[发明专利]煤制烃工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤化工领域，特别涉及加压固定床煤气化制造天然气(SNG)及碳烃类化合物的工艺技术装置与流程。

背景技术

煤制SNG主要有3种工艺方法，即蒸汽氧气气化法、加氢气化法和催化蒸汽气化法。

蒸汽氧气气化法通常称为“两步法”。该工艺较为成熟，已有如美国大平原公司的煤制天然气工业化应用装置近20年历史，中国正在建设，即将投产的近10套生产装置，但“两步法”存在着热效率较低(实际总约为50％左右，理论热效率为61％)，耗水量大，环境污染较重，投资高、经济效益低等缺点。

加氢气化(含加氢催化气化)法和催化蒸汽气化法为“一步法”，具有较高的热效率，分别为79.6％和72.7％，目前尚处于研发阶段，低成本的催化工艺是商业化的主要难题。

蒸汽氧气气化法制SNG的工艺流程示意图如图1所示。蒸汽氧气气化工艺，是用蒸汽和氧气，将煤气化成富含一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷以及乙烷、丙烷、油类烃等碳氢化合物的煤气；煤气的组分取决于煤的气化温度、压力等条件。温度越高，煤气的产量就越大；压力越大，油类烃产量越大；在对煤气除尘和除去焦油及部份中油后，通过水煤气变换反应调整合成气中H₄与CO的比例之后，再通过气体净化除去合成气中的硫化氢、二氧化碳酸性气体。使煤气成为主要成份是H₂和CO的合成气后，再通过甲烷化反应：CO+3H₂＝CH₄+H₂O，将合成气中的CO、H₂合成为CH₄和水之后，再除去其水份，即制得合成天然气(SNG)。

采用加压固定床(又称加压移动床)气化的“两步法”煤制SNG，因其煤气中甲烷含量占到产品气中甲烷的50％左右，已成为煤制SNG的首选气化工艺，但仍存在工艺综合热效率较低等问题。究原因主要为：①需要大量蒸汽作为气化剂；②煤气废水特别多，煤气废水处理能耗、成本很高；③约50％的甲烷产品需要设置专门的甲烷催化合成工艺装置才能获得，且大量的甲烷合成放热又无法高效利用，三大缺点。

究其采用气流床或流化床加压气化的“两步法”煤制SNG，工艺综合热效率较低的原因主要为：①需要大量氧气作为气化剂，导致制氧系统投资、能耗大大增加；②出炉煤气温度高达950～1500℃，产生的巨量的煤气显热只能回收为热效率仅30％左右的发电蒸汽；③几乎100％的甲烷产品需要催化合成才能获得，大量的甲烷合成放热无法高效利用；④对煤质要求高；共四大缺点。

鉴于“两步法”煤制SNG的固有缺点，全球的煤化工专家学者们，正在开发加氢气化和催化蒸汽转化直接生成甲烷的“一步法”煤制SNG新工艺，历时也有20年的时间，但仍然还没有走入商业化阶段。

鉴于生成甲烷系强放热反应。“一步法”煤制SNG要使煤在一次反应中，直接生成高含量甲烷气体，反应温度由于受到甲烷平衡浓度的限制，反应温度不能太高；为在单位时间和容积中得到高的甲烷产率和分率，无论是煤加氢还是蒸汽直接制SNG，许多公开的专利采用了能大幅提高反应速率的，更细粉煤、流化床、气流床，尤其是添加催化剂等办法，由于催化剂的成本问题，这又带来催化剂从煤渣中分离出来循环利用难题，或寻找可以像煤渣一样便宜的催化剂的难题。正是由于催化剂的难题致使“一步法”煤制SNG至今无法商业化。

煤制油类碳烃化合物主要有：煤浆直接加氢催化液化的“一步法”；煤氧气蒸汽气化、煤气CO适量变换、煤气CO₂脱除、油类烃催化合成的间接液化的“两步法”，两种工艺。

“一步法”煤制油类烃：①对煤质要求高；②必须有专门的氢气原料生产装置，且制氢综合热效率通常低于50％；③煤制油后的煤渣残炭高，必须设置专门的煤渣利用装置；④催化剂回收及总成本均高；

“两步法”煤制油类烃，虽然有南非萨索尔公司大规模煤制油的工业装置，数十年的运行实例，但具有与“两步法”煤制SNG同样的热效率低等不足。

发明内容

鉴于“两步法”煤制SNG及油类碳烃化合物的固有缺点，大大降低其的热效率；“一步法”煤制SNG的催化剂难题使之无法商业化。因此全球目前急需，既有“一步法”煤制SNG高热效率优点，又没有催化剂难题的，能够正在实现商业化的煤制SNG及其油类烃化合物的新工艺。本发明通过以下工艺实现这一目标：