一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法技术

一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，将原料煤先经过氢气气化，制取富含甲烷和多碳烃的氢煤气后，再将制氢煤气后剩下的残焦进行水煤气气化，富烃氢煤气与水煤气分别出炉；气化剂与被气化的固体颗粒逆流相向流动，热量利用充分，能源转化效率高，蒸汽、氧气耗量少，二氧化碳排放少；水煤气冷凝液相对减少，且不含酚类化合物，处理成本低，环境友好；氢煤气中甲烷、多碳烃含量高，净化、分离成本低；该富烃氢煤气与水煤气分级制取方法，可用于煤制天然气、煤制燃料油、煤制烯烃、煤制甲醇、合成氨、IGCC整体联合循环发电等行业。

A method of producing rich hydrocarbon hydrogen gas and water gas by classification

【技术实现步骤摘要】
一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法
本专利技术属于煤化工领域，特别涉及煤制天然气和油的煤气化工艺技术与设备。
技术介绍
2018年3月8日国际原油61美元/桶，即448美元/吨，虽然目前国际能源价格，比起过去的最高价格还低55％，但中国富煤、缺油、少气的资源禀赋，导致2017年进口原油高达4.1957亿吨，金额达1623.3亿美元，同比增长39.1％，石油对外依存度近70％。进口天然气6857万吨，金额达232.8亿美元，同比增长41.2％。即使从此以后原油进口平均增长率降到5％，天然气进口平均增长率降到10％，到2035年原油进口量也将达到10亿吨，天然气进口量也将达到3.8亿吨，即使以2017年原油均价406美元/吨，天然气均价339.5美元/吨计，到2035年，两项合计每年将耗费外汇5350亿美元。现行的煤制油和煤制天然气，无论是煤气化后再合成油、气的两步法，还是煤直接加氢生产油、气的一步法，均因工艺路线复杂、工艺过程能源转化效率低下，煤制油仅40％，耗标煤3.6吨/吨油，煤制天然气仅50％，耗标煤2.5吨/km3；设备投资高，煤制油1600亿元/1000万吨，煤制天然气280亿元/40亿m3；水资源消耗高，煤制油耗水7吨/吨油，煤制天然气7吨/km3；环境污染重，污水处理成本高，CO2排放多。究其主要的技术原因，煤气化后再合成为CnH2n+2(n＝1为CH4，n＝8为汽油，n＝16为柴油)称为两步法，化学反应nCO+2nH2+H2＝CnH2n+2+nH2O，CO中的氧必须要用H2去取出来，而传统制取H2的能耗和成本都很高，所以两步法的煤气化工序，通常采用图1所示的鲁奇气化炉，其本质是就是将常压煤气炉改为加压气化炉，因不能进行加氢直接生成烃产品，故存在前述的诸多缺点；图2所示的鲁尔100型气化炉，是将传统的常压两段煤气炉改为10MPa工作压力，除煤气中甲烷增加70％左右外，煤气废水、蒸汽分解率等均未改善，多碳烃比起3MPa鲁奇炉还减少25％，没有太多的优势，因多产甲烷耗用过多的氢气，不适合煤制油，由于工艺压力太高，设备投资大幅增加，用于煤制天然气也是不经济的，开发至今50多年过去了，鲁奇公司一直没有后续的进一步开发，更没有商业化运行业绩。现行煤直接加氢的一步法制油效率低的原因，一是工艺压力高达20MPa，设备投资大；二是碳元素转化率低，其残渣含碳高达40％，需在专门的气化炉内重新加热才能再次生成CO；三是采用气流床煤气化制氢，由于气流床气化过程中，煤中氢元素是以碳氢化合物形式，700℃以下就首先热解为气态烃，随即与气流中的O2气反应生成CO2和H2O放出热量，使炉温达到1300～1700℃之高，所以气流床的高炉温有相当大一部分是氢元素燃烧贡献的，从而导致煤气中氢气摩尔分率低，CO成分特别高，而CO必须经过变换才能转化为氢气，即这种制氢工艺实质上是首先烧掉煤中的H2，然后再用煤中的C元素制取CO，CO再经变换才能转化为H2，所以现行的煤直接加氢一步法制CnH2n+2也存在前述的诸多缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的，一是以适当的温度直接将煤中的H元素，尽可能多的以气态烃的形式从煤中分离出来，二是用H元素将煤中的碳元素直接反应成气态碳氢化合物，三是采用富氧水蒸汽在高温下，将生产气态烃后余下的残焦中的碳元素转化为CO和H2，以大幅提高其能源转化效率、大幅降低水资源消耗、大幅减少CO2排放和环境污染，并大幅减少装置投资，降低生产成本。具体
