[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

本發明公開了一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置和工藝，屬于能源化工領域。所述裝置由進料裝置、流化床氣化反應器、煅燒反應器和氣體凈化分離裝置構成，煤、催化劑和氧化鈣在流化床氣化反應器中發生甲烷化反應，氧化鈣和二氧化碳反應生成碳酸鈣，促進平衡向生成甲烷的方向移動，同時補充氣化反應所需熱量；在煅燒反應器中碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣返回流化床氣化反應器中循環利用；流化床氣化反應器中產生的煤氣通過凈化分離，得到高純度的甲烷。本發明具有工藝過程簡單、系統自熱平衡和低碳高效的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置和工藝，屬于能源化工領域。

背景技術

采用高效清潔的煤氣化技術將煤炭轉化為天然氣是符合我國國情的能源技術途徑。傳統的煤制天然氣工藝即“兩步法”工藝，煤先經氣化生成合成氣，合成氣經過水煤氣變換后進入甲烷合成單元，此工藝技術比較成熟，目前已成為國內外煤制天然氣項目最主要的應用技術。但該技術由于空分單元，蒸汽-氧氣氣化爐和催化甲烷化反應器的存在，單位產量投資較高，過程效率低。

煤直接合成天然氣技術是將煤氣化及甲烷化合并到一個操作單元中，由煤直接生產富甲烷氣體，主要有加氫氣化工藝與催化氣化工藝兩種典型的工藝。與煤氣化轉化技術相比，煤直接甲烷化技術具有設備簡單、投資少、能耗低的優點。

煤直接甲烷化技術典型代表是美國Exxon科學工程公司的煤催化氣化工藝和巨點能源公司開發的“藍氣技術”。美國Exxon科學工程公司提出了一種煤催化氣化工藝，此工藝使用鉀的碳酸鹽為催化劑，于氣化爐中通入水蒸汽，產品氣中未反應的CO與H₂被循環回氣化爐中繼續反應。此工藝省去了氣體轉化單元，但是增加了產品氣分離裝置，并且甲烷轉化率也有待提高。

2009年美國巨點能源公司（Great Point Energy）開發出了世界上最先進的“一步法”煤制天然氣技術-藍氣技術，它是在加壓流化床氣化爐中在催化劑作用下以煤為原料一步合成天然氣。此技術煤種適應廣泛、成本低、環保，但同時也面臨著許多問題，比如甲烷產率不高，催化劑使用量大。

發明內容

針對目前“一步法”煤制天然氣的特點，本發明提供了一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置和工藝，具有工藝過程簡單、系統自熱平衡和低碳高效的優點。

本發明中，氣化反應器內煤在催化劑作用下氣化并生成甲烷的同時，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，放出的反應熱補充催化氣化、水蒸氣變換反應所需熱量，以實現系統的熱量供給平衡。本發明煅燒反應器中利用半焦燃燒放熱和碳酸鈣分解放熱有效耦合，實現系統的自熱平衡；顆粒分離裝置利用顆粒物性差別實現灰渣和催化劑的有效分離。本發明中氧化鈣的作用：首先是二氧化碳吸收劑，打破反應平衡，促使產生富甲烷煤氣；同時是載熱體，利用碳酸化反應熱提供氣化反應所需要的熱量；此外兼具催化焦油裂解作用。

本發明提供的一種基于氧化鈣的煤化學鏈催化氣化制甲烷裝置，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。