一种煤催化加氢制取甲烷的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种煤催化加氢制取甲烷的方法及装置，涉及煤气化技术领域，为制取甲烷而发明专利技术。所述煤催化加氢制取甲烷的方法包括：煤气化：将钢渣、煤和水蒸气混合进行气化，以制得合成气和铁，其中，所述钢渣包含铁氧化物；甲烷制取：将煤粉、制得的合成气和铁混合进行催化加氢气化，以制得甲烷和含有铁的半焦；铁氧化：将制得的甲烷、含有铁的半焦进行气固分离，分离所得的所述含有铁的半焦再进行氧化，以制得铁氧化物，并将铁氧化物导入煤气化中。本发明专利技术煤催化加氢制取甲烷的方法及装置利用钢渣作为制取甲烷的催化剂，采用两段气化工艺，提高了甲烷的生成率，且实现了钢渣的环保循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种煤催化加氢制取甲烷的方法及装置
本专利技术涉及煤气化
，尤其涉及一种煤催化加氢制取甲烷的方法及煤催化加氢制取甲烷的装置。
技术介绍
煤催化加氢制取甲烷通常采用Fe、Co、Ni等Ⅷ族金属或碱金属作为催化剂，Ⅷ族金属经催化加氢反应以金属单质的形式存在于灰渣中，需要通过酸洗才能实现催化剂回收。酸洗工艺不仅增加成本，还会造成环境污染，且有些催化剂成本较高，因此，催化剂的选择和回收制约着整个煤催化加氢工艺的发展。钢渣是炼钢过程中产生的废渣，其产量约为钢产量的15％～20％。钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，例如钢渣中含有：氧化铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化亚铁(FeO)、铁(Fe)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)及其他杂质；通常钢渣中各组成的质量分数分别为：85.56％左右的Fe2O3、10.53％左右的Fe3O4、0.58％左右的FeO、0.45％左右的Fe、0.20％左右的SiO2、0.06％左右的CaO、2.62％左右的其余杂质。目前钢渣主要作为矿山坑井的填充物、代替石子铺路、生产水质净化剂等，但这些处理方法都对环境造成二次污染，且产品的附加值较低。解决钢渣的环保利用是推动炼钢厂绿色可持续发展的重要举措。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种煤催化加氢制取甲烷的方法及装置，主要目的是利用钢渣作为制取甲烷的催化剂，采用两段气化工艺，提高了甲烷的生成率，且实现了钢渣的环保循环利用。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一种煤催化加氢制取甲烷的方法，包括：煤气化：将钢渣、煤和水蒸气混合进行气化，以制得合成气和铁，其中，所述钢渣包含铁氧化物；甲烷制取：将煤粉、制得的所述合成气和所述铁混合进行催化加氢气化，以制得甲烷和含有铁的半焦；铁氧化：将制得的所述甲烷、所述含有铁的半焦进行气固分离，分离所得的所述含有铁的半焦再进行氧化，以制得铁氧化物，并将所述铁氧化物导入所述煤气化中。本专利技术实施例提供的煤催化加氢制取甲烷的方法，通过将钢渣、煤和水蒸气进行气化，制取含有氢气和一氧化碳的合成气，在煤气化过程中，钢渣中的铁氧化物作为载氧体，为煤气化提供氧源，且铁氧化物还作为催化剂，促进合成气的生成，同时，铁氧化物也被还原成单质铁；再将制得的合成气和铁与煤粉混合进行催化加氢气化，进而制得甲烷，在甲烷生成过程中，铁又作为催化剂，促进甲烷的生成，最后将铁氧化成铁氧化物导入煤气化中，继续作为煤气化原料，这样实现了钢渣的环保循环利用，有效降低了煤催化加氢制取甲烷的工艺成本，同时，提高了钢渣的经济性和环保性。可选的，在所述煤气化过程中：气化温度为700～800℃，气化压力为2.5～4.0MPa。可选的，在所述煤气化过程中：所述煤的粒径小于等于5mm，所述钢渣的粒径小于等于0.4mm。可选的，在所述煤气化过程中：所述钢渣、所述水蒸气和所述煤的质量比为0.5～2∶1～3∶1。可选的，在所述甲烷制取过程中：催化加氢气化温度为750～850℃，催化加氢气化压力为2.5～4.0MPa。可选的，在所述甲烷制取过程中：所述煤粉的粒径小于等于0.4mm。可选的，在所述甲烷制取过程中：所述铁与所述煤粉的质量比为0.04～0.1∶1。可选的，在所述铁氧化过程中：氧化温度为850～900℃，氧化压力为2.5～4.0MPa。本专利技术另一方面实施例还提供了一种煤催化加氢制取甲烷的装置，包括：一段气化炉；二段气化炉，所述二段气化炉的进料口与所述一段气化炉的出料口连通；气固分离器，所述气固分离器的进料口与所述二段气化炉的出料口连通；氧化再生炉，所述氧化再生炉的进料口与所述气固分离器的固相出料口连通，所述氧化再生炉的出料口与所述一段气化炉的进料口连通。