[发明专利]一种由煤制备含甲烷的气体的方法及设备

权利要求书

1.一种由煤制备含甲烷的气体的方法，包括下列步骤：

a.将煤粉加入到从上到下依次包含煤热解区和催化气化区的气化炉的煤热解区中，在所述煤热解区中，煤粉与来自催化气化区的气化产物物流接触以至少部分地热解所述煤粉，形成含甲烷的气体物流和至少部分热解的煤粉；

b.将所述至少部分热解的煤粉送入催化气化区并在催化剂作用下与通入所述催化气化区的气化剂接触，生成的气化产物物流向上进入所述煤热解区，未充分反应的煤残渣排出该催化气化区；其中所述气化剂包含水蒸汽、氢气和一氧化碳。

2.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂选自：碱金属的氧化物或碱土金属的氧化物、碱金属的碳酸盐或碱土金属的碳酸盐、碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物、碱金属的醋酸盐或碱土金属的醋酸盐、碱金属的硝酸盐或碱土金属的硝酸盐、碱金属的卤化物或碱土金属的卤化物、或它们中至少两种的混合物。

3.权利要求1的方法，其中煤热解区的温度在400-600℃范围内，催化气化区温度在600-800℃范围内，气化炉内的绝对压力在0.1-4.1MPa范围内。

4.根据权利要求1的方法，其中所述气化剂包含小于1体积％的氧气。

5.根据权利要求1的方法，其中所述气化剂与所述煤的重量比为1∶1～5∶1，且其中催化剂与煤粉的重量比为1∶100～20∶100，所述气化剂中水蒸汽∶氢气∶一氧化碳摩尔比为1～5∶0.6～3∶0.2～1。

6.根据权利要求1的方法，其中催化剂在气化炉内存在如下内部循环：所述催化气化区中的至少一部分催化剂以飞灰形式随所述气化产物物流向上进入所述煤热解区，所述煤热解区中的至少一部分催化剂随着所述至少部分热解的煤粉向下进入到所述催化气化区。

7.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：

c.任选地将来自所述煤热解区的含甲烷的气体物流经过除尘和/或除焦油；然后，

d.进行气体分离，得到富含甲烷的气体物流和富含氢气和一氧化碳的气体物流；然后，

e.将所述富含氢气和一氧化碳的气体物流送至位于所述气化炉外部的甲烷化反应器中以使氢气和一氧化碳发生甲烷化反应，生成另一股含甲烷的气体物流；以及，

f.任选地，将所述富含甲烷的气体物流的至少一部分和/或由步骤c的得到的物流的至少一部分通入位于所述气化炉外部的甲烷重整反应器，同时向该甲烷重整反应器中通入水蒸汽，以使甲烷转化为氢气和一氧化碳，并将所述甲烷重整反应器的流出物作为所述气化剂。

8.权利要求1的方法，其中所述气化剂分为两股进入所述催化气化区，第一股流经位于所述催化气化区中的气体分布板以分布式进入；第二股从位于气体分布板的中心孔集中进入；并通过控制第二股的气速来控制催化气化区的排渣。

9.由煤制备含甲烷的气体的装置，所述装置包括：

a.气化炉，其从上到下依次包含煤热解区和催化气化区；其中所述煤热解区具有至少一个煤进料口和至少一个气体出料口；所述催化气化区具有至少一个煤和/或催化剂进料口、至少一个气化剂进料口、至少一个排渣口、任选的循环固体物料进料口和气体分布板；且所述气化炉内还具有用于将部分热解的煤从所述煤热解区导入所述催化气化区的溢流管；

b.位于所述气化炉外部的气化剂供应源，用于向所述气化炉供应所述气化剂。

10.权利要求9的装置，所述装置还包括：

c.任选的除尘设备和/或除焦油设备，用于对来自所述气化炉的含甲烷的气体物流进行除尘和/或除焦油；

d.气体分离器，用于将任选地经过除尘和/或除焦油的来自所述气化炉的含甲烷的气体物流分离成富含甲烷的气体物流和富含氢气和一氧化碳的气体物流；

e.位于所述气化炉外部的甲烷化反应器，其用于使所述富含氢气和一氧化碳的气体物流中的氢气和一氧化碳发生甲烷化反应，生成另一股含甲烷的气体物流；和

f.任选的，位于所述气化炉外部的甲烷重整反应器，其用作所述气化剂供应源，其中将所述富含甲烷的气体物流的至少一部分和/或由步骤c的得到的物流的至少一部分通入该甲烷重整反应器，同时向该甲烷重整反应器中通入水蒸汽，以使将甲烷转化为氢气和一氧化碳，并将所述甲烷重整反应器的流出物作为所述气化剂。