[发明专利]一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法

说明书

一种分级制取富烃氢煤气与水煤气的方法，将原料煤先经过氢气气化，制取富含甲烷和多碳烃的氢煤气后，再将制氢煤气后剩下的残焦进行水煤气气化，富烃氢煤气与水煤气分别出炉；气化剂与被气化的固体颗粒逆流相向流动，热量利用充分，能源转化效率高，蒸汽、氧气耗量少，二氧化碳排放少；水煤气冷凝液相对减少，且不含酚类化合物，处理成本低，环境友好；氢煤气中甲烷、多碳烃含量高，净化、分离成本低；该富烃氢煤气与水煤气分级制取方法，可用于煤制天然气、煤制燃料油、煤制烯烃、煤制甲醇、合成氨、IGCC整体联合循环发电等行业。

技术领域

本发明属于煤化工领域，特别涉及煤制天然气和油的煤气化工艺技术与设备。

背景技术

2018年3月8日国际原油61美元/桶，即448美元/吨，虽然目前国际能源价格，比起过去的最高价格还低55％，但中国富煤、缺油、少气的资源禀赋，导致2017年进口原油高达4.1957亿吨，金额达1623.3亿美元，同比增长39.1％，石油对外依存度近70％。进口天然气6857万吨，金额达232.8亿美元，同比增长41.2％。

即使从此以后原油进口平均增长率降到5％，天然气进口平均增长率降到10％，到2035年原油进口量也将达到10亿吨，天然气进口量也将达到3.8亿吨，即使以2017年原油均价406美元/吨，天然气均价339.5美元/吨计，到2035年，两项合计每年将耗费外汇5350亿美元。

现行的煤制油和煤制天然气，无论是煤气化后再合成油、气的两步法，还是煤直接加氢生产油、气的一步法，均因工艺路线复杂、工艺过程能源转化效率低下，煤制油仅40％，耗标煤3.6吨/吨油，煤制天然气仅50％，耗标煤2.5吨/km³；设备投资高，煤制油1600亿元/1000万吨，煤制天然气280亿元/40亿m³；水资源消耗高，煤制油耗水7吨/吨油，煤制天然气7吨/km³；环境污染重，污水处理成本高，CO₂排放多。

究其主要的技术原因，煤气化后再合成为C_nH_2n+2(n＝1为CH₄，n＝8为汽油，n＝16为柴油)称为两步法，化学反应nCO+2nH₂+H₂＝C_nH_2n+2+nH₂O，CO中的氧必须要用H₂去取出来，而传统制取H₂的能耗和成本都很高，所以两步法的煤气化工序，通常采用图1所示的鲁奇气化炉，其本质是就是将常压煤气炉改为加压气化炉，因不能进行加氢直接生成烃产品，故存在前述的诸多缺点；

图2所示的鲁尔100型气化炉，是将传统的常压两段煤气炉改为10MPa工作压力，除煤气中甲烷增加70％左右外，煤气废水、蒸汽分解率等均未改善，多碳烃比起3MPa鲁奇炉还减少25％，没有太多的优势，因多产甲烷耗用过多的氢气，不适合煤制油，由于工艺压力太高，设备投资大幅增加，用于煤制天然气也是不经济的，开发至今50多年过去了，鲁奇公司一直没有后续的进一步开发，更没有商业化运行业绩。

现行煤直接加氢的一步法制油效率低的原因，一是工艺压力高达20MPa，设备投资大；二是碳元素转化率低，其残渣含碳高达40％，需在专门的气化炉内重新加热才能再次生成CO；三是采用气流床煤气化制氢，由于气流床气化过程中，煤中氢元素是以碳氢化合物形式，700℃以下就首先热解为气态烃，随即与气流中的O₂气反应生成CO₂和H₂O放出热量，使炉温达到1300～1700℃之高，所以气流床的高炉温有相当大一部分是氢元素燃烧贡献的，从而导致煤气中氢气摩尔分率低，CO成分特别高，而CO必须经过变换才能转化为氢气，即这种制氢工艺实质上是首先烧掉煤中的H₂，然后再用煤中的C元素制取CO，CO再经变换才能转化为H₂，所以现行的煤直接加氢一步法制C_nH_2n+2也存在前述的诸多缺点。

发明内容