化劑存在下與來自殘渣氣化區(qū)的 氣體物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入部分熱解區(qū)，未充分反應(yīng)的煤殘渣進(jìn)入殘渣氣化 區(qū)，和
c.將煤殘渣在殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)和生 成的灰渣排出氣化爐。
本申請還提供一種多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法，包括下列步驟
1).將煤粉加入到含催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的催化氣化區(qū)與來自殘 渣氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸以生成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘 渣，和
2).將步驟1)的煤殘渣送入殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化 氣化區(qū)和生成的灰渣排出氣化爐。
本申請還提供一種煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐，包括
a.部分熱解區(qū)，用于將煤粉與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸，生成的含甲烷 的氣體物流離開氣化爐和生成的部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)；
b.催化氣化區(qū)，用于將來自部分熱解區(qū)的部分熱解的煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的 氣體物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入所述熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣送入殘渣氣化 區(qū)；和
C.殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣 體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)和生成的灰渣排出氣化爐。
本申請還提供一種煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐，包括
1).催化氣化區(qū)，用于將煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸，生成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣；和
2).殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣 體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)，生成的灰渣排出氣化爐。


圖1為本發(fā)明實施例提供的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意可以理解的是，附圖僅僅是說明性的，不打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 本發(fā)明的范圍應(yīng)由權(quán)利要求的內(nèi)容所確定。
發(fā)明詳述
在第一種實施方案中，本申請?zhí)峁┮环N多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法， 包括下列步驟
a.將煤粉加入到含部分熱解區(qū)、催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的部分熱解 區(qū)與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸以部分熱解所述煤粉生成含甲烷的氣體物流和部分 熱解的煤粉，
b.將所述部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)在催化劑存在下與來自殘渣氣化區(qū)的 氣體物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入部分熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣進(jìn)入殘渣氣化 區(qū)，禾口
c.將所述煤殘渣在殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化氣化區(qū) 和生成的灰渣排出氣化爐。
