一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法和系统技术方案

本发明专利技术的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺得到包含CO、H2和烃类的混合气体，所述混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H2的合成气，所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对低阶煤进行加热的化学反应工艺。本发明专利技术中的方法和系统，充分有效地利用了低阶煤中的挥发分来制备合成气，合成气的热值高；本发明专利技术的系统设备简单，易操作，多为现有设备，运行成本较低，工艺简单，安全性更高，在保证能够安全高效的制备合成气的同时，又能够通过系统设备之间的布置设计，合理并充分利用低阶煤在整个工艺过程中产生的产物。

A Method and System for Preparing Synthetic Gas from Volatile Compounds in Low-rank Coal

The invention provides a method for preparing syngas by using volatile matter in low-rank coal. The low-rank coal is treated by gasification and reduction process to obtain oil-gas mixture. The oil-gas mixture is purified to obtain mixed gas containing CO, H2 and hydrocarbons. The mixed gas is treated by partial hydrocarbon reforming process to obtain syngas containing CO and H2. The gasification and reduction process is in the absence of oxygen or in the absence of hydrogen. Chemical reaction technology of heating low-rank coal under micro-oxygen condition. The method and system of the invention fully and effectively utilize volatile matter in low rank coal to prepare syngas, which has high calorific value; the system of the invention has simple equipment, easy operation, mostly existing equipment, low operation cost, simple process and higher safety, and can ensure the safe and efficient preparation of syngas, at the same time, through the arrangement of the system equipment. The products produced by low rank coal in the whole process should be reasonably and fully utilized.

