[發(fā)明專利]煤的綜合利用方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910170385.5
• 申請(qǐng)日: 2009-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN101792680A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢繼誠;李金來;甘中學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新奧科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): C10J3/66
• 分類號(hào): C10J3/66;C07C9/04;C07C1/04;C07C31/04;C07C31/20;C07C29/151;C07C43/04;C07C41/01;B01J20/22;C10L1/00;C01B13/02;C01B3/02;C07C31/08
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 孫愛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤化工，特別是涉及一種多區(qū)煤氣化子方法和子系統(tǒng) 耦合其它子方法和子系統(tǒng)的煤的綜合利用方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國是富煤貧油少氣的國家，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jì)代價(jià)，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(duì)設(shè)備要求高，且需三個(gè)反應(yīng)裝置、工藝較復(fù) 雜等缺點(diǎn)。

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(duì)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(diǎn)。

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℃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(shí)間長，碳轉(zhuǎn)化率較低，氣體分離系 統(tǒng)投資高等缺點(diǎn)；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(jì)性差。

美國專利4,077,778提出采用多級(jí)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(jí)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(shí)間，最大限度提高碳轉(zhuǎn)化率。采用多級(jí)氣化較之單級(jí)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(gè)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(jí)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(jí)處理將堿金屬物質(zhì)從反應(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(jì)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℃-950℃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℃-800℃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?jiān)泻剂枯^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(shí)設(shè)備繁雜，特別是臥式爐。

在煤催化氣化的產(chǎn)品分離出甲烷后，仍有合成氣存在，仍需對(duì)其 進(jìn)一步利用以生產(chǎn)甲醇、乙二醇、低碳醇或二甲醚等。同時(shí)系統(tǒng)也會(huì) 產(chǎn)生二氧化碳，而二氧化碳排放對(duì)全球氣候變化的影響已經(jīng)為世界所 關(guān)注，所以需要解決二氧化碳的排放問題。