[发明专利]一种煤气化新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对煤进行气化的技术，特别涉及对煤进行气化得到甲烷的技术。

背景技术

煤炭是中国的主要能源，查明储量1万亿吨，占我国各种化石燃料资源总储量的95％以上。我国84％以的煤炭上作为燃料直接燃烧，不但热效率低，同时也是目前最主要的污染源。考虑到与煤相比，气体燃料更容易完全燃烧且运输成本更低，因此，希望对煤进行气化以转化为气体燃料。一般地，可将煤气化成合成气或甲烷。

国内对天然气的需求与日俱增，2020年需求量将达到2000亿立方米，同期天然气产量只能达到1400亿～1600亿立方米。一直希望直接将煤气化成以甲烷为主的天然气。另外，煤制天然气可以大规模管道输送，节能、环保、安全，输送费用低。因此，如何合理利用煤炭资源，研究开发先进的清洁高效的煤转化天然气技术，具有重大的意义。故煤气化是煤炭高效与洁净利用的重要途径，也是实施可持续发展战略做到经济与环境协调发展的关键技术之一。

超临界水兼有气态和液态水的特点，具有扩散性好、溶解度高、高密度以及低黏度的特性。超临界水的优良的扩散性和对有机物质的溶解性，使其不仅可以渗透到煤微孔中萃取热解产物，如焦油、气体分子等，而且还可以深入煤粉空隙深处发生活化反应，提高气化反应速率。

目前，利用超临界水对煤进行气化的工艺研究较少，并且主要集中在H₂的制备。

毕继诚等在专利CN200310109657.3中介绍了一种低阶煤在亚临界或超临界水中连续转化的方法。通过该方法目的是在亚、超临界水的条件下由低阶煤连续地转化为液体燃料、煤气和半焦。该专利的技术路线是通过高压连续输送水煤浆或水煤浆与碱金属和/或碱土金属的氧化物或氢氧化物的混合物到反应系统，利用超临界水的性质将煤有效地萃取、热解，转化为气、液、固三种有用的产物。

王杰、曹建勤等在专利CN200810033930.1中介绍了一种煤低温催化气化的方法。该方法煤热解温度为500-900℃，添加煤重量的5-20％的氢氧化钙、石灰和石灰石添加剂，热解15-60分钟的时间，以对煤进行预处理钝化，以及对预处理钝化的煤进行催化气化。

目前的工艺主要存在适用范围小、工艺复杂、甲烷的收率低、CO₂收率高等问题。

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种煤气化的新方法，该方法能够在温和的条件下能够实现煤的气化，获得高甲烷含量的气体产物。

发明概述

本发明提供了一种制造高甲烷含量混合气体的方法，包括下列步骤：

a)在第一反应器中用氢气和亚临界或超临界状态的水对煤粉进行初步气化；

b)在第二反应器中用超临界状态的水对将步骤a)的至少一部分产物进行再次气化，得到高甲烷含量的混合气体，其中向步骤a)和/或步骤b)中加入催化剂。

发明详述

图1是本发明的示例性的实施方案的流程示意图。

在本发明的步骤a中，在第一反应器1中任选地在催化剂的作用下用氢气和亚临界或超临界状态的水对煤粉进行初步气化。其中煤粉以水煤浆A的形式进料。所述煤可选自烟煤、无烟煤、褐煤、生物质、有机废物或它们的混合物。煤粉的粒径小于1920微米，优选小于420微米。将该煤粉和催化剂以及水混合在一起制备水煤浆，水煤浆浓度(即煤粉质量/水煤浆总质量×100％)为10-70％，优选20-50％。水煤浆通过泵或其他输送设备输送入第一反应器中。

步骤a中所述催化剂选自碱金属或碱土金属氧化物、碱金属或碱土金属氢氧化物或碱金属或碱土金属盐或它们的混合物。例如：CaO、K₂O、Na₂O、NaOH、KOH、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、K₂CO₃、Na₂CO₃等或其混合物。步骤a中催化剂的加入量为煤粉重量的0-20％，优选2-20％。

在第一反应器中，水处于亚临界或超临界状态。其中，亚临界状态为200-500℃和10-22.1MPa。超临界状态为：374-700℃和22.1-40MPa。第一反应器中的水与煤粉的质量比为1∶2.33-9∶1。

通入第一反应器中的氢气B与亚/超临界水的分压比为1∶5-1∶30，优选1∶10-1∶25。