技术实现思路
如下：1.一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，由氧气水蒸汽气化剂进口、炉篦、原料煤气化床层、搅拌器、布煤器和煤锁、承压水夹套壳体、粗煤气出口和富烃煤气出口组成，其中原料煤气化床层自下而上又分为灰渣层、氧气燃烧层、水煤气生成层、甲烷生成层、原料煤干燥层，氧气水蒸汽自下而上与原料煤反应生成水煤气，其特征在于：将加压移动床煤气炉设置为上下两段结构，其上段为氢煤气段，下段设计为，采用氧气和水蒸汽混合气化剂，以来自氢煤气段的残焦为原料，生产氢气和一氧化碳的水煤气段，其残焦气化床层高径比0.5～1.5；其上段设计为，采用甲烷0～30％，或氢气含量≥60％的氢气气化剂，用原料煤直接生产甲烷和多碳烃的氢煤气段，其气化原料煤床层高径比为2～6.8；在水煤气段与氢煤气段之间设置残焦下移通道(8)，以便将氢煤气段的残焦卸入水煤气段；在残焦下移通道(8)下方设置布煤器(7)，将来自下移通道(8)的残焦分布于水蒸汽气化床层上，汇集于布煤器(7)下方中心区域的水煤气，通过水煤气导出管(7a)，流入床层上部空间与水蒸汽气化层上来的全部粗煤气，通过水煤气出口(9)流出煤气炉水煤气段；在氢煤气段从下到上依次分为焦炭加氢气化层(13)、半焦加氢气化层(14)、加氢干馏层(17)和干燥层(18)；在半焦加氢气化层(14)上部设置氢气分布器(12)和与之相通的氢气进气口(11)；在半焦加氢气化层(13)和焦炭加氢气化层(14)中设置换热管束(12A)，换热管束(12A)上端与氢气分布器(12)相通，下端为氢气进入焦炭加氢气化层(14)的端口，以便氢气气化剂，经氢气进气口(11)进入氢煤气段后通过氢气分布器(12)，再沿换热管束(12A)管内下行过程中，吸收管束外C+2H2＝CH4反应热提高氢气温度后，从换热管束(12A)下端沿煤气炉截面向上依次：①流入焦炭加氢气化层(13)，与其中具有活性的碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷；②流入半焦加氢气化层(14)，与半焦中丰富的活性碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷，其反应热一部分被换热管束(12A)的氢气吸收，一部分提高炭层和氢气气化剂温度；③流入加氢干馏层(17)，利用带入的热量使原煤进行加氢热解、干馏、气化，生成甲烷和气态多碳烃；④流入干燥层(18)加热原料煤，吸收原料煤析出的水蒸汽后，成为富含甲烷和多碳烃的氢煤气，经富烃氢煤气出口(21)流出煤气炉氢煤气段，氢气分布器(12)还具有承载换热管束(12A)和焦炭及半焦部分重量的功能；在氢煤气段的干馏层中设置搅拌器(16)，下部设置筛板(15)，搅拌器将干馏过程中粘结的煤粒及时破粘，筛板既承载原料煤重量，还将粘结粒度过大的半焦留在干馏段，经搅拌器破碎后再穿过筛板落入半焦加氢气化段(14)，以防止焦粒在氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)中堵塞，设置搅拌器(16)和筛板(15)还有既均匀干馏层截面气相阻力，又有利于原料煤均匀下移，并顺利通过氢气分布器和煤气集气器进入水煤气段的功能；在富烃氢煤气出口(21)和水煤气出口(9)设置限流装置，以便及时调节、控制氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)之间的压差，以减少氢气之间与水煤气之间相互串气的几率；在干燥层、干馏层、半焦加氢气化层、焦炭加氢气化层，水蒸汽气化层，以垂直间距500mm，设置测温热电偶，以监控其温度。