一种由煤催化气化制甲烷的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种从下至上依次包括合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段的气化炉。本发明专利技术还涉及使用这样的气化炉由煤催化气化制甲烷的方法。任选地，所述气化炉还可以在合成气甲烷化段之上具有煤热解段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤气化制备代用天然气领域，具体地说，涉及煤催化气化制备甲烷 的方法，更具体地，涉及在多段气化炉内由煤催化气化制甲烷的方法。
技术介绍
随着经济的迅速发展以及环保规定的日益严格，未来十几年，我国对天然气这 一清洁能源的需求量呈爆炸式增长，而天然气产量虽有增加但却远低于需求的增长趋 势，供需矛盾日益突出，供应缺口逐年加大。鉴于我国能源资源状况“富煤、少油、缺 气”的特点，长期维持以煤为主的能源消费结构短期内不会改变，根据洁净煤技术的发 展走向和世界低碳经济的发展趋势，把煤转化成化石能源中最优质的燃料一天然气，是 适合我国国情、化解能源危机并保证能源安全的一条捷径。目前，煤制甲烷工艺分为间接甲烷化和直接甲烷化。间接甲烷化，也称两步法 煤甲烷化工艺，第一步是指煤气化制合成气，第二步是指合成气(经净化和调整H2/CO 比后的煤气)制甲烷的过程。煤的直接甲烷化是指在一定温度和压力作用下，把煤直接 制成产品富甲烷气的工艺，该过程没有煤气化和甲烷化两个相互独立的操作过程。图1和2是目前间接甲烷化的两种典型工艺，图1采用的是非耐硫甲烷化催化 剂工艺，首先将煤在气化炉内发生煤气化反应生成合成气(主要成分CO和H2),对合成 气进行除尘降温除焦油等初步净化工序后，经过粗脱硫和精脱硫对合成气内所含H2S、 COS等硫化物进行脱除，使脱硫后气体含硫量在O.lPPm以下，才不会引起甲烷化催化剂 中毒，通过CO变换反应(CCHH2O — C02+H2)调整合成气内碳氢比例达到催化剂的要求 后，进入循环甲烷化反应器转化成产品甲烷，产品甲烷再经脱碳后得到产品气。图2采 用的耐硫甲烷化催化剂，与图1不同的是合成气在进甲烷化反应器之前不需要脱硫而直 接进反应器发生耐硫甲烷化反应生成甲烷，然后再对反应后气体进行脱硫、脱碳等后续 操作得到产品气。上述煤制甲烷工艺，都必须先将煤气化成合成气，再对合气化进行降 温除尘等预处理，达到后续甲烷化反应器内催化剂的要求条件，工艺流程复杂且系统能 耗大。另外，甲烷化反应由于是强放热反应，还容易导致反应器内催化剂飞温，使催化 剂失活，催化剂使用寿命缩短等，如何有效的移走反应器内产生的热量也是困绕该反应 器设计的难题。美国Exxon公司对煤一步法制甲烷技术进行了大量的实验研究，美国专利 US4318712公开了一种煤直接甲烷化的整个工艺流程，见图3，将煤事先与催化剂进行预 混合后，进入煤气化炉，通入的过热蒸汽不但作为气化剂，同时作为热源，维持炉内反 应温度，控制炉内温度在700°C左右，过热蒸汽温度850°C，气化炉反应压力3.5MPa，煤 在催化剂的作用下与过热蒸汽发生反应，直接得到产品富甲烷气体，如图3所示。美国GPE公司在EXXON工艺技术的基础上进行了进一步研究，专利 US20070000177A1也公开了煤一步法制甲烷的工艺，催化剂是碱金属碳酸盐或碱金属氢 氧化物，气化剂是水蒸气，其主要技术特征除了加入高效的甲烷化催化剂之外，还加入了氧化钙到反应的煤粉当中，吸收反应过程产生的二氧化碳，从而进一步提高甲烷的含量。上述工艺缺点是由于加入促进甲烷生成的催化剂，但高温不利于甲烷的生 成，反应温度一般控制在70(TC左右，反应速度慢，碳的转化率低，倘若没有外部供热系 统提供热量就很难维持反应温度，且这些技术也尚处于研发阶段。美国专利US4,077,778提出采用多级流化床煤催化气化工艺，消除原催化气化工 艺的不足，使气化更高效的进行，充分利用进料碳资源，提高碳转化率。主流化床操作 气速较高，将部分碳颗粒夹带至二级流化床，在较低气速下进行气化反应，增长固相停 留时间，最大限度提高碳转化率。采用多级气化较之单级气化可将碳利用率由70-85%提 高至95%以上。多级流化床煤催化气化工艺采用多个流化床反应器，设备投资高，操作 较复杂。本专利技术在传统煤制甲烷工艺的基础上进行了改进，把煤制合成气、煤催化甲烷 化、合成气甲烷化三个过程集成在一个反应器内进行，并实现了能量的充分利用。专利技术概述本专利技术涉及一种由煤催化气化制甲烷的方法，包括下列步骤a.