一種煤氣化制甲烷的設備及方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例提供一種煤氣化制甲烷的設備及方法，所述煤氣化制甲烷的設備包括氣化爐和第一氣固分離裝置，所述氣化爐包括第一氣化段和第二氣化段，所述第一氣化段出氣與所述第二氣化段連通，所述第一氣固分離裝置同時與所述第一氣化段和所述第二氣化段連通，所述第一氣化段用于使煤和氣化劑發(fā)生反應，生成第一氣體產物，所述第二氣化段用于使所述第一氣體產物和煤粉發(fā)生反應，并生成包含甲烷的第二氣體產物，所述第一氣固分離裝置用于從所述第二氣體產物中分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段。本發(fā)明提供的煤氣化制甲烷的設備用于制備富含甲烷的煤氣。
【專利說明】一種煤氣化制甲烷的設備及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤氣化制天然氣【技術領域】，尤其涉及一種煤氣化制甲烷的設備及方法。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一種較為清潔的能源，目前的使用越來越廣泛，煤氣化制天然氣是高效利用煤炭的一種重要方式，由于天然氣最主要的成分就是甲烷，因此，煤氣化之天然氣主要是煤氣化制甲烷，通常的煤氣化制甲烷包括兩步法制甲烷和一步法制甲烷兩種方法，在兩步法制甲烷工藝中，第一步是煤的氣化反應，生成含有少量甲烷(2% -5% )的合成氣(主要是氫氣、一氧化碳和二氧化碳)，第二步是指合成氣(經凈化和調整氫氣/ 一氧化碳比后的煤氣)制甲烷的過程。
[0003]但是現(xiàn)有的兩步法制備甲烷工藝中，碳利用率較低且甲烷收率較低，為此，現(xiàn)有技術中，可通過煤的加氫氣化工藝產生甲烷濃度(70%-80%)的煤氣，從而提高甲烷收率，但需要增加額外的供氫系統(tǒng)，使整個設備更加復雜且這種方式的碳轉化率仍然較低，或者也有方案通過在氣化爐內設置回流室，并在回流室中設置擋板以延長煤粉和氣流的接觸時間，從而提高碳轉化率，但這同樣會使設備的結構復雜，且為了提高甲烷收率同樣需要供氫系統(tǒng)，因此，如何提高碳轉化率和甲烷收率，并簡化設備結構，是亟待解決的問題。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的實施例提供一種煤氣化制甲烷的設備及方法，可提高碳轉化率和甲烷的產率，并簡化設備結構。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案:
[0006]一種煤氣化制甲烷的設備，包括氣化爐，還包括第一氣固分離裝置，所述氣化爐包括第一氣化段和第二氣化段，所述第一氣化段出氣與所述第二氣化段連通，所述第一氣固分離裝置同時與所述第一氣化段和所述第二氣化段連通，所述第一氣化段用于使煤和氣化劑發(fā)生反應，生成第一氣體產物，所述第二氣化段用于使所述第一氣體產物和煤粉發(fā)生反應，并生成包含甲烷的第二氣體產物，所述第一氣固分離裝置用于從所述第二氣體產物中分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段。
[0007]進一步地，還包括第二氣固分離裝置，所述第二氣固分離裝置與所述第一氣固分離裝置連通，用于從所述第三氣體產物中分離出飛灰和含甲烷的第四氣體產物。
[0008]進一步地，所述第一氣化段與所述第二氣化段通過喉管連通，且所述喉管的一端連接于所述第一氣化段的頂部，另一端連接于所述第二氣化段的底部，所述第一氣固分離裝置的底部與所述第一氣化段連通，所述第一氣固分離裝置的頂部與所述第二氣化段的頂部連通。
[0009]進一步地，所述第一氣化段的底部設有分布板，所述分布板上設有中心孔和和氣化劑入口，所述氣化劑入口圍繞所述中心孔分布，所述第一氣化段底部的灰渣可從所述中心孔排出，且所述中心孔還可用于通入所述氣化劑，所述氣化劑入口也可用于將所述氣化劑通入所述第一氣化段。
[0010]進一步地，所述第一氣化段和所述第二氣化段之間的管路中設有分隔板，所述分隔板上設有多個氣孔，所述第一氣體產物可通過所述氣孔進入所述第二氣化段。
