一种煤生产代用天然气的方法及其装置，属于煤生产代用天然气技术领域，本装置包括气流床加氢气化炉、气固分离器和循环流化床气化炉。原料煤和加氢反应气化剂一起经进料喷嘴喷入加氢气流床气化炉中，在炉内发生加氢气化反应，加氢气化产物进入气固分离器中进行分离，分离得到的固体半焦经气动返料阀送入循环流化床气化炉中，与从流化床下部通入的气化反应气化剂发生气化反应，流化床气化炉产生的氢气送入加氢气化炉的盘管换热器中升温后再次作为加氢气化反应的气化剂，流化床气化炉产生的灰渣从底部排出，气固分离器分离得到的富含甲烷的代用天然气经盘管换热器降温后得到产品气。本发明专利技术具有工艺流程简单、投资成本低和过程热效率高等优点。
A method and device for producing substitute natural gas from coal
【技术实现步骤摘要】
一种煤生产代用天然气的方法及其装置
本专利技术属于煤生产代用天然气
，具体涉及的是一种将气流床加氢气化炉和循环流化床气化炉耦合起来生产代用天然气的方法及其装置。
技术介绍
随着城市化进程的推进，我国天然气市场进入大规模发展阶段，天然气消费量增长迅速。利用我国较为丰富的煤炭资源，发展煤制合成天然气，将有助于降低我国对进口天然气资源的依赖，优化能源消费结构和保障天然气供应安全。传统煤制天然气工艺流程包括煤气化、一氧化碳变换、合成气净化和甲烷化反应。此工艺过程较成熟，已于十九世纪八十年代在美国大平原厂实现了工业化，中国拟在建的近50个煤制天然气项目大部分采用此流程，但其流程长，投资大，过程热效率较低。煤直接加氢气化制取代用天然气技术是在（850-1000℃）和7MPa的条件下，将粉煤和氢气同时加入气化炉内，依靠氢气对煤热解阶段释放自由基的稳定作用和气化阶段与半焦中活性的碳的反应得到富含甲烷的代用天然气。与传统工艺相比，此工艺流程简单、投资成本低且过程的热效率较高。由于受煤加氢气化反应本身的限制，煤直接加氢气化制取代用天然气过程的碳转化率一般仅为50-60%，产品气中固相颗粒的浓度较高，且固相产物中的含碳量较高。为了实现产品气与固相颗粒的分离，现有的技术中大多采用在气化炉的下部或之后设置冷却装置。中国技术专利CN202144505U提出的“一种激冷器及带有该激冷器的气化炉”中是采用在气化炉的下部设置激冷器来实现产品气和固相产物的分离。中国专利技术专利CN101657525A提出的“由煤制备天然气代用品的系统和方法”中，是将加氢气化反应产物首先在辐射锅炉中冷却后，再利用旋风分离器和烛式过滤器来实现气相产物和固体颗粒的分离。煤直接加氢气化制取代用天然气技术的又一个关键问题是氢源问题，目前大多采用对加氢气化得到的固体半焦经降温处理后，送入另一气化炉中进行水蒸气气化反应，产生的合成气经净化、冷却、分离后得到氢气，再将氢气通入一预热炉内进行预热，达到加氢气化所需的温度后送入煤加氢气化炉。在此过程中，加氢气化的高温固相产物需要首先被冷却完成与气相产物的分离，之后进入水蒸气气化炉中被再次升温完成气化反应产生氢气，氢气再经预热后送入加氢气化炉，整个工艺过程中能量和热量的利用效率较低。
技术实现思路
本专利技术的专利技术的：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种煤生产代用天然气的方法及其装置。本专利技术的设计构思：将气流床加氢气化炉和循环流化床气化炉耦合的方式来生产代用天然气的方法，气流床加氢气化产生的半焦作为循环流化床气化炉的原料，循环流化床气化炉产生的氢气作为气流床加氢气化炉的气化剂。本专利技术通过以下技术方案予以实现。一种煤生产代用天然气的装置，它包括气流床加氢气化炉、气固分离器、气动返料阀和循环流化床气化炉，其中：气流床加氢气化炉上端的开口处设置有封盖，进料喷嘴贯穿封盖与气流床加氢气化炉内腔的气化室连通，位于气化室四周的气流床加氢气化炉的侧壁上设置有环形夹层，环形夹层中设置有盘管换热器，盘管换热器螺旋状缠绕在环形夹层的内壁上；氢气入口管和产品气出口管设置于气流床加氢气化炉的侧壁上并位于盘管换热器的上方，氢气出口管和高温气体出口管设置于气流床加氢气化炉的侧壁上并位于盘管换热器的下方，氢气入口管与氢气出口管分别与气化室连通，产品气出口管和高温气体出口管的一端分别与环形夹层连通，高温气体出口管的另一端与气固分离器的入口连通；气流床加氢气化炉的底部设置有产物出口管，产物出口管的一端与气化室连通，产物出口管的另一端通过管道与气固分离器的入口连通；所述气固分离器竖直设置，气固分离器的中部设置为立管，立管的下部设置有气动返料阀一，所述气动返料阀一包括进料段和返料段，进料段的入口与立管的下部连通，返料段的出口通过管道与循环流化床气化炉连通，进料段的上部和返料段的上部之间设置有隔板，进料段和返料段的下方布置有带风帽的布风板，布风板的下方布置有风室；所述循环流化床气化炉的顶部与煤气分离器的入口相连通，煤气分离器的顶部设有煤气出口管，煤气分离器的底部设置气动返料阀二，煤气分离器与气动返料阀二连通；所述循环流化床气化炉炉膛下部的侧壁上设有给料管和循环物料返料管，给料管的一端与所述返料段连通，给料管的另一端与循环流化床气化炉的炉膛连通，循环物料返料管的一端与循环流化床气化炉的炉膛连通，循环物料返料管的另一端与所述气动返料阀二连通；循环流化床气化炉炉膛的下部设有锥形布风板，锥形布风板的下部与排料管的一端相连通，排料管的另一端延伸至循环流化床气化炉的外部；所述锥形布风板的下方布置有气室，位于气室部位处的循环流化床气化炉的侧壁上设置有气化剂入口管。