在包括合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段的气化炉的煤甲烷化段 使煤在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气体物流发生 甲烷化反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；b.使所述反应后的煤焦向下进入所述合成气产生段并与通入所述合成气产生段 的气体氧化剂反应，生成包括合成气在内的气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内 的气体物流向上进入所述煤甲烷化段以进行步骤a，而所述灰渣则排出所述气化炉；和，c.使步骤a的含甲烷的气体物流向上进入所述合成气甲烷化段，并在合成气甲烷 化催化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得到含更多甲烷的气 体产物。另一方面，本专利技术还涉及一种由煤催化气化制甲烷的方法，包括下列步骤a.在包括合成气产生段、煤甲烷化段、合成气甲烷化段和煤热解段的气化炉的 煤甲烷化段使煤在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气 体物流发生甲烷化反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；b.使所述反应后的煤焦向下进入所述合成气产生段并与通入所述合成气产生段 的气体氧化剂反应，生成包括合成气在内的气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内 的气体物流向上进入所述煤甲烷化段以进行步骤a，而所述灰渣则排出所述气化炉；和，C.使步骤a的含甲烷的气体物流向上进入所述合成气甲烷化段，并在合成气甲烷 化催化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得到含更多甲烷的气 体产物；d.使所述含更多甲烷的气体产物向上进入煤热解段，加热从煤热解段进入的煤 并使煤发生热解反应，又生成一部分甲烷，该段中的所有气体离开气化炉，而热解后的 煤沿气化炉向下运动。再一方面，本专利技术涉及一种用于煤催化气化制甲烷的气化炉，其从下至上依次 包括合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段，其中，所述煤甲烷化段用于使煤在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气体物流发生甲烷化 反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；所述合成气产生段用于使来自煤甲烷化 段的反应后的煤焦与通入所述合成气产生段的气体氧化剂反应，生成包括合成气在内的 气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内的气体物流向上进入所述煤甲烷化段，而所 述灰渣则排出所述气化炉；所述合成气甲烷化段用于使来自煤甲烷化段的含甲烷的气体 物流在合成气甲烷化催化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得 到含更多甲烷的气体产物。附图说明图1是现有技术中间接甲烷化的工艺示意图，其中使用非耐硫甲烷化催化剂。图2是是现有技术中间接甲烷化的工艺示意图，其中使用耐硫甲烷化催化剂。图3是现有技术中直接甲烷化的工艺示意图。图4是本专利技术的第一类实施方式的工艺示意图。图5是本专利技术的第二类实施方式的工艺示意图。图6是本专利技术的一类变型实施方式的工艺示意图。可以理解的是，各附图仅仅是说明性的，不打算以任何方式限制本专利技术的范 围。本专利技术的范围应由权利要求的内容所确定。专利技术详述下面参照图4详述描述本专利技术的方法。本专利技术的方法所采用的核心设备是多段 式气化炉。该气化炉一般竖直放置或倾斜放置，从下至上可分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由煤催化气化制甲烷的方法，包括下列步骤：ａ．在包括合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段的气化炉的煤甲烷化段使煤在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气体物流发生甲烷化反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；ｂ．使所述反应后的煤焦向下进入所述合成气产生段并与通入所述合成气产生段的气体氧化剂反应，生成包括合成气在内的气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内的气体物流向上进入所述煤甲烷化段以进行步骤ａ，而所述灰渣则排出所述气化炉；和，ｃ．使步骤ａ的含甲烷的气体物流向上进入所述合成气甲烷化段，并在合成气甲烷化催化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得到含更多甲烷的气体产物。