[0011]進一步地，所述第一氣化段內的溫度為1000-1200°c，壓力為3-7MPa。
[0012]進一步地，所述第二氣化段內的溫度為500-800°C，壓力為3_7MPa。
[0013]進一步地，所述第一氣化段為鼓泡流化床，所述第二氣化段為射流流化床。
[0014]更進一步地，所述第二氣化段的直徑和所述第一氣化段的直徑的比為1:3-1: 4。
[0015]進一步地，所述第二氣化段設有至少兩個均勻布置的進煤口。
[0016]一種煤氣化制甲烷的方法，包括以下步驟:
[0017]a、將煤和氣化劑通入氣化爐的第一氣化段并發(fā)生反應，生成包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水的第一氣體產物；
[0018]b、將所述第一氣體產物和煤粉通入所述氣化爐的第二氣化段并發(fā)生反應，生成包含甲燒的第二氣體產物；
[0019]C、將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段。
[0020]進一步地，還包括:d、將所述第三氣體產物通入第二氣固分離裝置，分離出出飛灰和含甲烷的第四氣體產物。
[0021]進一步地，步驟b中的所述煤粉分別從所述第二氣化段的所述的進煤口噴入所述第二氣化段。
[0022]本發(fā)明實施提供的煤氣化制甲烷的設備及方法，在所述第一氣化段產生的所述第一氣體產物中包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣及水等成分，且反應后的溫度較高，將所述第一氣體產物通入所述第二氣化段后，所述第一氣體產物可作為所述第二氣化段的氣化劑和熱量來源，且由于所述第一氣體產物中包含氫氣，從而可在不增加專門的供氫系統(tǒng)的情況下，在所述第二氣化段內可提高甲烷的產量，將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置后，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，從而使最終的甲烷收率得到提高，同時，由于所述第一氣固分離裝置內的所述固體產物送回所述第一氣化段，且所述固體產物中含碳，所述固體產物中的碳與氣化劑接觸后，可再次在所述第一氣化段內進行反應，生成所述第一氣體產物，用于制備甲烷，從而通過對所述固體產物的再次利用，提高碳的轉化率，并避免了在氣化爐中設置回流室等專門的組件，有利于簡化結構。由此，可提高碳轉化率和甲烷的產率，并簡化設備結構。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例一種煤氣化制甲烷的設備的結構示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實施例一種煤氣化制甲烷的設備的分布板的截面圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0028]術語“第一”、“第二”、“第三”和“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0029]參照圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的煤氣化制甲烷的設備的一個具體實施例，其中的箭頭表示物料在所述煤氣化制甲烷的設備中的流向，所述煤氣化制甲烷的設備包括氣化爐I和第一氣固分離裝置2，氣化爐I包括第一氣化段11和第二氣化段12，第一氣化段11與第二氣化段12連通，第一氣固分離裝置2同時與第一氣化段11和第二氣化段12連通，第一氣化段11用于使煤和氣化劑發(fā)生反應，并生成第一氣體產物，所述第一氣體產物包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水等成分，其中所述氣化劑可包括水蒸氣和氧氣，第二氣化段12用于使所述第一氣體產物和煤粉發(fā)生反應，并生成包含甲烷的第二氣體產物，第一氣固分離裝置2用于從所述第二氣體產物中分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段11。