2.根据本案所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤从炉顶入炉后进入干燥层，在缓慢的向下移动中与上升的富烃氢煤气逆向接触换热，在被上升的富烃氢煤气加热析出水分后，温度升至300～350℃向下移动进入加氢热解干馏层，原料煤被进一步加热的同时，煤中的多碳烃受热发生软化、融合、裂解、气化，致使煤粒膨胀并出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，由氧气水蒸汽气化剂进口、炉篦、原料煤气化床层、搅拌器、布煤器和煤锁、承压水夹套壳体、粗煤气出口和富烃煤气出口组成，其中原料煤气化床层自下而上又分为灰渣层、氧气燃烧层、水煤气生成层、甲烷生成层、原料煤干燥层，氧气水蒸汽自下而上与原料煤反应生成水煤气，其特征在于：将加压移动床煤气炉设置为上下两段结构，其上段为氢煤气段，下段设计为，采用氧气和水蒸汽混合气化剂，以来自氢煤气段的残焦为原料，生产氢气和一氧化碳的水煤气段，其残焦气化床层高径比0.5～1.5；其上段设计为，采用甲烷0～30％，或氢气含量≥60％的氢气气化剂，用原料煤直接生产甲烷和多碳烃的氢煤气段，其气化原料煤床层高径比为2～6.8；在水煤气段与氢煤气段之间设置残焦下移通道(8)，以便将氢煤气段的残焦卸入水煤气段；在残焦下移通道(8)下方设置布煤器(7)，将来自下移通道(8)的残焦分布于水蒸汽气化床层上，汇集于布煤器(7)下方中心区域的水煤气，通过水煤气导出管(7a)，流入床层上部空间与水蒸汽气化层上来的全部粗煤气，通过水煤气出口(9)流出煤气炉水煤气段；在氢煤气段从下到上依次分为焦炭加氢气化层(13)、半焦加氢气化层(14)、加氢干馏层(17)和干燥层(18)；在半焦加氢气化层(14)上部设置氢气分布器(12)和与之相通的氢气进气口(11)；在半焦加氢气化层(13)和焦炭加氢气化层(14)中设置换热管束(12A)，换热管束(12A)上端与氢气分布器(12)相通，下端为氢气进入焦炭加氢气化层(14)的端口，以便氢气气化剂，经氢气进气口(11)进入氢煤气段后通过氢气分布器(12)，再沿换热管束(12A)管内下行过程中，吸收管束外C+2H2＝CH4反应热提高氢气温度后，从换热管束(12A)下端沿煤气炉截面向上依次：①流入焦炭加氢气化层(13)，与其中具有活性的碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷；②流入半焦加氢气化层(14)，与半焦中丰富的活性碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷，其反应热一部分被换热管束(12A)的氢气吸收，一部分提高炭层和氢气气化剂温度；③流入加氢干馏层(17)，利用带入的热量使原煤进行加氢热解、干馏、气化，生成甲烷和气态多碳烃；④流入干燥层(18)加热原料煤，吸收原料煤析出的水蒸汽后，成为富含甲烷和多碳烃的氢煤气，经富烃氢煤气出口(21)流出煤气炉氢煤气段，氢气分布器(12)还具有承载换热管束(12A)和焦炭及半焦部分重量的功能；在氢煤气段的干馏层中设置搅拌器(16)，下部设置筛板(15)，搅拌器将干馏过程中粘结的煤粒及时破粘，筛板既承载原料煤重量，还将粘结粒度过大的半焦留在干馏段，经搅拌器破碎后再穿过筛板落入半焦加氢气化段(14)，以防止焦粒在氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)中堵塞，设置搅拌器(16)和筛板(15)还有既均匀干馏层截面气相阻力，又有利于原料煤均匀下移，并顺利通过氢气分布器和煤气集气器进入水煤气段的功能；在富烃氢煤气出口(21)和水煤气出口(9)设置限流装置，以便及时调节、控制氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)之间的压差，以减少氢气之间与水煤气之间相互串气的几率；在干燥层、干馏层、半焦加氢气化层、焦炭加氢气化层，水蒸汽气化层，以垂直间距500mm，设置测温热电偶，以监控其温度。...

