[發明專利]一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置和工藝

在審

• 申請號: 201911296475.9
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110951508A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 李春玉;周興;趙建濤;黃戒介;房倚天;宋雙雙;張永奇;余鐘亮;冀少華
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/84;C10J3/86;C10L3/08;B01J23/78
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置，其特征在于：包括流化床氣化反應器、煅燒反應器；

流化床氣化反應器底部設有反應原料進口、過熱水蒸氣進口和貧甲烷煤氣進口；流化床氣化反應器中發生催化氣化、水蒸氣變換、甲烷化反應；流化床氣化反應器的頂部出口連接旋風分離器，旋風分離器的頂部氣體出口連接廢熱鍋爐，廢熱鍋爐依次連接煤氣凈化裝置和氣體分離裝置；流化床氣化反應器的底部出口連接顆粒分離裝置，顆粒分離裝置分離出灰渣和催化劑；

旋風分離器的底部固體出口連接煅燒反應器，煅燒反應器內發生碳酸鈣分解反應；煅燒反應器底部設有空氣入口，煅燒反應器底部的固體出口連接流化床氣化反應器，流化床氣化反應器側面的氣體出口連接二氧化碳分離裝置；

廢熱鍋爐的過熱水蒸氣出口連接流化床氣化反應器，氣體分離裝置的貧甲烷煤氣出口連接流化床氣化反應器，過熱水蒸氣和貧甲烷煤氣作為氣化劑使用。

2.一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于包括以下步驟：

1）將不同粒徑的煤、催化劑、氧化鈣依次通過平衡鎖斗、進料斗進入流化床氣化反應器中，過熱水蒸氣和循環貧甲烷煤氣從流化床氣化反應器的底部通入，在流化床氣化反應器中發生催化氣化、水蒸氣變換、甲烷化反應生成富含甲烷的煤氣；氧化鈣與氣化反應生成的二氧化碳進行碳酸化反應生成碳酸鈣，放出的反應熱補充氣化反應所需熱量，以實現系統的自熱平衡；

2）富甲烷煤氣攜帶碳酸鈣和半焦從流化床氣化反應器頂部排出，進入旋風分離器中，分離得到的碳酸鈣和半焦進入煅燒反應器，在煅燒反應器中半焦與從其底部通入的空氣發生燃燒反應并提供碳酸鈣分解所需的熱量，碳酸鈣分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣返回流化床氣化反應器中循環利用，煅燒煙氣進入二氧化碳分離裝置，分離后的煙氣放空，捕集的二氧化碳集中處理；

3）從旋風分離器排出的高溫富甲烷煤氣進入廢熱鍋爐，在廢熱鍋爐中高溫富甲烷煤氣與脫氧水換熱產生過熱水蒸氣，過熱水蒸氣作為氣化劑進入流化床氣化反應器；

4）從廢熱鍋爐排出的低溫富甲烷煤氣進入煤氣凈化裝置，進行除塵脫硫操作，除去氣體中的氣固污染物；

5）凈化后的富甲烷煤氣進入氣體分離裝置，分離得到目標產物甲烷，其它貧甲烷煤氣（主要為氫氣、一氧化碳）與過熱水蒸氣作為氣化劑返回流化床氣化反應器；

6）煤氣化反應和煅燒半焦后生成的灰渣及部分催化劑從流化床氣化反應器底部排出，進入顆粒分離裝置，利用顆粒物性的差別，分離灰渣和催化劑，催化劑返回進料系統中的平衡鎖斗循環利用，灰渣送后系統處理。

3.根據權利要求2所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：所述煤粉粒徑為3~5 mm；所述煤包括褐煤、煙煤、無煙煤中的一種。

4.根據權利要求2所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：所述氣化反應溫度為650-850 ℃，氣化壓力為1-8 MPa。

5.根據權利要求2所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：煅燒反應溫度為800-1000 ℃。

6.根據權利要求2所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：所述氧化鈣粒徑為100-300 μm。

7.根據權利要求2所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：所述催化劑為氧化鋁負載型催化劑；以氧化鋁為載體，在其上負載K、Ca、Fe中任意一種或多種金屬組分。

8.根據權利要求7所述的基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷工藝，其特征在于：催化劑中金屬的質量百分比為：K:0-30%，Ca：0-15%，Fe：0-20%，且以上三種組分不能同時為0；所述催化劑粒徑為500-800 μm。