[0030]本實施提供的煤氣化制甲烷的設備，在第一氣化段12產生的所述第一氣體產物中包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣及水，且反應后的溫度較高，將所述第一氣體產物通入第二氣化段12后，所述第一氣體產物可作為第二氣化段12的氣化劑和熱量來源，且由于所述第一氣體產物中包含氫氣，從而可在不增加專門的供氫系統(tǒng)的情況下，在第二氣化段12內可提高甲烷的產量，將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置2后，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，從而使最終的甲烷收率得到提高，同時，由于第一氣固分離裝置2內的所述固體產物送回第一氣化段11，且所述固體產物中含碳，所述固體產物中的碳與氣化劑接觸后，可再次在第一氣化段11內進行反應，生成所述第一氣體產物，用于制備甲烷，從而通過對所述固體產物的再次利用，提高碳的轉化率，并避免了在氣化爐I中設置回流室等專門的組件，有利于簡化結構。由此，可提高碳轉化率和甲烷的產率，并簡化設備結構。
[0031]所述煤氣化制甲烷的設備還包括第二氣固分離裝置3，第二氣固分離裝置3與第一氣固分離裝置2連通，用于從所述第三氣體產物中分離出飛灰和含甲烷的第四氣體產物，由于第二氣固分離裝置3對第三氣體產物進行了氣固分離，將所述第三氣體產物中的飛灰等其他固體廢物與含甲烷的第四氣體產物分離開，從而進一步凈化了氣體產物，便于使所述第四氣體產物中的甲烷的含量更高，所述第四氣體產物既為最終需要的氣體產物。
[0032]第一氣化段11的兩側至少分別設有一個送煤的進料口，第二氣化段12的兩側至少分別設有一個進料口，煤可從第一氣化段11的兩側相對噴入或者由煤粉給料器(圖中未不出)送入第一氣化段11，煤粉可從第二氣化段12的兩側相對噴入第二氣化段12，第一氣化段11與第二氣化段12通過喉管4連通，且喉管4的一端連接于第一氣化段11的頂部，另一端連接于第二氣化段12的底部，第一氣固分離裝置2底部設置的返料口與第一氣化段11上設置的循環(huán)固體進料口連通，第一氣固分離裝置2的頂部與第二氣化段12的頂部連通，第一氣化段11底部還設有排渣口，第二氣固分離裝置3底部設有排灰口。
[0033]參照圖2，第一氣化段11的底部設有分布板5，分布板5包括中心孔51和圍繞中心孔51分布的多個氣化劑入口 52，且多個氣化劑入口 52均勻分布，第一氣化段11底部的灰渣可從中心孔51排出，且中心孔51還可用于通入所述氣化劑，所述氣化劑入口 52也可用于將所述氣化劑通入第一氣化段11，所述氣化劑從氣化劑入口 52進入第一氣化段11，使所述氣化劑更加均勻的進入第一氣化段11，同時，中心孔52通入所述氣化劑時，可對從中心孔52排出的灰渣產生作用力，從而可通過改變流量，調節(jié)灰渣排出的量。
[0034]分布板5可為倒錐形、圓形或半球形等多種形狀。
[0035]第一氣化段11和第二氣化段12之間的管路中設有分隔板(圖中未示出)，所述分隔板上設有多個均勻分布的氣孔(圖中未示出)，所述第一氣體產物可通過所述氣孔進入所述第二氣化段，所述多個氣孔可使第一氣體產物更加分散的進入第二氣化段12，使第二氣化段12內的反應更加充分。
[0036]第一氣化段11內的溫度可設定為1000-1200°C，壓力可設定為3_7MPa。
[0037]第二氣化段12內的溫度可設定為500-800°C，壓力可設定為3_7MPa。
[0038]具體地，在上述范圍內，分別選取三個具體條件，測量碳轉化率和甲烷體積分數(shù)，其中，
[0039]當?shù)谝粴饣?2溫度為1000°C，第二氣化段12的溫度為650°C，壓力均為7MPa時，碳轉化率為95%，甲烷的體積分數(shù)為25% ；
[0040]當?shù)谝粴饣?1溫度為1100°C，第二氣化段12的溫度為700°C，壓力均為7MPa時，碳轉化率為97%，甲烷的體積分數(shù)為26% ；
