[發明專利]一種用于煤制天然氣的工藝及其方法

無效

• 申請號: 201110083965.8
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102242006A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 王興軍;于廣鎖;劉海峰;王輔臣;龔欣;王亦飛;陳雪莉;代正華;周志杰;梁欽鋒;郭曉鐳;李偉鋒;許建良;郭慶華
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種天然氣的生成工藝過程，可用于大型煤制天然氣項目。?

技術背景

煤氣化技術是實現煤潔凈、高效、綜合利用的關鍵，也是煤炭轉化的重要途徑。將一些品位較低，儲量豐富且不適于長距離運輸的煤種通過氣化制成天然氣，是解決我國天然氣供求矛盾的有效途徑。?

與傳統的合成氣催化制天然氣過程相比，煤加氫氣化制天然氣流程更簡單，反應可以在一個氣化爐中進行，省去了傳統工藝的甲烷化反應器，因而整體效率更高、投資成本更低。煤與氫氣在催化劑作用下可在較低溫度下進行反應，在制取天然氣(SNG)的同時，還能獲得附加值很高的芳香族油類化合物。煤加氫氣化中氫氣的來源可通過多噴嘴煤氣化技術獲得，也可通過煤水蒸汽催化獲得，或者通過氫氣管網等。本研究方案將煤通過催化加氫制得天然氣產品，既解決了天然氣的短缺問題，又實現了煤的潔凈利用。?

主要反應：C+H₂＝CH₄

煤加氫制天然氣過程幾乎沒有CO₂排放，是綠色、環保的技術。?

發明內容

本發明的目的就是將煤在氫氣氣氛下反應，得到優質的天然氣和高經濟價值的BTX、PCX、萘等附屬產品。煤加氫反應過程在中溫、中壓條件下進行，溫度在600-1000℃之間(優選750-900℃)，壓力在1.0-10.0MPa(優選2.0-5.0MPa)，煤通過催化劑的作用大大降低了氣化溫度，提高了碳轉化率，煤被深度裂解，甲烷的生成速率也很高。反應過程中經過換熱，副產高品位的蒸汽，可用于補充催化劑回收單元的水洗過程，或用于蒸汽輪機發電，或者用于原料的預熱。煤加氫氣化制天然氣過程的無CO₂排放，既解決了天然氣的短缺，又實現了CO₂減排合，是一種經濟、環保、靈活的工藝流程。?

本發明實施例提供的方案中，煤加氫制甲烷過程中的催化劑可分為單組分和復合型催化劑。典型的單組分催化劑有堿金屬、堿土金屬和過渡金屬。復合催化劑是在單組分催化劑的基礎上添加稀土金屬、微量元素或者不同單組分催化劑的混合。多元復合催化劑由于熔點較低，在氣化溫度下為液態，因而易擴散、活性位點多，催化效果最好。由于催化劑是與煤種混合的，使用量較大，因此該工藝還包括催化劑回收單元。煤氣化后的氣化渣采取水洗的方法回收絕大部分的水溶性催化劑活性組分，而少量非水溶性催化劑活性組分，則采用堿吸收的方法回收。采用催化劑回收的煤加氫制天然氣工藝，節約了成本，具有一定的經濟效益。?

本發明工藝具體的方法步驟如下：?

(1)混合均勻的煤與催化劑樣品通過螺旋給料機或者干粉泵進入氣化爐，氫氣由氣化爐下部進入，在催化劑作用下進行加氫制甲烷的反應。從熱力學角度上，溫度升高不利于CH₄生成，但實際過程需要考慮動力學的控制，從700℃增加至1000℃的過程中，反應的平均氣化速率顯著上升；當溫度高于800℃，碳轉化率的增加就不太明顯了。在溫度為700℃，壓力為2.5MPa條件下，反應的氣體產物主要為甲烷(＞90％，摩爾百分量)，并伴有少量的CO₂、CO和CnHm，主要在煤加氫氣化以及焦碳、焦油的二次反應過程中產生。?

(2)CO₂氣體通過堿性溶液吸收得到堿金屬的碳酸鹽，這部分碳酸鹽結晶后又可以用于煤加氫反應過程的催化劑，剩余部分的CO₂可以封存以減少溫室氣體排放；?

(3)煤加氫氣化后的尾氣都含有極高的反應熱，這部分熱能通過氣化爐外連接的換熱裝置加以回收。換熱器內低溫水蒸汽與高溫反應氣對流傳熱得到過熱蒸汽，可用于煤樣的預熱，也可以用于蒸汽輪機發電，或催化劑回收單元水洗過程。?

(4)煤氣化后的氣化渣中含有大量可以利用的催化劑活性組分，通過水洗過濾，一方面降低了大量粉塵，另一方面催化劑溶于水溶液中，經蒸發結晶又可以再利用；一部分催化劑與灰分形成了非水溶性的硅酸鹽，可通入Ca(OH)₂溶液，將其置換成堿溶液。堿洗過程要確定合適的反應摩爾比以及溶液的pH值。洗滌后的溶液用原子吸收光譜儀分析活性組分的離子濃度，以催化劑活性組分計算回收的量，優化回收條件。?

附圖說明

圖1為本發明煤制天然氣工藝流程圖。?