本發(fā)明的方法所采用的核心設(shè)備是多區(qū)式氣化爐。該氣化爐一般豎直放置或 傾斜放置，可使用分布板將氣化爐從下至上分為三個區(qū)，按照各區(qū)的功能，依次為殘渣 氣化區(qū)、催化氣化區(qū)和部分熱解區(qū)，如圖1所示。其中固體物料，例如煤，從上向下運 動，最終從氣化爐底部的排渣口離開氣化爐，而氣體物料，則從下向上運動，最終從氣 化爐頂部的排氣口離開氣化爐。固體物料和氣體物料在氣化爐內(nèi)基本上呈逆流接觸的形 式。本發(fā)明的氣化爐，基本上越靠近底部溫度越高，越靠近頂部溫度越低。
本發(fā)明的方法中，煤、氣化劑和催化劑的進(jìn)料位置可以根據(jù)需要加以選擇或調(diào) 整。例如，至少一部分煤可以從本發(fā)明的氣化爐的部分熱解區(qū)和/或催化氣化區(qū)的任意 一處或幾處進(jìn)入氣化爐；甚至，當(dāng)僅靠殘渣氣化產(chǎn)生的熱量不足以維持催化氣化所需溫 度要求時，也可將一部分煤從殘渣氣化區(qū)進(jìn)入氣化爐。而催化劑的進(jìn)料方式可分為兩 種，對于能在本發(fā)明的殘渣氣化區(qū)的高溫下發(fā)生氣化的催化劑，例如堿金屬碳酸鹽，可 以從氣化爐的部分熱解區(qū)和/或催化氣化區(qū)和/或殘渣氣化區(qū)通入氣化爐；而對于在本發(fā) 明的殘渣氣化區(qū)的高溫下不能發(fā)生氣化的催化劑，例如堿土金屬碳酸鹽，則從部分熱解 區(qū)和/或催化氣化區(qū)通入氣化爐；而氣化劑則從殘渣氣化區(qū)的底部和/或側(cè)面通入氣化爐 中。不管煤和催化劑從哪一區(qū)進(jìn)料，它們最終會在氣化爐的催化氣化區(qū)相互接觸，并同 時與包含合成氣在內(nèi)的氣體物流相接觸。顯然，煤和催化劑也可以混合進(jìn)料，例如煤粉 直接與催化劑本身混合后進(jìn)料，或煤粉與催化劑水溶液混合后進(jìn)料，等等。當(dāng)混合進(jìn)料 時，二者的混合物可以從催化氣化區(qū)或煤熱解區(qū)中的一處或幾處進(jìn)料。對本發(fā)明中使用 的煤沒有限制，其可以選自煙煤、無煙煤、褐煤等，并且優(yōu)選在進(jìn)入本發(fā)明的氣化爐之 前被粉碎成煤粉，煤粉的粒度一般可為0.1 1mm。
本發(fā)明的第一實施方案的步驟a發(fā)生在氣化爐的部分熱解區(qū)，加入到該區(qū)中的煤 與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸，并部分熱解所述煤粉，生成含甲烷的氣體物流和部 分熱解的煤粉。該區(qū)中的所有氣體離開氣化爐，而部分熱解后的煤沿氣化爐向下運動。 在該步驟中，至少一部分煤從所述部分熱解區(qū)通入氣化爐，優(yōu)選絕大部分煤、甚至更優(yōu) 選全部的煤從所述部分熱解區(qū)通入氣化爐。這樣做的好處是充分利用了在催化氣化區(qū)中 合成氣發(fā)生甲烷化反應(yīng)所放出的熱量，該熱量隨著催化氣化區(qū)反應(yīng)后的氣體進(jìn)入部分熱 解區(qū)后，與從部分熱解區(qū)進(jìn)入氣化爐的煤接觸，使該煤預(yù)熱并快速熱解，把煤中揮發(fā)份 熱解出來，由于煤的揮發(fā)份中含有甲烷，因此該區(qū)不僅起到對煤進(jìn)行預(yù)熱的作用，而且 還進(jìn)一步通過部分熱解增加了氣體產(chǎn)物中的甲烷含量。熱解還產(chǎn)生了焦油，焦油在該區(qū) 的條件下隨氣體產(chǎn)物離開氣化爐，而部分熱解后的煤粉則向下進(jìn)入到氣化爐下面各區(qū)繼 續(xù)反應(yīng)。該部分熱解區(qū)中的溫度主要通過下面各區(qū)的氣體流量及加入到該區(qū)中的煤粉的 進(jìn)料量來調(diào)節(jié)，一般是450-650°C。
本發(fā)明的第一實施方案的步驟b發(fā)生在氣化爐的催化氣化區(qū)。在該步驟中，部 分熱解的煤粉被送入催化氣化區(qū)后在催化劑的作用下與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流接觸 并發(fā)生反應(yīng)，生成氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣，其中該生成的氣體物流中主要含有 CH4, CO、壓和(02，以及少量的H2S和NH3等。在該催化氣化區(qū)中發(fā)生的主要反應(yīng) 如下
2C+2H20 — 2H2+2CO (1)
C0+H20 — C02+H2 (2)
3H2+CO — CH4+H20 (3)
C+2H2 — CH4 (4)
所述催化氣化區(qū)的反應(yīng)溫度為650 750°C，壓力為0.1 4Mb(絕對壓力， 下同)。在催化氣化區(qū)中，來自氣化爐殘渣氣化區(qū)的CO和H2在催化劑的作用下發(fā)生甲 烷化反應(yīng)，如反應(yīng)式(3)所示，增加了甲烷產(chǎn)率，同時放出的反應(yīng)熱被反應(yīng)生成的氣體 向上運動攜帶到所述部分熱解區(qū)中以進(jìn)行步驟a，而未充分反應(yīng)的煤殘渣則進(jìn)入殘渣氣化 區(qū)。此外，還發(fā)生碳的氣化反應(yīng)(1)和G)、一氧化碳變換反應(yīng)(2)等反應(yīng)。其中所述 催化劑選自堿金屬或堿土金屬氧化物、堿金屬或堿土金屬碳酸鹽或堿金屬或堿土金屬氫 氧化物或它們的混合物，例如氧化鈉、氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、氫 氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣等，該區(qū)中的催化劑與煤粉重量比為0.05 0.2。