[0041]當?shù)谝粴饣?1溫度為1200°C，第二氣化段12的溫度為750°C，壓力均為7MPa時，碳轉化率為97%，甲烷的體積分數(shù)為28%。
[0042]由上述實驗數(shù)據(jù)可以看出，碳轉化率和甲烷的體積分數(shù)(可表征甲烷收率)均較尚O
[0043]第一氣化段11和第二氣化段12均選用流化床，具體地，第一氣化段11可采用鼓泡流化床，第二氣化段12可采用射流流化床。
[0044]為了使第一氣化段11和第二氣化段12內的反應均在適宜的條件下進行，從而使第一氣化段11和第二氣化段12內的氣速等條件均處于適宜的范圍內，可將第二氣化段12和第一氣化段11的直徑的比設置在1:3至1:4之間，并使煤粉在第二氣化段12內停留10秒_20秒。
[0045]為了使第二氣化段12內的反應更加充分，并提高供煤的效率，可在第二氣化段12上設置至少兩個進煤口，且所述進煤口均勻分布在所述第二氣化段12上，并使得進入第二氣化段12的所述第一氣體產物與從第二氣化段12兩側進入相對噴入的煤粉逆流方式接觸，從而使個反應物被更加分散，使反應更加充分。
[0046]參照圖1，本發(fā)明還提供一種煤氣化制甲烷的方法，所述煤氣化制甲烷的方法包括煤氣化制甲烷的方法以下步驟:
[0047]a、將煤和氣化劑通入氣化爐I的第一氣化段11并發(fā)生反應，生成包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水的第一氣體產物，其中所述氣化劑可包括水蒸氣和氧氣；
[0048]b、將所述第一氣體產物和煤粉通入氣化爐I的第二氣化段12并發(fā)生反應，生成包含甲燒的第二氣體產物；
[0049]C、將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置2，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回第一氣化段11。
[0050]本實施提供的煤氣化制甲烷的設備，在第一氣化段12產生的所述第一氣體產物中包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣及水，且反應后的溫度較高，將所述第一氣體產物通入第二氣化段12后，所述第一氣體產物可作為第二氣化段12的氣化劑和熱量來源，且由于所述第一氣體產物中包含氫氣，從而可在不增加專門的供氫系統(tǒng)的情況下，在第二氣化段12內可提高甲烷的產量，將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置2后，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，從而使最終的甲烷收率得到提高，同時，由于第一氣固分離裝置2內的所述固體產物送回第一氣化段11，且所述固體產物中含碳，所述固體產物中的碳與氣化劑接觸后，可再次在第一氣化段11內進行反應，生成所述第一氣體產物，用于制備甲烷，從而通過對所述固體產物的再次利用，提高碳的轉化率，并避免了在氣化爐I中設置回流室等專門的組件，有利于簡化結構。由此，可提高碳轉化率和甲烷的產率，并簡化設備結構。
[0051]由于所述第三氣體產物中一般還會含有一定固體飛灰，因此為了獲得更加純凈且甲烷含量更高的氣體產物，所述煤氣化制甲烷的方法還包括:d、將所述第三氣體產物通入第二氣固分離裝置2，分離出飛灰和含甲烷的第四氣體產物，從而進步進行氣固分離，并將分離出的飛灰排出，得到焦油和含有甲烷含量較高的第四氣體產物。
[0052]步驟a中反應的條件包括:溫度為1000-1200°C，壓力為3_7MPa。
[0053]步驟b中反應的條件包括:溫度在550_800°C，壓力在3_7MPa。
[0054]具體地，在上述范圍內，分別選取三個具體條件，測量碳轉化率和甲烷體積分數(shù)，具體結果如上文所述。