进一步地，气动返料阀一采用水蒸气作为介质，气动返料阀一内的气体速度为0.004-0.03m/s。进一步地，所述锥形布风板的位置低于给料管与循环流化床气化炉炉膛连通的位置，给料管与循环流化床气化炉炉膛连通的位置低于循环物料返料管与循环流化床气化炉炉膛连通的位置。进一步地，所述产物出口管设置为Y字形三通管。一种采用煤生产代用天然气的装置生产代用天然气的方法，包括如下步骤：S1、安装好本装置后，将破碎处理后的原料煤和加氢气化反应气化剂一起经进料喷嘴送入气流床加氢气化炉中，所述加氢气化反应气化剂为氢气和氧气的混合气；加入过程中在进料喷嘴位置处氧气与部分氢气发生燃烧反应，燃烧反应将剩余的氢气加热，原料煤和剩余的氢气在气化室中发生加氢气化反应；S2、步骤S1加氢气化反应产生的气相产物和固相产物经产物出口管进入气固分离器，进行气相产物和固相产物分离，分离得到的高温固相产物经气动返料阀一和给料管在不降温的情况下送入循环流化床气化炉内；S3、在循环流化床气化炉中，气化反应气化剂依次经气化剂入口管、锥形布风板通入循环流化床气化炉的底部，气化反应气化剂与步骤S2分离出的高温固相产物进行气化反应，所述气化反应气化剂为氧气和水蒸气的混合气；气化反应产生的残渣由排料管排出，气化反应产生的合成气经煤气分离器脱除粉尘后由煤气出口管排出，分离处理后得到的洁净氢气通过氢气入口管重新送入步骤S1中的盘管换热器中，与从气固分离器上部排出的高温产品气进行换热，之后再次由进料喷嘴送入气流床加氢气化炉中作为加氢气化反应气化剂的原料，富含甲烷的代用天然气经盘管换热器降温后得到产品气，由产品气出口管输出。进一步地，所述步骤S1中，原料煤的粒径不大于200目。进一步地，所述步骤S1中，氢气进入进料喷嘴时的温度为400-550℃。进一步地，所述步骤S1中，进入进料喷嘴中的氢气和原料煤的质量比为0.1-0.5。进一步地，所述步骤S1中，所述加氢气化反应气化剂中氧气和氢气的摩尔比为0.005-0.02。进一步地，所述步骤S1中，气流床加氢气化炉中位于进料喷嘴附近的氧气和部分氢气发生燃烧反应，将剩余未发生反应的氢气加热至900-1200℃。进一步地，所述步骤S1中，气流床加氢气化炉内的反应温度为700-900℃，反应压力为3-7MP本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤生产代用天然气的装置，它包括气流床加氢气化炉（1）、气固分离器（9）、气动返料阀和循环流化床气化炉（24），其特征在于：/n气流床加氢气化炉（1）上端的开口处设置有封盖，进料喷嘴（3）贯穿封盖与气流床加氢气化炉（1）内腔的气化室（2）连通，位于气化室（2）四周的气流床加氢气化炉（1）的侧壁上设置有环形夹层（11），环形夹层（11）中设置有盘管换热器（4），盘管换热器（4）螺旋状缠绕在环形夹层（11）的内壁上；氢气入口管（5）和产品气出口管（7）设置于气流床加氢气化炉（1）的侧壁上并位于盘管换热器（4）的上方，氢气出口管（6）和高温气体出口管（27）设置于气流床加氢气化炉（1）的侧壁上并位于盘管换热器（4）的下方，氢气入口管（5）与氢气出口管（6）分别与气化室（2）连通，产品气出口管（7）和高温气体出口管（27）的一端分别与环形夹层（11）连通，高温气体出口管（27）的另一端与气固分离器（9）的入口连通；气流床加氢气化炉（1）的底部设置有产物出口管（8），产物出口管（8）的一端与气化室（2）连通，产物出口管（8）的另一端通过管道与气固分离器（9）的入口连通；/n所述气固分离器（9）竖直设置，气固分离器（9）的中部设置为立管（10），立管（10）的下部设置有气动返料阀一（12），所述气动返料阀一（12）包括进料段（13）和返料段（14），进料段（13）的入口与立管（10）的下部连通，返料段（14）的出口通过管道与循环流化床气化炉（17）连通，进料段（13）的上部和返料段（14）的上部之间设置有隔板，进料段（13）和返料段（14）的下方布置有带风帽的布风板（15），布风板（15）的下方布置有风室（16）；/n所述循环流化床气化炉（17）的顶部与煤气分离器（24）的入口相连通，煤气分离器（24）的顶部设有煤气出口管（25），煤气分离器（24）的底部设置气动返料阀二（26），煤气分离器（24）与气动返料阀二（26）连通；所述循环流化床气化炉（17）炉膛下部的侧壁上设有给料管（18）和循环物料返料管（19），给料管（18）的一端与所述返料段（14）连通，给料管（18）的另一端与循环流化床气化炉（17）的炉膛连通，循环物料返料管（19）的一端与循环流化床气化炉（17）的炉膛连通，循环物料返料管（19）的另一端与所述气动返料阀二（26）连通；循环流化床气化炉（17）炉膛的下部设有锥形布风板（20），锥形布风板（20）的下部与排料管（21）的一端相连通，排料管（21）的另一端延伸至循环流化床气化炉（17）的外部；所述锥形布风板（20）的下方布置有气室（22），位于气室（22）部位处的循环流化床气化炉（17）的侧壁上设置有气化剂入口管（23）。/n...
