[發(fā)明專利]煤一步法制甲烷的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010601530.7
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN113845951B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金渭龍;鐘思青;徐俊;李勇征
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10J3/00;C10J3/72;C10J3/84
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張云芳

本發(fā)明提出了一種煤一步法制甲烷的裝置及方法，該裝置包括氣化爐、制氫爐、不完全燃燒爐、氣化爐第一旋風分離器、氣化爐第二旋風分離器、氣化爐冷卻凈化單元、不完全燃燒爐旋風分離器和制氫爐冷卻分離單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在氣化爐內(nèi)進行催化熱解、焦油催化裂化、甲烷化和載體還原等反應(yīng)，進入氣化爐的反應(yīng)物分別為來自制氫爐和不完全燃燒爐，其中來自制氫爐的高純度氫氣中氫氣含量99.0％以上，不含有水分，來自不完全燃燒爐中合成氣主要為半焦不完全燃燒產(chǎn)生的CO+CO₂合成氣，半焦中H含量極低，不完全燃燒產(chǎn)生的水含量低于1％。這樣保證了進入氣化爐反應(yīng)物中幾乎不含有水，促進了甲烷化反應(yīng)的平衡，提高了甲烷含量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤制甲烷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及煤一步法制甲烷的裝置及方法。

背景技術(shù)

富煤、貧油、少氣是我國的能源結(jié)構(gòu)特征，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化步伐的加快，對天然氣的需求日益增加。我國自身的天然氣產(chǎn)量以無法滿足需求量，供需矛盾日益突出，供應(yīng)缺口唯有依賴進口得以彌補，極大程度上影響了我國的能源安全。鑒于我國是一個煤炭大國，利用豐富的煤炭資源，將煤轉(zhuǎn)化成天然氣，是煤炭清潔高效利用的重要途徑，適合我國國情，極大程度上緩解了天然氣的供需矛盾，成為當前煤化工領(lǐng)域的研究熱點之一。

現(xiàn)階段常用的煤制天然氣技術(shù)是先將煤轉(zhuǎn)換成合成氣(CO+H₂)，再進行變換反應(yīng)使得H₂與CO的比例滿足要求后，進行甲烷化反應(yīng)，最終得到SNG(合成天然氣)。該方法工藝流程復雜，需要多個反應(yīng)裝置，各反應(yīng)中間過程溫度不匹配，存在設(shè)備投資大、反應(yīng)能耗高、運行成本高的問題。近年來提出的，煤催化氣化一步法制天然氣技術(shù)，可以使煤在催化劑的作用下，在同一反應(yīng)器內(nèi)進行催化氣化、催化變換和催化甲烷化反應(yīng)得到富含甲烷的合成氣，該技術(shù)具有較高的經(jīng)濟性和可行性。

美國專利US4077778提出了一種煤一步法制甲烷的工藝，采用堿金屬碳酸鹽或堿金屬氫氧化物為催化劑，通過過熱蒸汽控制爐內(nèi)反應(yīng)溫度在700℃左右，并與煤粉在催化劑的作用下進行反應(yīng)，直接得到富甲烷氣體。新奧集團的專利CN201010279560.7提出了一種多層流化床催化氣化制富甲烷氣體的工藝，將氣化爐分為合成氣產(chǎn)生段、煤甲烷化段和合成氣甲烷化段，使燃燒、氣化、甲烷化反應(yīng)和熱解反應(yīng)分段進行，實現(xiàn)了自供熱反應(yīng)。上述煤催化氣化制天然氣技術(shù)中，由于氣化和甲烷化反應(yīng)耦合在一個反應(yīng)器中，氣化反應(yīng)需要大量的水蒸氣，而這些水蒸氣不可避免得會進入甲烷化反應(yīng)段，水蒸氣作為反應(yīng)物對甲烷化反應(yīng)極為不利，影響反應(yīng)平衡，從而限制了甲烷含量的提高，并且還存在反應(yīng)速率慢，催化劑回收成本高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種煤一步法制甲烷的方法，有效提高了反應(yīng)器出口甲烷含量。本發(fā)明在各自的單元生成甲烷化反應(yīng)所需的反應(yīng)物，并且在進入甲烷化單元之前將反應(yīng)物中的水分脫除，在新型高效催化劑的作用下以適當?shù)腍₂/(CO+CO₂)比例混合接觸進行甲烷化反應(yīng)，這樣就打破了原有的反應(yīng)平衡，提高了反應(yīng)器出口甲烷含量。