本發(fā)明的第一種實施方案的步驟C發(fā)生在氣化爐的殘渣氣化區(qū)。步驟b的煤殘 渣向下進(jìn)入該區(qū)后，與通入該區(qū)的氣化劑接觸，其中所述氣化劑含有氧氣以及飽和蒸汽 或過熱蒸汽，其中過熱蒸汽的溫度可為200-500°C，通入氣化爐的過熱蒸汽與通入氣化爐 的煤的重量比一般為0.5 5，通入的氧氣與進(jìn)入氣化爐的煤粉的重量比0.1 1.0。過熱 蒸汽和氧氣可以以混合物形式通入該區(qū)，也可以分別通入該區(qū)并在該區(qū)中發(fā)生混合。在 該區(qū)發(fā)生的主要的反應(yīng)如下
C+02 — CO2 (5)
C+C02 —2CO (6)
C+H20 — CO+H2 (7)
C0+H20 — C02+H2 (8)
這些反應(yīng)生成包括合成氣在內(nèi)的氣體物流和灰渣，在該區(qū)中碳的總轉(zhuǎn)化率可達(dá) 90%以上。其中所述包括合成氣在內(nèi)的氣體物流還包括二氧化碳和未反應(yīng)的水蒸氣以及 可能的氧氣等氣體，該氣體物流向上進(jìn)入所述催化氣化區(qū)以進(jìn)行步驟b，而所述灰渣則排 出氣化爐。由于該區(qū)中的反應(yīng)為強氧化反應(yīng)，放出大量的熱量，故該區(qū)的溫度是氣化爐 中最高的?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)氣化劑的進(jìn)料速率和/或組成來將該區(qū)的溫度控制在適合于生成 合成氣的溫度下，一般為800-1200°C，所放出的反應(yīng)熱為上面的催化氣化區(qū)提供熱量。 在該區(qū)中，通入的水蒸氣與進(jìn)入氣化爐的煤的重量比一般為0.5 5，通入的氧氣與進(jìn)入 氣化爐的煤的重量比一般為0.1 1.0。若本發(fā)明的方法中采用的催化劑在該區(qū)的溫度下 不能氣化，則該催化劑隨著灰渣排出氣化爐，進(jìn)入到催化劑回收單元進(jìn)行回收；若本發(fā) 明的方法中采用的催化劑在該區(qū)的溫度下能夠氣化，則該催化劑被氣化成蒸氣并隨著所 述包括合成氣在內(nèi)的氣體物流向上進(jìn)入到所述催化氣化區(qū)，并隨著氣體溫度的降低而冷 凝在煤上重復(fù)發(fā)揮催化作用。
或者，更廣義地，本發(fā)明的多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法中，可以省略 部分熱解區(qū)，因此，本發(fā)明的方法可以包括以下步驟
1).將煤粉加入到含催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的催化氣化區(qū)與來自殘渣 氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸生成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣， 和
2).將步驟1)的煤殘渣送入殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化 氣化區(qū)和灰渣排出氣化爐。
其中至少一部分煤從所述催化氣化區(qū)進(jìn)入氣化爐。在步驟1)中，煤在該催化氣 化區(qū)中與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸生成含甲烷的氣體物流和未充 分反應(yīng)的煤殘渣，其中催化劑、溫度、壓力工藝條件等與上文對第一種實施方案的步驟b 所述的工藝條件基本相同，生成的含甲烷的氣體物流向上流出氣化爐，而未充分反應(yīng)的 煤殘渣向下運動到殘渣氣化區(qū)。
在步驟幻中，來自步驟1)的煤殘渣進(jìn)入殘渣氣化區(qū)后與氣化劑接觸，其中步驟 2)中所發(fā)生的反應(yīng)、氣化劑種類和組成、所生成的氣體物流的組成、溫度、壓力等工藝 條件也與上文中的第一種實施方案的步驟c基本相同。
本發(fā)明還涉及煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐，包括
a.部分熱解區(qū)，用于將煤粉與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸，生成的含甲烷 的氣體物流離開氣化爐和生成的部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)；
b.催化氣化區(qū)，用于將來自部分熱解區(qū)的部分熱解的煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的 氣體物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入所述部分熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣送入殘渣氣 化區(qū)；和