【技术特征摘要】
1.一种煤生产代用天然气的装置，它包括气流床加氢气化炉（1）、气固分离器（9）、气动返料阀和循环流化床气化炉（24），其特征在于：
气流床加氢气化炉（1）上端的开口处设置有封盖，进料喷嘴（3）贯穿封盖与气流床加氢气化炉（1）内腔的气化室（2）连通，位于气化室（2）四周的气流床加氢气化炉（1）的侧壁上设置有环形夹层（11），环形夹层（11）中设置有盘管换热器（4），盘管换热器（4）螺旋状缠绕在环形夹层（11）的内壁上；氢气入口管（5）和产品气出口管（7）设置于气流床加氢气化炉（1）的侧壁上并位于盘管换热器（4）的上方，氢气出口管（6）和高温气体出口管（27）设置于气流床加氢气化炉（1）的侧壁上并位于盘管换热器（4）的下方，氢气入口管（5）与氢气出口管（6）分别与气化室（2）连通，产品气出口管（7）和高温气体出口管（27）的一端分别与环形夹层（11）连通，高温气体出口管（27）的另一端与气固分离器（9）的入口连通；气流床加氢气化炉（1）的底部设置有产物出口管（8），产物出口管（8）的一端与气化室（2）连通，产物出口管（8）的另一端通过管道与气固分离器（9）的入口连通；
所述气固分离器（9）竖直设置，气固分离器（9）的中部设置为立管（10），立管（10）的下部设置有气动返料阀一（12），所述气动返料阀一（12）包括进料段（13）和返料段（14），进料段（13）的入口与立管（10）的下部连通，返料段（14）的出口通过管道与循环流化床气化炉（17）连通，进料段（13）的上部和返料段（14）的上部之间设置有隔板，进料段（13）和返料段（14）的下方布置有带风帽的布风板（15），布风板（15）的下方布置有风室（16）；
所述循环流化床气化炉（17）的顶部与煤气分离器（24）的入口相连通，煤气分离器（24）的顶部设有煤气出口管（25），煤气分离器（24）的底部设置气动返料阀二（26），煤气分离器（24）与气动返料阀二（26）连通；所述循环流化床气化炉（17）炉膛下部的侧壁上设有给料管（18）和循环物料返料管（19），给料管（18）的一端与所述返料段（14）连通，给料管（18）的另一端与循环流化床气化炉（17）的炉膛连通，循环物料返料管（19）的一端与循环流化床气化炉（17）的炉膛连通，循环物料返料管（19）的另一端与所述气动返料阀二（26）连通；循环流化床气化炉（17）炉膛的下部设有锥形布风板（20），锥形布风板（20）的下部与排料管（21）的一端相连通，排料管（21）的另一端延伸至循环流化床气化炉（17）的外部；所述锥形布风板（20）的下方布置有气室（22），位于气室（22）部位处的循环流化床气化炉（17）的侧壁上设置有气化剂入口管（23）。
2.根据权利要求1所述的一种煤生产代用天然气的装置，其特征在于：气动返料阀一（12）采用水蒸气作为介质，气动返料阀一（12）内的气体速度为0.004-0.03m/s。
3.根据权利要求1所述的一种煤生产代用天然气的装置，其特征在于：所述锥形布风板（20）的位置低于给料管（18）与循环流化床气化炉（17）炉膛连通的位置，给料管（18）与循环流化床气化炉（17）炉膛连通的位置低于循环物料返料管（19）与循环流化床气化炉（17）炉膛连通的位置。
4.根据权利要求1所述的一种煤生产代用天然气的装置，其特征在于：所述产物出口管（8）设...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕继诚，曲旋，晁兵，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14
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