一种低阶煤综合利用制合成气的方法和系统技术方案

本发明专利技术的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，低阶煤通过气化还原工艺得到提质煤和油气混合物，油气混合物经净化工艺得到包含CO、H2和烃类的混合气体，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；混合气体经部分烃类重整转化工艺处理得到包含CO和H2的第一合成气，提质煤通过与H2O和O2反应制备包含CO和H2的第三合成气；第一合成气和第三合成气混合，即得合成气。本发明专利技术中的方法和系统，对低阶煤中的挥发分和固定碳分别加以开发与利用，以制备富含CO和H2的合成气，多途径最大限度的将低阶煤中的挥发分和煤物质以CO和H2的形式保留下来，合成气的产量高、能耗低，充分有效地利用了低阶煤。

A METHOD AND SYSTEM FOR SYNTHETIC GAS PRODUCTION FROM COMPREHENSIVE UTILIZATION OF LOW-ORDER COAL

The invention relates to a method for syngas production from comprehensive utilization of low-rank coal. The low-rank coal can be gasified and reduced to obtain a mixture of upgrading coal and oil and gas, and the mixture of oil and gas can be purified to obtain a mixture of CO, H2 and hydrocarbons. The gasification and reduction process is a chemical reaction process for heating low-rank coal in the absence of oxygen or micro-oxygen conditions; the mixture gas can be reformed and transformed by partial hydrocarbon reforming process. The first syngas containing CO and H2 is obtained by treatment, and the third syngas containing CO and H2 is prepared by reaction of upgrading coal with H_2 and H_2. The first syngas is mixed with the third syngas, and the syngas is obtained. The method and system in the invention develop and utilize volatile and fixed carbon in low rank coal separately to prepare synthetic gas rich in CO and H2, and retain volatile and coal material in the form of CO and H2 in multi-ways to the maximum extent, so that the output of synthetic gas is high and energy consumption is low, and the low rank coal is fully and effectively utilized.

【技术实现步骤摘要】
一种低阶煤综合利用制合成气的方法和系统
本专利技术涉及煤物质清洁利用
，尤其涉及一种低阶煤综合利用制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，典型煤种为褐煤和长焰煤。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，并且因为有氧燃烧，粗制煤气中含氮量过高，降低了合成气的能量密度，使混合气体热值降低，，除了回炉燃烧外，热解产出粗制煤气难有其它经济价值，煤炭原料的利用率低。而且因为一部分煤与氧气燃烧供热生成CO2，导致提质煤的量更少，最终用提质煤途径制得的合成气的量少之又少，极大的浪费了低阶煤中的有效资源，而且并无相关集成设备既能够利用低阶煤连续制气和提质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，提供一种低阶煤综合利用制合成气的方法和系统，通过在无氧或微氧条件下将低阶煤分级分质制备成混合气体和固体的提质煤，对混合气体和提质煤分别加以开发与利用制备富含CO和H2的合成气，多途径最大限度的将低阶煤中的挥发分和固定碳以CO和H2的形式保留下来，合成气的产量高。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种低阶煤综合利用制合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤通过气化还原工艺得到提质煤和油气混合物，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；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的第一合成气，所述提质煤通过与H2O和O2反应制备包含CO和H2的第三合成气；将所述第一合成气和第三合成气混合，即得所述合成气。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。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的第一合成气，第一合成气中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，大大提高了第一合成气中CO和H2总的体积百分比，热值增加。另外，在气化还原工艺中低阶煤反应后得到的固体残渣即为带有一定温度的提质煤，这部分提质煤的挥发分较低，煤物质的含量高，而且经气化还原反应后的提质煤自身具有较高的温度，潜热较大，而提质煤与H2O的反应为吸热反应，反应方程式为C+H2O＝CO+H2，因此可利用提质煤与H2O和O2反应制备包含CO和H2的第三合成气，这样制备的第三合成气中的杂质气体少，热值较大，而且降低了反应的能耗；最后，将第一合成气和第三合成气混合，即可得到的目标产品合成气，合成气的能量密度大，热值高。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。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。第一合成气中CO和H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低阶煤综合利用制合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤通过气化还原工艺得到提质煤和油气混合物，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，其特征在于：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；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的第一合成气，所述提质煤通过与H2O和O2反应制备包含CO和H2的第三合成气；将所述第一合成气和第三合成气混合，即得所述合成气。

【技术特征摘要】
1.一种低阶煤综合利用制合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤通过气化还原工艺得到提质煤和油气混合物，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，其特征在于：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；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的第一合成气，所述提质煤通过与H2O和O2反应制备包含CO和H2的第三合成气；将所述第一合成气和第三合成气混合，即得所述合成气。2.如权利要求1所述的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，其特征在于：所述低阶煤的含水率小于7wt％。3.如权利要求1所述的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，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所述的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，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所述的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，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所述的一种低阶煤综合利用制合成气的方法，其特征在于：所述重整转化工艺为部分催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彬峰，潘建波，马倩，黄成侃，于明革，
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