【技术实现步骤摘要】
一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法和系统
本专利技术涉及煤物质清洁利用
，尤其涉及一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法和系统。
技术介绍
在我国已探明的煤炭储量中一半以上为低阶煤，其中蕴藏的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。低阶煤主要具有高水分、高挥发性的物质特性，在燃烧时火焰较长且有烟，煤化程度较低，典型煤种为褐煤。我国富煤少油缺气，如何高效利用低阶煤成为当今清洁煤技术的重大课题。然而无论是燃烧发电，还是现代煤化工利用，都因为其高水、高灰和低热值的三大特性使其综合利用的效率极低。目前低阶煤的利用方式主要是直接燃烧或气化。其中直接燃烧发电是其最常见的利用方式之一，据不完全统计，我国有90％以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。低阶煤直接燃烧不仅浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源，效率低，而且污染环境，容易造成SOx和NOx等温室气体的大量产生，造成了酸雨等恶劣天气环境。现代煤化工技术以煤气化为技术龙头，通过气化得到化工合成所需的一级原料CO和H2，但是煤气化技术发展至今，尚未形成成熟大规模商业化低阶煤气化技术。现有技术中将低阶煤气化制备CO和H2，通常是将低阶煤热解后得到粗制煤气和提质煤，一般热解是在有大量氧气(或空气)的条件下进行的，热解时一部分煤将于氧气反应用于供热并且产生了大量的CO2。由于CO2不能燃烧，属于无效气体，并且因为有氧燃烧，粗制煤气中含氮量过高，降低了粗制煤气的能量密度，使粗制煤气热值降低，不能作为化工合成的一级原料，除了回炉燃烧外，热解产出粗制煤气未有其它经济价值，煤炭原料的利用率低；而且并无相关集成设备既能够利用低阶煤连续提质和制气又能够连续化大规模生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法和系统，通过在无氧或微氧条件下将低阶煤中的挥发分气化制备成混合气体，再将混合气体中的烃类重整转化成CO和H2，增加了混合气体中CO和H2的含量，合成气的产量高并充分有效地利用了低阶煤。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺得到包含CO、H2和烃类的混合气体，所述混合气体再经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H2的合成气，所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对低阶煤进行加热的化学反应工艺。低阶煤进入气化还原工艺发生反应得到高温的油气混合物和带有一定温度的提质煤，提质煤的温度一般为350-800℃。气化还原工艺采用的无氧或微氧环境主要分以下几种情况：(1)、原料低阶煤内部的空隙，物料与物料之间的空隙夹带的空气；(2)从气化还原工艺的进料口、出料口等泄露混入的少量空气；(3)、在爆炸极限值以下，气化还原工艺内可以稍微通入占煤炭质量百分比5％的O2或者(空气)，进一步优选通入占煤炭质量百分比3％的O2或者(空气)，有利于提高气化还原反应的温度、防止结焦等，而且同时保证了整个气化还原工艺反应的安全稳定性；优选低阶煤在无氧环境进行气化还原反应，避免了低阶煤在进入气化还原工艺反应过程中低阶煤与氧气发生燃烧反应，生成大量不能燃烧的CO2，从而保证得到的高温的油气混合物中CO2等的体积百分较小，有利于后续制备高能量密度的合成气，而且工艺步骤少，简单易操作，以使得反应能够安全进行。高温的油气混合物中含有CO、H2、CO2、烃类、灰尘、煤焦油和含硫化合物等，通过净化工艺除去灰尘、煤焦油和含硫化合物等杂质气体，从而得到净化后的混合气体。混合气体主要包含CO、H2和烃类，众所周知，CO和H2可直接作为化工合成的一级原料，烃类则需要重整转化才能生成CO和H2，因此利用重整转化工艺将混合气体中部分烃类重整转化得到包含CO和H2的合成气，合成气中CO和H2一部分来源于混合气体原有的CO和H2，另一部分来源于部分烃类重整转化得到包含CO和H2，大大提高了合成气中CO和H2总的体积百分比，热值增加。优选的，所述低阶煤的含水率小于7wt％。低阶煤大多具有较高的含水率，低阶煤经长时间放置，比如天气晴朗时自然晾晒即可降低低阶煤的含水率，节省干燥工艺。因此，原料优选含水率较低的低阶煤作为原料，以便降低生产成本。优选的，所述净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。除尘工艺是为了除去油气混合物中大量的灰尘，防止后续堵塞管道；脱焦油工艺主要是为了除去油气混合物中大量的焦油和水蒸气，既能防止焦油冷却附着在工艺管道中堵塞管道，积碳等问题；油气混合物中的含硫化合物容易造成催化剂中毒，因此需要利用脱硫工艺脱硫，采用以上净化工艺可除掉杂质气体和固体，以便得到净化后的混合气体，混合气体杂质少，便于后续工艺处理，保证了后续设备的稳定性。优选的，所述气化还原工艺的反应的温度为350～800℃。在此温度下，低阶煤中的挥发分从低阶煤中逸出，从而得到高温的油气混合物，气化还原反应后剩余的固体残渣即为提质煤，提质煤中的挥发分含量为8-15wt％。其中，气化还原工艺可以为一级，也可以为多级。当采用一级气化还原工艺时，主要是为了得到大部分高温的油气混合物，温度的高低直接影响后续产气量、提质煤的产量和一级提质煤的温度；当采用多级气化还原工艺时，多级气化还原工艺主要作用是把上一级气化还原工艺内的无法气化的固体物质(包括气化后的粉煤，固体杂质等)，一定量的无法在一定停留时间内气化的类似沥青等高沸点油状物继续气化和停留时间短来不及析出或者温度达不到酚类化合物、芳香烃化合物等的缩聚反应条件，继续反应气化，有利于提高气体产量和提质煤的品质。进一步优选的，所述气化还原工艺的反应的温度为400-750℃。优选的，所述混合气体经部分烃类重整转化工艺为混合气体中气体各组分不经分离，直接将部分烃类重整转化为CO和H2的烃类转化工艺，因为重整转化的目的只是为了将烃类转化生成CO和H2，而混合气体中自身已含有一部分CO和H2，因此无需将烃类从混合气体中分离出来再进行烃类的重整转化，采用这样的操作节省了工艺步骤，经济效益高。重整转化主要包括部分催化氧化、蒸汽催化重整转化和非催化重整转化。部分催化氧化、蒸汽催化重整转化均需要催化剂，重整转化工艺的催化剂多为负载型催化剂，活性组分主要是Ni、Co、Fe、Cu等非金属和Rh、Ru、Pt等贵金属。重整转化一般需要供热，可以采用直接供热或者间接供热的方式。合成气中CO和H2的来源为两个部分，一部分为混合气体中部分烃类通过催化转化得到的CO和H2，另一部分为混合气体中的原有H2和CO。部分催化氧化是采用氧气与一部分烃类燃烧直接供热，在催化剂的作用下的，混合气体中的部分烃类与水蒸气反应生成CO和H2；蒸汽催化重整转化时采用外界供热，在催化剂的作用下使得混合气中的部分烃类与水蒸气反应生成CO和H2；两种方法的主要反应机理为：(1)CmHn+mH2O＝mCO+1/2(n+2m)H2主反应，吸热反应(2)CO+H2O＝CO2+H2副反应，吸热反应非催化重整转化重整不需要催化剂，纯氧通入混合气体中，混合气体中的部分烃类与纯氧反应得到CO和H2，主要反应机理为：CH4+1/2O2→CO+2H2，除甲烷外其他烃类与甲烷与O2的反应机理类似。因此，优选的，所述重整转化工艺为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺得到包含CO、H2和烃类的混合气体，所述混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H2的合成气，所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对低阶煤进行加热的化学反应工艺。

【技术特征摘要】
1.一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：低阶煤通过气化还原工艺处理得到油气混合物，所述油气混合物经净化工艺得到包含CO、H2和烃类的混合气体，所述混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H2的合成气，所述气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对低阶煤进行加热的化学反应工艺。2.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：所述低阶煤的含水率小于7wt％。3.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：所述净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。4.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：所述气化还原工艺的反应温度为350-800℃。5.如权利要求1所述的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：所述混合气体经部分烃类重整转化工艺为混合气体中气体各组分不经分离，直接将部分烃类重整转化为CO和H2的烃类重整转化工艺。6.如权利要求5所述的一种利用低阶煤中挥发分制备合成气的方法，其特征在于：所述重整转化工艺为部分催化氧化，所述部分催化氧化为将纯氧和水蒸气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彬峰，金飞伟，李正平，潘建波，马倩，
申请(专利权)人：浙江天禄环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33