[发明专利]一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法

说明书

技术领域

本发明属于能源动力与煤化工领域，具体地说涉及一种外燃供热的煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法。

背景技术

由于煤炭与气体燃料的品质及其能量转换利用方式的不同，使得燃煤电厂的发电效率比天然气联合循环电站低10～15个百分点。目前，为了实现煤炭的高效洁净利用，无论是化工生产过程还是IGCC发电系统，都必须先将煤气化，为煤炭的高效利用创造必要条件。

煤气化过程是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、二氧化碳、水蒸汽等作气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。煤气化所得的合成气或煤气的成分取决于燃料、气化剂的种类以及进行气化过程的条件。煤气化方法的分类多种多样，应用较为广泛的四种气化炉为鲁奇炉、恩德炉、德士古炉和谢尔炉，其冷煤气效率在65%~80%左右。

现有技术中，煤气化过程由于需要纯氧与煤反应，因此需要空气分离装置。产生的合成气进行净化除尘才能使用，还需要废热锅炉回收余热。这使得煤气化效率较低，投资成本很高。

同时不同煤气化方法对煤种的要求各有不同。我国煤碳可采量约为1万亿吨，分为褐煤、烟煤和无烟煤。鲁奇炉可采用褐煤和部分烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤），可用资源量为5934.5亿吨，占总资源量的58%。德士古炉可采用大部分的烟煤，可用资源量为6728.8亿吨，占总资源量的66%。谢尔炉可采用褐煤和几乎全部的烟煤，资源量为9242亿吨，占总资源量的91%。恩德炉可采用褐煤和少部分烟煤（长焰煤和不粘煤），可用资源量为4479.6亿吨，占总资源量的44%。

本发明中同时还涉及煤炼焦技术，传统的炼焦技术所需要的煤种主要是烟煤中的主焦煤和肥煤，仅占总资源的约9%。而本发明中所使用的为粗炼焦技术，大部分的褐煤和烟煤均可以使用，可用煤种占总资源量的约九成。

综上所述，煤炭的气化过程的应用推广，还存在着气化效率低、设备投资成本高和煤种限制等障碍。因此，无论对于化工行业还是电力部门，如何提高煤炭气化的效率，降低煤炭气化的投资成本，都是亟待解决的难题。对于我国高碳能源低碳化利用以及能源可持续发展也是革新性突破。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法，该方法基于燃料“组分对口，分级转化”的原则，将煤炭气化分为碳化、生产一氧化碳化、变换产氢三个步骤，如图1所示。本发明提出的煤气化方法首先将煤炭进行碳化提纯，得到粗焦炭，然后与二氧化碳反应生成一氧化碳，最后通过变换反应生成氢气和二氧化碳，二氧化碳供给焦炭一氧化碳化单元。通过氢气、一氧化碳和焦炉煤气混合可以得到不同碳氢比的合成煤气。煤炭的碳化过程和一氧化碳生成过程所需热量由燃煤提供。相比于传统气化方法中的所有反应在气化过程中同时进行，本发明的新气化方法将不同的反应分类，在碳化、一氧化碳化和变换产氢过程中分别进行。而且本发明提出的煤气化方法不需要氧气参与反应，具有气化效率高、设备投资成本低、煤种不受限制以及气化产物可灵活调节等多种优点。

在上述方法的基础上本发明提供了一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法，其特征在于，将煤炭气化过程分为碳化过程、一氧化碳生产过程和变换产氢过程三个步骤。

首先进行碳化过程，该过程对气化煤进行碳化提纯，所需热量由供热煤与高温空气燃烧产生的热量提供，得到粗焦炭、焦炉煤气、焦油等化工产品；

其次进行一氧化碳生产过程，将碳化过程中生产的粗焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳，所需热量同样由上述供热煤与高温空气燃烧产生的热量提供；

然后进行变换产氢过程，将上述一氧化碳生产过程中生产的部分一氧化碳与水蒸气变换反应生成二氧化碳和氢气，使用分离装置进行分离得到二氧化碳和纯净的氢气，分离出的二氧化碳返回所述一氧化碳生产过程与焦炭继续反应，一氧化碳生产过程中所需的二氧化碳完全由变换产氢过程中生产的二氧化碳提供；

整个煤炭气化过程的三个步骤分别得到焦炉煤气、一氧化碳和氢气，三种气体灵活配比得到不同碳氢比的煤气化合成气。