C.殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣 體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)，生成的灰渣排出氣化爐。
或者，其中的部分熱解區(qū)也可以省略，在這種情況下，本發(fā)明的煤氣化制備含 甲烷的氣體的氣化爐包括
1).催化氣化區(qū)，用于將煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接 觸，生成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣；和
2).殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣 體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)，生成的灰渣排出氣化爐。
在氣化爐的各區(qū)都可根據(jù)需要設(shè)有用于將物料，例如煤、催化劑、煤與催化劑 的混合物、氣化劑等通入氣化爐的進(jìn)料設(shè)備，這些進(jìn)料設(shè)備是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。 此外，在氣化爐的底端和頂端還設(shè)有供氣體和灰渣離開氣化爐的出料設(shè)備，這些出料設(shè) 備也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的氣化爐包括用于將至少一部分煤從氣化爐的 部分熱解區(qū)和/或催化氣化區(qū)的任意一處或幾處加入氣化爐的設(shè)備。這些進(jìn)料設(shè)備可 包括料倉、旋轉(zhuǎn)給料設(shè)備以及必要的連接管道。取決于氣化爐采用常壓氣化還是高壓氣 化，進(jìn)料設(shè)備可在常壓或高壓下運行。
在另一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的氣化爐包括用于將催化劑混入煤粉的設(shè)備 和用于將催化劑直接加入氣化爐的設(shè)備。
在另一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的氣化爐還包括用于將至少部分熱解的煤粉 從熱解區(qū)輸送到催化氣化區(qū)的設(shè)備，例如溢流管等，和用于將煤殘渣從催化氣化區(qū)輸送 到殘渣氣化區(qū)的設(shè)備，這樣的設(shè)備可為本領(lǐng)域已知的排渣設(shè)備。在優(yōu)選的實施方案中， 在氣化爐低端出口處設(shè)置兩個串聯(lián)的排渣設(shè)備，其中一級排渣設(shè)備與氣化爐之間設(shè)有閥 門、二級排渣設(shè)備與一級排渣設(shè)備之間也設(shè)有閥門，兩個排渣設(shè)備上還均設(shè)置有放空閥 門和充壓閥門。排渣時，首先將第一排渣設(shè)備與第二排渣設(shè)備之間的閥門關(guān)閉，并將第 一排渣設(shè)備與氣化爐之間的閥門打開，灰渣排入第一排渣設(shè)備中。待第一排渣設(shè)備接收 的灰渣的質(zhì)量達(dá)到設(shè)定閾值后，打開第二排渣設(shè)備的充壓閥門為第二排渣設(shè)備充壓，在 第二排渣設(shè)備的壓力與第一排渣設(shè)備的壓力一致時，打開第一排渣設(shè)備與第二排渣設(shè)備 之間的連通閥門，第一排渣設(shè)備中的固體送入第二排渣設(shè)備后，關(guān)閉第一排渣設(shè)備與第 二排渣設(shè)備之間的連通閥門，打開第二排渣設(shè)備的放空閥門為第二排渣設(shè)備卸壓，將第 二排渣設(shè)備中的灰渣排出。
使用本發(fā)明的氣化爐來實施本發(fā)明的方法還包括煤粉制備設(shè)備、將催化劑與煤 粉混合的混料設(shè)備、將混料干燥及預(yù)氧化的設(shè)備和煤粉進(jìn)料設(shè)備，這些設(shè)備都是本領(lǐng)域 公知的。
使用本發(fā)明的氣化爐來實施本發(fā)明的方法還包括將離開氣化爐的含甲烷的氣體 物流分離和提純的設(shè)備和將氣化爐底部的灰渣排出的排渣設(shè)備，這些設(shè)備也是本領(lǐng)域公 知的。
實施例
給出以下實施例以舉例說明本發(fā)明，這些實施例并非限制性的。