[0055]為了使第二氣化段12中的反應更加充分，可使煤粉均勻的進入第二氣化段12，具體地，可將步驟b中的所述煤粉分別從第二氣化段12的所述的進煤口相對噴入第二氣化段12，從而使第二氣化段12內的煤粉均勻分散，氣固混合的更加均勻，進入第二氣化段12的煤粉可通過密相輸送的方式從第二氣化段12的所述進煤口噴入第二氣化段12，同理，在為第一氣化段11供煤時，也可將煤從第一氣化段11的兩側相對噴入第一氣化段11。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種煤氣化制甲烷的設備，包括氣化爐，其特征在于，還包括第一氣固分離裝置，所述氣化爐包括第一氣化段和第二氣化段，所述第一氣化段出氣與所述第二氣化段連通，所述第一氣固分離裝置同時與所述第一氣化段和所述第二氣化段連通，所述第一氣化段用于使煤和氣化劑發(fā)生反應生成第一氣體產物，所述第二氣化段用于使所述第一氣體產物和煤粉發(fā)生反應，并生成包含甲烷的第二氣體產物，所述第一氣固分離裝置用于從所述第二氣體產物中分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，還包括第二氣固分離裝置，所述第二氣固分離裝置與所述第一氣固分離裝置連通，用于從所述第三氣體產物中分離出飛灰和含甲烷的第四氣體產物。
3.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第一氣化段與所述第二氣化段通過喉管連通，且所述喉管的一端連接于所述第一氣化段的頂部，另一端連接于所述第二氣化段的底部，所述第一氣固分離裝置的底部與所述第一氣化段連通，所述第一氣固分離裝置的頂部與所述第二氣化段的頂部連通。
4.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第一氣化段的底部設有分布板，所述分布板上設有中心孔和氣化劑入口，所述氣化劑入口圍繞所述中心孔分布，所述第一氣化段底部的灰渣可從所述中心孔排出，且所述中心孔還可用于通入所述氣化劑，所述氣化劑入口也可用于將所述氣化劑通入所述第一氣化段。
5.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第一氣化段和所述第二氣化段之間的管路中設有分隔板，所述分隔板上設有多個氣孔，所述第一氣體產物可通過所述氣孔進入所述第二氣化段。
6.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第一氣化段內的溫度為 1000-1200°C，壓力為 3_7MPa。
7.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第二氣化段內的溫度為 500-800°C，壓力為 3-7MPa。
8.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第一氣化段為鼓泡流化床，所述第二氣化段為射流流化床。
9.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第二氣化段的直徑和所述第一氣化段的直徑的比為1:3-1:4。
10.根據(jù)權利要求1所述的煤氣化制甲烷的設備，其特征在于，所述第二氣化段設有至少兩個均勻布置的進煤口。
11.一種利用煤氣化制甲烷的方法，其特征在于，包括以下步驟: a、將煤和氣化劑通入氣化爐的第一氣化段并發(fā)生反應，生成第一氣體產物； b、將所述第一氣體產物和煤粉通入所述氣化爐的第二氣化段并發(fā)生反應，生成包含甲烷的第二氣體產物； C、將所述第二氣體產物通入第一氣固分離裝置，分離出含碳的固體產物和含甲烷的第三氣體產物，并將所述固體產物送回所述第一氣化段。
12.根據(jù)權利要求11所述的煤氣化制甲烷的方法，其特征在于，還包括:d、將所述第三氣體產物通入第二氣固分離裝置，分離出飛灰和含甲烷的第四氣體產物。
13.根據(jù)權利要求11所述的煤氣化制甲烷的方法，其特征在于，步驟b中的所述煤粉分別從所述第二氣化段的所述進煤口噴入所述第二氣化段。
【文檔編號】C10J3/46GK104479774SQ201410631252
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】宋新朝, 湛月平, 李克忠, 金亞丹, 劉雷, 鄭巖 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司