一种气化还原制备合成气的方法和系统技术方案

一种气化还原制备合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤依次通过烘干工艺和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、H

A method and system of synthesis gas by gasification reduction

【技术实现步骤摘要】
一种气化还原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
，尤其涉及一种气化还原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。低阶煤直接燃烧或气化，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，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。而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一部分粗制合成气和提质煤，一般干馏是在有大量氧气(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，使混合气体热值降低，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。另外，利用低阶煤一边连续制气和提质，连续化大生产的集成装备国内几乎没有。
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，提供了一种气化还原制备合成气的方法和系统，通过在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤分级分质制备成混合气体和固体的提质煤，对混合气体中的CO和H2进行提取制备合成气和利用提质煤制备富含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、热值高。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种气化还原制备合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤依次通过烘干工艺和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烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺；所述混合气体经分离工艺处理得到包含H2和CO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。烘干工艺将低阶煤中大部分的水分去除，得到烘干后的低阶煤和废气，烘干后的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；优选烘干后的低阶煤在无氧环境进行气化还原反应，避免了烘干后的低阶煤在进入气化还原工艺反应过程中烘干后的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；混合气体中的有CO和H2可直接做合成气，因此利用分离工艺将混合气体处理成包含H2和CO的第一合成气和烃类；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，温度一般为350-800℃，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，所述净化工艺包括除尘工艺、脱焦油工艺和脱硫工艺。高温的油气混合物中含有大量的灰尘、煤焦油、水蒸气、含硫化合物等；先利用除尘工艺除尘，防止在除尘过程中油气混合物的温度降低，煤焦油和水蒸气等冷凝成液态并粘附大量灰尘造成后续工艺管道堵塞，造成除尘效果下降；再利用脱焦油装置除掉油大量的焦油和水蒸气，防止焦油冷却附着在工艺管道中堵塞管道，积碳等问题；最后再将脱焦油工艺处理后的剩余的气体通过脱硫工艺除掉含硫化合物，防止含硫化合物造成后续工艺中的催化剂中毒，采用以上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。若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大。烘干工艺的烘干介质可为烟气或者水蒸气，烘干可分为直接烘干和间接烘干。当利用烟气作为烘干介质时，虽然烟气与低阶煤直接接触的烘干的效率是最高的，但是采用烟气进行烘干时要严格控制烘干工艺环境中氧气的体积百分比在爆炸极限以下，以防止爆燃，烟气间接烘干的效率也并不理想，因此为了生产安全和烘干效率，优选水蒸气烘干。水蒸气直接烘干容易有可能导致水蒸气与低阶煤反应消耗资源，因此采用水蒸气间接烘干低阶煤的烘干方式，以防止水蒸气中的水分进入低阶煤中。另外，烘干过程中如果水蒸气压力过大，水蒸气带来的温度过高容易导致在烘干过程中，低阶煤中部分挥发分会逃逸出来，一方面挥发分的逸出会带来安全隐患，另一方面会影响后续气化还原工艺的产气量，因此烘干过程中烘干蒸汽压力不易过大，以保证既能保证烘干效果，又可以保证低阶煤中的挥发分不被气化。因此，优选的，所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，所述水蒸汽的温度为105-250℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过7wt％，所述烘干工艺的出口物料温度为50-150℃。进一步优选的，所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.6-1.2Mpa，所述水蒸汽的温度为120-200℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过6wt％，所述烘干工艺的出口物料温度为80℃-130℃。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，烘干后的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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气化还原制备合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤依次通过烘干工艺和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、H

【技术特征摘要】
1.一种气化还原制备合成气的方法，该方法包括以下步骤：低阶煤依次通过烘干工艺和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烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺；
所述混合气体经分离工艺处理得到包含H2和CO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所述的一种气化还原制备合成气的方法，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。


3.如权利要求1所述的一种气化还原制备合成气的方法，其特征在于：所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，所述水蒸汽的温度为105-250℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过7wt％，所述烘干工艺的出口物料温度为50-150℃。


4.如权利要求3所述的一种气化还原制备合成气的方法，其特征在于：所述烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，所述水蒸汽的压力为0.6-1.2Mpa，所述水蒸汽的温度为120-200℃，所述烘干工艺的出口物料含水率不超过6wt％，所述烘干工艺的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金飞伟，吕彬峰，斯文庆，李正平，陈锋江，
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