本专利技术实施例提供的煤催化加氢制取甲烷的装置，采用一段气化炉和二段气化炉制取甲烷，可使煤转化为高纯度的甲烷，提高甲烷的生成率，有效降低了煤催化加氢制取甲烷的工艺成本，同时，实现了钢渣的环保循环利用，提高了钢渣的经济性和环保性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种煤催化加氢制取甲烷的方法的流程框图；图2为本专利技术实施例提供的一种煤催化加氢制取甲烷的装置的组成示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例煤催化加氢制取甲烷的方法及煤催化加氢制取甲烷的装置进行详细描述。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本专利技术实施例提供了一种煤催化加氢制取甲烷的方法，参照图1，所述制取甲烷的方法的步骤包括：S1：煤气化：将钢渣、煤和水蒸气混合进行气化，以制得合成气和铁，其中，所述钢渣包含铁氧化物。示例的，所述钢渣中的铁氧化物包括：Fe2O3、Fe3O4、FeO中的一种或多种，在煤气化过程中，主要化学反应如下：C+H2O→CO+H2(1)；CO+H2O→H2+CO2(2)；C+Fe2O3→Fe3O4+CO(3)；C+Fe3O4→FeO+CO(4)；C+FeO→Fe+CO(5)；Fe2O3+CO→Fe+CO2(6)；其中，在进行化学反应(1)和化学反应(2)时，铁氧化物作为催化剂，促进生成氢气和一氧化碳的合成气，氢气的含量最多，有时还会有少量的二氧化碳。在反应过程中，铁氧化物作为载氧体，并将其中的氧传递给煤中的碳，而铁氧化物被还原为铁，有时还会还原为低价态铁氧化物，所述低价态铁氧化物指铁的化合价低于反应物中铁氧化物中铁的化合价，最终在完成煤气化工艺后，制得合成气和铁，或者合成气、铁和低价态铁氧化物。为了提高煤气化反应效率，使铁氧化物充分发挥催化作用，所述煤的粒径小于等于5mm，所述钢渣的粒径小于等于0.4mm，使钢渣充分填充在煤的周围，增大与煤的接触面积，以水蒸气为气化剂进行鼓泡流化气化，停留时间充裕，钢渣能够充分与煤接触进行反应。示例的，在煤气化过程中，气化压力为2.5～4.0MPa；再示例的，所述气化压力为3～4MPa；再示例的，所述气化压力为3～3.5MPa。气化温度为700～800℃；再示例的，气化温度为700～750℃。在上述所述气化压力和气化温度下，能够充分保障煤气化的反应效率，保证合成气的生成率。为了保障煤气化的反应效率、催化剂的催化效果和合成气的生成产率，在所述煤气化过程中：所述钢渣、所述水蒸气和所述煤的质量比为0.5～2∶1～3∶1；再示例的，所述钢渣、所述水蒸气和所述煤的质量比为0.5～1.5∶1.5～3∶1；再示例的，所述钢渣、所述水蒸气和所述煤的质量比为0.5～1∶1.5～2.5∶1。其中，具体的质量比还可根据实际工况决定。由于煤气化温度为700～800℃，而铁的熔点为1538℃左右，FeO的熔点为1369℃左右，所以在煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，包括：煤气化：将钢渣、煤和水蒸气混合进行气化，以制得合成气和铁，其中，所述钢渣包含铁氧化物；甲烷制取：将煤粉、制得的所述合成气和所述铁混合进行催化加氢气化，以制得甲烷和含有铁的半焦；铁氧化：将制得的所述甲烷、所述含有铁的半焦进行气固分离，分离所得的所述含有铁的半焦再进行氧化，以制得铁氧化物，并将所述铁氧化物导入所述煤气化中。

【技术特征摘要】
1.一种煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，包括：煤气化：将钢渣、煤和水蒸气混合进行气化，以制得合成气和铁，其中，所述钢渣包含铁氧化物；甲烷制取：将煤粉、制得的所述合成气和所述铁混合进行催化加氢气化，以制得甲烷和含有铁的半焦；铁氧化：将制得的所述甲烷、所述含有铁的半焦进行气固分离，分离所得的所述含有铁的半焦再进行氧化，以制得铁氧化物，并将所述铁氧化物导入所述煤气化中。2.根据权利要求1所述的煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，在所述煤气化过程中：气化温度为700～800℃，气化压力为2.5～4.0MPa。3.根据权利要求1所述的煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，在所述煤气化过程中：所述煤的粒径小于等于5mm，所述钢渣的粒径小于等于0.4mm。4.根据权利要求1所述的煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，在所述煤气化过程中：所述钢渣、所述水蒸气和所述煤的质量比为0.5～2∶1～3∶1。5.根据权利要求1所述的煤催化加氢制取甲烷的方法，其特征在于，在所述甲烷制取过程中：催化加氢气化温度为750～850℃，催化加氢气化压力为2.5～4.0MPa。6.根据权利要求1所述的煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王会芳，李鹏，刘雷，李克忠，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13