參見圖1，圖1中的氣化爐從上至下包括三個區(qū)，分別是部分熱解區(qū)40、催化氣 化區(qū)41、殘渣氣化區(qū)42。原煤通過管線43進(jìn)入部分熱解區(qū)40，部分熱解區(qū)40溫度為 450 650°C，來自催化氣化區(qū)41中的氣體物流在部分熱解區(qū)40中加熱進(jìn)料原煤煤粉， 使之發(fā)生部分熱解及加氫熱解，得到含甲烷的氣體產(chǎn)物、焦油及熱解后的煤粉。氣體產(chǎn) 物和焦油從出口管線48離開氣化爐，進(jìn)入后續(xù)分離設(shè)備。熱解后的煤粉向下運動進(jìn)入到 催化氣化區(qū)41。另有一部分煤和催化劑以混合物的形式從管線44進(jìn)入到催化氣化區(qū)， 這些煤與來自部分熱解區(qū)的熱解后的煤粉一起在催化氣化區(qū)41中與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)如上文反應(yīng)式(1)-(4)所示，生成氣體產(chǎn)物。主要有CH4、CO、 H2和CO2,以及少量的H2S和NH2等。這些氣體產(chǎn)物向上運動到部分熱解區(qū)40中去熱 解煤。催化氣化區(qū)41的溫度為650-750°C。未充分反應(yīng)的煤殘渣則向下進(jìn)入到殘渣氣化 區(qū)42，在通入的過熱蒸汽46和氧氣47的作用下，發(fā)生上述反應(yīng)式(5)-(8)所示的反應(yīng)， 生成包含合成氣在內(nèi)的氣體產(chǎn)物和固體灰渣，這些氣體產(chǎn)物向上運動到催化氣化區(qū)41中 進(jìn)行反應(yīng)，而灰渣則通過一級排渣設(shè)備50和二級排渣設(shè)備51排出氣化爐。該實施例中 的氣化爐操作在3.5MPa壓力下。
本發(fā)明的優(yōu)點如下
(1)保留了催化氣化特色和優(yōu)勢，得到較高含量的甲烷，克服了單獨催化氣化的 難點，如反應(yīng)時間較長、排出的灰渣碳含量較高等；
(2)多區(qū)耦合氣化，本發(fā)明的氣化爐的部分熱解區(qū)利用催化氣化產(chǎn)氣的余溫加熱 剛進(jìn)入的粉煤，進(jìn)行部分熱解，產(chǎn)生甲烷氣體等產(chǎn)品，在沒有增加能耗的條件下增加了 甲烷和焦油；催化氣化區(qū)發(fā)生催化氣化主反應(yīng)；殘渣氣化區(qū)通過通入氣化劑來氣化剩余 殘渣，通過對殘渣的燃燒、氣化提供了催化氣化需要的熱量，同時提供氫氣和CO，有利 于催化氣化反應(yīng)；
(3)與兩步法制備甲烷相比，該裝置集多個反應(yīng)器于一體，實現(xiàn)物流耦合、熱 量耦合，自供反應(yīng)熱降低過熱蒸汽的能耗，解決了殘渣含碳的問題；延長了平均停留時 間，增大了氣體產(chǎn)能，提高了碳轉(zhuǎn)化率。
(4)從整個過程看，利用該多區(qū)氣化爐氣化制備富含甲烷氣體，熱效率較高，固 相加工深度較高，氣體產(chǎn)物中甲烷含量較高，設(shè)備精簡，易操作。
權(quán)利要求
1.多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法，包括下列步驟a.將煤粉加入到含部分熱解區(qū)、催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的部分熱解區(qū)與 來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸以部分熱解所述煤粉生成含甲烷的氣體物流和部分熱解 的煤粉，b.將所述部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)在催化劑存在下與來自殘渣氣化區(qū)的氣體 物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入部分熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣進(jìn)入殘渣氣化區(qū)，和c.將所述煤殘渣在殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)和生 成的灰渣排出氣化爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少一部分煤從氣化爐的部分熱解區(qū)和/或催化氣化 區(qū)的任意一處或幾處進(jìn)入氣化爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化劑選自堿金屬或堿土金屬的氧化物、碳酸 鹽、氫氧化物或它們的混合物。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其中部分熱解區(qū)的溫度在450-650°C范圍內(nèi)，催化氣化 區(qū)溫度在650-750°C范圍內(nèi)，殘渣氣化區(qū)溫度在800-1200°C范圍內(nèi)，氣化爐內(nèi)的壓力在 0.1-4MPa范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，所述氣化劑從氣化爐底部通入，其含有氧氣以及飽和 蒸汽或過熱蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中通入的過熱蒸汽與進(jìn)入氣化爐的煤的重量比為 0.5-5，通入的氧氣與進(jìn)入氣化爐的煤的重量比為0.1-1.0。
