本发明专利技术涉及一种煤气化和甲烷化一体化生产代用天然气的工艺及装置。上述工艺包括以下步骤：将原料煤制成煤粉或水煤浆，送入气化炉进行部分氧化反应，生成混合气；使混合气进入后续设备进行处理，得到代用天然气；其中，所述气化炉和／或后续设备是经过甲烷化催化强化处理的设备，所述混合气在所述气化炉和／或后续设备中发生甲烷化反应。上述装置包括以下设备：气化炉、粉尘过滤器、煤气冷激器和／或煤气换热器，其中，所述设备中的一种或几种是经过甲烷化催化强化处理的设备。本发明专利技术提供的煤气化和甲烷化一体化生产代用天然气的工艺及装置是一种具有很高的成本效益和竞争力的方法及装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种代用天然气的生产工艺及装置，尤其涉及煤气化和甲烷化一体化 生产代用天然气的工艺及装置。
技术介绍
2009年，中国的天然气在一次能源消耗中所占的比例不到5 %，而发达国家已达 到25%左右。中国是一个富煤、缺油、少气的国家，利用煤气化甲烷化来生产代用天然气具 有极大的市场潜力，许多大型能源企业都涉足煤制天然气领域。煤制天然气技术传统上是使煤炭气化生成主要成分为CO和H2的合成气，然后经 脱硫和脱CO2后，进行CO和H2的甲烷化反应，把CO和H2转变成CH4和H2O,从而实现代用天 然气的生产。美国的大平原公司和中国大唐集团都在利用该工艺生产代用天然气。中国专利申请CN101560423A公开了一种制备代用天然气的方法和设备，所述方 法是把新鲜合成气分别通入串联的绝热甲烷化反应器中进行反应，该甲烷化装置包括带有 散热器和气体再循环装置的串联的绝热反应器。中国专利申请CN101565636A公开了一种提高煤气化过程中甲烷含量的方法，该 方法是通过在煤中以混合固体或喷洒液体的方式添加一定量催化剂，使添加催化剂的煤进 入气化炉气化，从而增加出口合成气中的甲烷，使其含量提高1-20个百分点，该方法适合 于固定床煤气化炉如鲁奇炉。在煤气化经甲烷化生产代用天然气的工艺中，成本与煤气化技术极为关键，目前 国内外工业化的煤制代用天然气装置几乎全部采用鲁奇公司的固定床气化技术，气化过程 中，煤气中可产生7-20%的甲烷，但该技术副产废水难以处理，污染严重，且对所需煤种要 求比较严格，因此，该技术的使用受到越来越多的限制。在已工业化的大型煤气化技术中，GE公司的Texaco水煤浆气化和Shell粉煤气 化及类似技术已处于煤气化技术的主导地位，所生成的合成气的主要成分是CO和H2,甲烷 含量小于1 %，已被广泛地用于制氢，生产合成氨、甲醇和二甲醚。将该合成气用于甲烷化生 产代用天然气，由于煤气化和甲烷化分开，且甲烷化需多段进行，反应气体需大量循环，设 备投资大，压缩机功率消耗高，运行成本远高于鲁奇气化技术，因而上述煤气化技术难以适 用于煤制代用天然气生产。综上所述，适于煤制代用天然气的鲁奇煤固定床气化技术由于废水污染难以处 理，以及固定床技术本身对煤质的要求高等原因受到多方面限制，而广泛普及的Texaco水 煤浆煤气化技术、Shell粉煤气化技术和类似及改进技术，由于目前的甲烷化技术需多段进 行且大量循环反应气体，从而使运行成本过高而不具经济性。因此，寻找一种经济高效的煤 气化和甲烷化生产代用天然气的工艺技术是本领域亟待解决的问题之一。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种煤气化和甲烷化一体化生产代3用天然气的工艺及装置，通过对现有工艺及设备的改进，实现煤气化和甲烷化的一体化集 成，使气流床煤气化不仅适合生产H2、甲醇和合成氨，也能够适用于生产代用天然气，从而 使该类煤气化技术具有更广的适应性，使已有该类煤气化装置的生产厂具有更多的产品链 选择，增加生产的灵活性以提高经济效益。为达到上述目的，本专利技术首先提供了一种煤气化和甲烷化一体化生产代用天然气 的工艺，其包括以下步骤将原料煤制成煤粉或水煤浆，送入气化炉进行部分氧化反应，生成混合气(合成 气)；使混合气进入后续设备进行处理，得到代用天然气；其中，所述气化炉和/或后续设备是经过甲烷化催化强化处理的设备，所述混合 气在所述气化炉和/或后续设备中发生甲烷化反应。本专利技术提供的煤气化和甲烷化一体化生产代用天然气的工艺是在现有的气流床 煤气化工艺的基础上，通过对气流床煤气化工艺和甲烷化工艺进行一体化整合，将甲烷化 反应整合到气化炉和/或后续设备中，将含有碳氧化物如C0、C02和H2的合成气转换成代用 天然气。