【技术特征摘要】
1.一种由煤催化气化制甲烷的方法，包括下列步骤a.在包括合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段的气化炉的煤甲烷化段使煤 在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气体物流发生甲烷 化反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；b.使所述反应后的煤焦向下进入所述合成气产生段并与通入所述合成气产生段的气 体氧化剂反应，生成包括合成气在内的气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内的气 体物流向上进入所述煤甲烷化段以进行步骤a，而所述灰渣则排出所述气化炉；和，c.使步骤a的含甲烷的气体物流向上进入所述合成气甲烷化段，并在合成气甲烷化催 化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得到含更多甲烷的气体产 物。2.根据权利要求1的方法，其中至少一部分煤从气化炉的煤甲烷化段和/或合成气甲 烷化段通入气化炉。3.一种由煤催化气化制甲烷的方法，包括下列步骤a.在包括合成气产生段、煤甲烷化段、合成气甲烷化段和煤热解段的气化炉的煤甲 烷化段使煤在煤甲烷化催化剂的作用下与来自合成气产生段的包括合成气在内的气体物 流发生甲烷化反应，生成含甲烷的气体物流和反应后的煤焦；b.使所述反应后的煤焦向下进入所述合成气产生段并与通入所述合成气产生段的气 体氧化剂反应，生成包括合成气在内的气体物流和灰渣，其中所述包括合成气在内的气 体物流向上进入所述煤甲烷化段以进行步骤a，而所述灰渣则排出所述气化炉；和，c.使步骤a的含甲烷的气体物流向上进入所述合成气甲烷化段，并在合成气甲烷化催 化剂的作用下使合成气发生甲烷化反应，再生成一部分甲烷，得到含更多甲烷的气体产 物；d.使所述含更多甲烷的气体产物向上进入煤热解段，加热从煤热解段进入的煤并使 煤发生热解反应，又生成一部分甲烷，该段中的所有气体离开气化炉，而热解后的煤沿 气化炉向下运动。4.根据权利要求3的方法，其中至少一部分煤从所述煤热解段通入气化炉。5.根据权利要求1或3的方法，其中所述煤甲烷化催化剂从气化炉的煤甲烷化段和/ 或合成气甲烷化段和/或合成气产生段通入气化炉。6.根据权利要求1或3的方法，其中所述气体氧化剂从合成气产生段的底部和/或侧 面通入气化炉。7.根据权利要求1或3的方法，其中所述合成气甲烷化催化剂以固定床的形式位于所 述合成气甲烷化段内。8.根据权利要求1或3的方法，其中所述合成气甲烷化催化剂以气化炉内构件的形式 位于所述合成气甲烷化段内。9.根据权利要求8的方法，其中所述内构件包括气体分布器和/或挡板。10.根据权利要求1或3的方法，其中所述煤甲烷化催化剂选自碱金属碳酸盐或碱金 属氢氧化物或它们的混合物。11.根据权利要求1或3的方法，其中所述合成气甲烷化催化剂选自耐硫甲烷化催化剂。12.根据权利要求11的方法，其中所述耐硫甲烷化催化剂选自负载在氧化铝或氧化锆 载体上的硫化钼、氧化钼、氧化钴或钼-钴-镍的共熔物。13.根据权利要求1或3的方法，其中所述气体氧化剂选自水蒸气与氧气的混合物或 水蒸气与空气的混合物。14.根据权利要求1或3的方法，其中步骤c或步骤d的气体产物离开气化炉后进入 旋风分离器进行气固分离，并任选地将分离下来的固体返回到气化炉的任何一段中。15.根据权利要求1或3的方法，其中步骤c或步骤d的气体产物离开气化炉后进入 颗粒移动床中进行气固分离，并任选地将分离下来的固体返...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕继诚，张荣，陈意心，孙志强，李金来，甘中学，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]