7.多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法，包括下列步驟1).將煤粉加入到含催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的催化氣化區(qū)與來自殘渣氣化 區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸以生成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣，和2).將步驟1)的煤殘渣送入殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化氣化 區(qū)和生成的灰渣排出氣化爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述催化劑選自堿金屬或堿土金屬氧化物、堿金屬或 堿土金屬碳酸鹽或堿金屬或堿土金屬氫氧化物或它們的混合物。
9.權(quán)利要求7的方法，其中催化氣化區(qū)溫度在650-750°C范圍內(nèi)，殘渣氣化區(qū)溫度在 800-1200°C范圍內(nèi)，氣化爐壓力在0.1-4MPa范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求7的方法，所述氣化劑從氣化爐底部通入，其含有氧氣以及飽和蒸汽或 過熱蒸汽。
11.煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐，包括a.部分熱解區(qū)，用于將煤粉與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸，生成的含甲烷的氣 體物流離開氣化爐和生成的部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)；b.催化氣化區(qū)，用于將來自部分熱解區(qū)的部分熱解的煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的氣體 物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入所述部分熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣送入殘渣氣化 區(qū)；禾口C.殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣體物 流進(jìn)入催化氣化區(qū)，生成的灰渣排出氣化爐。
12.權(quán)利要求11的氣化爐，進(jìn)一步包括用于將至少一部分煤從氣化爐的部分熱解區(qū)和/或催化氣化區(qū)的任意一處或幾處加入氣化爐的設(shè)備。
13.權(quán)利要求11或12的氣化爐，還包括用于將催化劑混入煤粉的設(shè)備和用于將催化 劑直接加入氣化爐的設(shè)備。
14.權(quán)利要求11或12的氣化爐，還包括用于將部分熱解的煤粉從熱解區(qū)輸送到催化 氣化區(qū)的設(shè)備和用于將煤殘渣從催化氣化區(qū)輸送到殘渣氣化區(qū)的設(shè)備。
15.煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐，包括1).催化氣化區(qū)，用于將煤粉與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流在催化劑存在下接觸，生 成含甲烷的氣體物流和未充分反應(yīng)的煤殘渣；和2).殘渣氣化區(qū)，用于將來自所述催化氣化區(qū)的煤殘渣與氣化劑接觸，生成的氣體物 流進(jìn)入催化氣化區(qū)，生成的灰渣排出氣化爐。
16.權(quán)利要求15的氣化爐，還包括用于將催化劑混入煤粉的設(shè)備和用于將催化劑直接 加入氣化爐的設(shè)備。
17.權(quán)利要求15的氣化爐，還包括用于將煤殘渣從催化氣化區(qū)輸送到殘渣氣化區(qū)的設(shè)備。
18.權(quán)利要求11或15的氣化爐，還包括設(shè)置在氣化爐底端出口處的兩個串聯(lián)的排渣
全文摘要
公開了一種多區(qū)煤氣化制備含甲烷的氣體的方法，包括下列步驟a.將煤粉加入到含部分熱解區(qū)、催化氣化區(qū)和殘渣氣化區(qū)的氣化爐的部分熱解區(qū)與來自催化氣化區(qū)的氣體物流接觸以部分熱解所述煤粉生成含甲烷的氣體物流和部分熱解的煤粉，b.將所述部分熱解的煤粉送入催化氣化區(qū)在催化劑存在下與來自殘渣氣化區(qū)的氣體物流接觸，生成的氣體物流進(jìn)入部分熱解區(qū)和未充分反應(yīng)的煤殘渣進(jìn)入殘渣氣化區(qū)，和c.將所述煤殘渣在殘渣氣化區(qū)與氣化劑接觸，生成的氣體物流進(jìn)入催化氣化區(qū)和生成的灰渣排出氣化爐。還公開了一種煤氣化制備含甲烷的氣體的氣化爐。
文檔編號C10J3/60GK102021039SQ20091017038
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者孫東凱, 張 榮, 曲旋, 李克忠, 李金來, 畢繼誠, 毛燕東, 甘中學(xué), 程相龍 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司