本专利技术提供的一体化工艺是充分利用煤气化装置的现有设备，进行甲烷化催化强 化，减少后续对甲烷化气体的再循环的需求，解决仍在影响现有技术方法的相关缺陷，上述 设备可以是气化炉和/或后续设备等，优选地，上述后续设备包括粉尘过滤器、煤气冷激器 和/或煤气换热器等。在本专利技术提供的上述工艺中，优选地，上述甲烷化催化强化处理是指对气化炉和/ 或后续设备与混合气体(合成气/煤气)的接触面进行表面改性或者在气化炉和/或后续 设备中设置甲烷化整体催化剂。其中，上述表面改性可以是对气化炉、粉尘过滤器、煤气冷 激器和/或煤气换热器等与混合气体的接触面进行活性金属镀膜处理、浸渍处理或渗透处 理，活性金属可以为Fe、Co和/或Ni等。所设置的甲烷化整体催化剂可以是以氧化铝等为 载体，以Fe、Co和/或Ni等为活性组分，以稀土(例如镧)为助剂的甲烷化催化剂。举例说明，上述甲烷化催化强化处理可以包括以下具体方式对气化炉、粉尘过滤 器、煤气冷激器和/或煤气换热器等与气体接触的接触面的金属或陶瓷材质进行甲烷化催 化活性组分Fe、C0和/或Ni等的表面改性，例如对金属材质利用Ni进行镀膜或渗透处理； 对陶瓷材料利用活性金属Fe、C0和/或Ni进行浸渍改性；在煤气换热器的煤气管中填充甲 烷化整体催化剂，整体甲烷化催化剂载体可以为圆柱型，以氧化铝整体载体，活性组分可以 为铁、钴、镍或它们的组合，助剂可以选择稀土，如镧、铈等。根据本专利技术的具体实施方案，优选地，以Texaco水煤浆气化工艺为基础，上述一 体化工艺可以包括以下步骤1、将原料煤制成水煤浆之后，输入水煤浆气流床煤气化炉(该气化炉的炉壁进行 甲烷化催化强化，担载甲烷化催化剂)中，与氧气接触发生部分氧化反应，生成含有CO、CO2 和H2等的合成气；2、一部分合成气在气化炉中与炉壁上担载的甲烷化催化剂接触，发生甲烷化反 应，生成甲烷；3、将生成的气体输出气化炉，进入后续设备，通过冷激、洗涤、除尘等处理之后，得4到代用天然气。并且，在处理过程中(例如除尘处理之后)可以与传统的固定床甲烷化工 艺连接，进行进一步的甲烷化，进一步提高转化率。在上述工艺中，也可以通过对后续设备(例如煤气换热器等)进行甲烷化催化强 化处理，使合成气在后续设备中发生甲烷化反应，生成甲烷。根据本专利技术的具体实施方案，优选地，以Shell粉煤气化工艺为基础，上述一体化 工艺可以包括以下步骤1、原料煤制成煤粉之后，输入气化炉中，与氧气接触发生部分氧化反应，生成含有 CO、CO2和H2等的合成气；该气化炉的内壁可以是经过甲烷化催化强化的，合成气可以与甲 烷化催化剂接触，使一部分合成气生成甲烷；2、合成气离开气化炉，经过煤气冷激器、粉尘过滤器和/或煤气换热器后得到混 合气体；其中，煤气冷激器、粉尘过滤器和煤气换热器中的一个或几个可以是经过甲烷化催 化强化的(例如使上述设备与合成气接触的接触面浸渍或者渗透甲烷化催化剂活性金属， 或者在相应的合成气/煤气管道中填充甲烷化整体催化剂，也可以在设备的内壁采用活性 金属进行镀膜)，合成气在经过上述设备时，其中的一部分可以发生甲烷化反应生成甲烷， 并且，上述各个设备(包括气化炉)中的甲烷化催化强化可以选择其中之一设备进行，也可 以多个设备同时进行；3、由煤气换热器输出的混合气体，经过除尘、洗涤等处理，得到代用天然气。并且， 在处理过程中(例如除尘、洗涤处理之后)可以与传统的固定床甲烷化工艺连接，进行进一 步的甲烷化反应，以进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
煤气化和甲烷化一体化生产代用天然气的工艺，其包括以下步骤： 将原料煤制成煤粉或水煤浆，送入气化炉进行部分氧化反应，生成混合气； 使混合气进入后续设备进行处理，得到代用天然气； 其中，所述气化炉和／或后续设备是经过甲烷化催化强化处理的设备，所述混合气在所述气化炉和／或后续设备中发生甲烷化反应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，余长春，周广林，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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