[發明專利]合成氣制備工藝及裝置

有效

• 申請號: 201810299929.7
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108424791B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 肖睿;張帥;曾德望;曾驥敏
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10J3/60
• 分類號: C10J3/60;C10J3/84;C10J3/72
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 楊曉莉

本發明公開了一種合成氣制備工藝，鐵基載氧體在燃料反應器內被煤熱解產生的氣體還原，并與熱解焦炭共同進入氣化反應器內發生水蒸氣?鐵法制氫反應和焦炭氣化反應，一步實現煤化工過程氣體/液體燃料合成所需的高品質合成氣，同時鐵基載氧體被氧化后進入空氣反應器內，與空氣反應實現氧化再生，從而完成合成氣制備工藝的循環反應過程。本發明還公開了專用于上述工藝的裝置。相比較于現有技術，本工藝能夠一步實現煤化工過程所需的高H₂/CO比合成氣，且合成氣中無CO₂、焦油、H₂S等雜質；所述工藝裝置省去了傳統煤化工過程所需的水汽變換反應裝置、空分裝置等高耗能設備，系統工藝流程大幅簡化，能量利用效率更高，投資、運行成本低。

技術領域

本發明屬于能源轉化及環境保護技術，特別是涉及一種適合煤化工過程的高品質合成氣制備工藝及裝置。

技術背景

我國“富煤、貧油、少氣”的能源結構決定了油、氣資源在未來較長時間內仍將依賴于國外進口，這對我國的能源安全產生巨大威脅。通過以煤氣化工藝為基礎的能源熱轉化技術可以實現以甲烷為主的氣體燃料和以醇類、醛類、汽油等液體產品的合成，對我國煤炭資源的清潔高效利用和能源資源的戰略儲備具有重大意義。

傳統煤化工制備氣體/液體燃料主要包括煤氣化、凈化與調整、產品合成三個過程，其中煤氣化制備合成氣是燃料合成的核心技術之一，是后續環節成功實施的必要前提。然而，傳統煤氣化制備的合成氣品質低(H₂和CO含量低、CO₂含量高)、H₂/CO比例低，且合成氣中含有大量焦油、H₂S等雜質，無法滿足后續產品合成階段對合成氣品質及H₂/CO比的要求(如甲烷合成需要H₂/CO比達到3、甲醇合成需要H₂/CO比達到2)。目前，提高合成氣中的H₂/CO比主要通過一步或多步水煤氣變換反應(CO+H₂O→CO₂+H₂)實現，合成氣中的雜質通過多種凈化工藝實現，CO₂需要通過脫碳工藝實現脫除，因而整個系統復雜程度較高、工藝流程長，導致能耗、投資和運行成本大幅上升。在此背景下，開發高效、低成本且滿足產品合成階段要求的煤氣化技術至關重要。

近年來，采用載氧體提供氧源的煤基化學鏈氣化技術受到廣泛關注，該技術將傳統煤氣化過程的一步反應分解為兩步反應，實現了煤炭化學能的梯級利用和能源轉化效率的提高。通過控制氣化反應器內煤/載氧體的質量比可以產生低成本、熱值高、具備不同H₂/CO比例的合成氣，但合成氣中存在的CO₂含量高，焦油、H₂S氣體等雜質無法直接去除的問題并沒有得到有效解決，使得整個煤化工工藝系統仍舊比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能源轉化效率高、系統工藝簡單的煤基合成氣制備新工藝。該方法克服了傳統煤氣化和常規化學鏈氣化存在的上述問題，通過合成氣制備階段煤熱解反應和氣化反應的分離以及具備焦油催化裂解功能的鐵基載氧體，實現了合成氣中焦油、H₂S等雜質的直接去除；通過氣化反應器內焦炭氣化反應和水蒸氣-鐵法制氫反應的結合一步實現所需H₂/CO比例的合成氣，同時合成氣熱值高、無CO₂。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種合成氣制備工藝，包括以下步驟：

(1)將煤加入燃料反應器內，并在惰性或CO₂氣氛下發生快速熱解反應生成以H₂、CO、CH₄為主的熱解氣體、焦油和焦炭，其中，焦油被來自于空氣反應器的鐵基載氧體催化裂解成小分子氣體，同時熱解氣體和小分子氣體被鐵基載氧體氧化生成CO₂和H₂O排出，焦炭和被還原后的鐵基載氧體一并進入氣化反應器；