【技术特征摘要】
1.一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，由氧气水蒸汽气化剂进口、炉篦、原料煤气化床层、搅拌器、布煤器和煤锁、承压水夹套壳体、粗煤气出口和富烃煤气出口组成，其中原料煤气化床层自下而上又分为灰渣层、氧气燃烧层、水煤气生成层、甲烷生成层、原料煤干燥层，氧气水蒸汽自下而上与原料煤反应生成水煤气，其特征在于：将加压移动床煤气炉设置为上下两段结构，其上段为氢煤气段，下段设计为，采用氧气和水蒸汽混合气化剂，以来自氢煤气段的残焦为原料，生产氢气和一氧化碳的水煤气段，其残焦气化床层高径比0.5～1.5；其上段设计为，采用甲烷0～30％，或氢气含量≥60％的氢气气化剂，用原料煤直接生产甲烷和多碳烃的氢煤气段，其气化原料煤床层高径比为2～6.8；在水煤气段与氢煤气段之间设置残焦下移通道(8)，以便将氢煤气段的残焦卸入水煤气段；在残焦下移通道(8)下方设置布煤器(7)，将来自下移通道(8)的残焦分布于水蒸汽气化床层上，汇集于布煤器(7)下方中心区域的水煤气，通过水煤气导出管(7a)，流入床层上部空间与水蒸汽气化层上来的全部粗煤气，通过水煤气出口(9)流出煤气炉水煤气段；在氢煤气段从下到上依次分为焦炭加氢气化层(13)、半焦加氢气化层(14)、加氢干馏层(17)和干燥层(18)；在半焦加氢气化层(14)上部设置氢气分布器(12)和与之相通的氢气进气口(11)；在半焦加氢气化层(13)和焦炭加氢气化层(14)中设置换热管束(12A)，换热管束(12A)上端与氢气分布器(12)相通，下端为氢气进入焦炭加氢气化层(14)的端口，以便氢气气化剂，经氢气进气口(11)进入氢煤气段后通过氢气分布器(12)，再沿换热管束(12A)管内下行过程中，吸收管束外C+2H2＝CH4反应热提高氢气温度后，从换热管束(12A)下端沿煤气炉截面向上依次：①流入焦炭加氢气化层(13)，与其中具有活性的碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷；②流入半焦加氢气化层(14)，与半焦中丰富的活性碳元素进行C+2H2＝CH4放热反应生成甲烷，其反应热一部分被换热管束(12A)的氢气吸收，一部分提高炭层和氢气气化剂温度；③流入加氢干馏层(17)，利用带入的热量使原煤进行加氢热解、干馏、气化，生成甲烷和气态多碳烃；④流入干燥层(18)加热原料煤，吸收原料煤析出的水蒸汽后，成为富含甲烷和多碳烃的氢煤气，经富烃氢煤气出口(21)流出煤气炉氢煤气段，氢气分布器(12)还具有承载换热管束(12A)和焦炭及半焦部分重量的功能；在氢煤气段的干馏层中设置搅拌器(16)，下部设置筛板(15)，搅拌器将干馏过程中粘结的煤粒及时破粘，筛板既承载原料煤重量，还将粘结粒度过大的半焦留在干馏段，经搅拌器破碎后再穿过筛板落入半焦加氢气化段(14)，以防止焦粒在氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)中堵塞，设置搅拌器(16)和筛板(15)还有既均匀干馏层截面气相阻力，又有利于原料煤均匀下移，并顺利通过氢气分布器和煤气集气器进入水煤气段的功能；在富烃氢煤气出口(21)和水煤气出口(9)设置限流装置，以便及时调节、控制氢气分布器(12)或残焦下移通道(8)之间的压差，以减少氢气之间与水煤气之间相互串气的几率；在干燥层、干馏层、半焦加氢气化层、焦炭加氢气化层，水蒸汽气化层，以垂直间距500mm，设置测温热电偶，以监控其温度。2.根据权利要求1所述的，一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，其特征在于，原料煤从炉顶入炉后进入干燥层，在缓慢的向下移动中与上升的富烃氢煤气逆向接触换热，在被上升的富烃氢煤气加热析出水分后，温度升至300～350℃向下移动进入加氢热解干馏层，原料煤被进一步加热的同时，煤中的多碳烃受热发生软化、融合、裂解、气化，致使煤粒膨胀并出现大量微孔，其比表面积迅速增加大，由于来自半焦加氢层的氢煤气富含甲烷和氢气，煤中焦油受其相平衡的制约，将大幅减少甲烷和氢气的生成，从而大幅增加气态多碳烃(油)的生成，进而提高气态多碳烃产率，随着干馏时间增加、温度的升高，焦油完成裂解、气化，原料煤在600℃左...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李开建，
申请(专利权)人：成都聚实节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51