[发明专利]一种煤催化气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤催化气化领域，尤其涉及一种煤催化气化方法。

背景技术

煤催化气化技术是指煤在相对较低的温度下与水蒸汽等气化剂在催化剂的催化作用下发生气化反应，以生成高浓度甲烷的气化技术。与其它煤气化技术相比，煤催化气化技术具有制备的甲烷含量高、反应温度低等优点。

煤制天然气技术在最初阶段由两步法制得，但由于两步法技术需要空分、气化、变换和甲烷化四个工段，工艺复杂、投资巨大，使得其并不适用于大规模的煤制天然气工艺中。相比之下，采用将煤在相对较低的温度下与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度甲烷的一步法煤制天然气技术颇受青睐。在现有的一步法技术中，大多采用外供热方式，即需要大量过热蒸汽及循环部分产品气一氧化碳、氢气进入气化炉发生甲烷化反应放热来提供系统所需热量，但该方式能耗较大，设备投资高，采用该方式供热用于小规模研发阶段尚可，但要实现产业化并无经济优势。并且，在该方法中，循环通入的产品气一氧化碳和氢气不仅会抑制气化反应，降低碳转化率，还会因反应器主体内的一氧化碳主要参与水煤气变换反应而抑制甲烷化反应以降低甲烷的收率。

针对上述问题，提供一种能够同时提高甲烷收率及碳转化率的煤催化气化方法是本领域技术人员所面临的重要课题。

发明内容

本发明实施例提供了一种煤催化气化方法，可以提高甲烷收率及碳转化率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种煤催化气化方法，包括：

将所述反应器主体根据其内部温度不同从上至下依次分为加氢热解区、催化气化区和燃烧区；

向所述燃烧区中通入含氧气体，所述含氧气体与所述燃烧区中的煤发生燃烧反应和气化反应生成二氧化碳、一氧化碳和氢气；

向所述催化气化区中通入氢气，所述氢气抑制一氧化碳参与水煤气变换反应，而促进一氧化碳参与甲烷化反应。

可选的，所述方法还包括：

向所述加氢热解区中通入氢气，所述氢气与进入所述反应器主体的煤发生加氢热解反应，生成轻质焦油，同时发生甲烷化反应生成甲烷。

进一步的，在所述加氢热解区中，氢气与所述加氢热解区中煤的质量比为0.001：1-0.01：1。

可选的，向所述催化气化区中通入的氢气温度与所述催化气化区的温度相同，向所述加氢热解区中通入的氢气温度与所述加氢热解区的温度相同。

可选的，所述含氧气体包括氧气和过热蒸汽。

进一步的，所述含氧气体中氧气浓度为3-20％。

可选的，所述催化气化区的温度为500-800℃。

进一步的，在所述催化气化区中，氢气与所述催化气化区中煤的质量比为0.001：1-0.025：1。

可选的，所述加氢热解区的温度为400-600℃。

可选的，所述燃烧区的温度为800-1000℃。

本发明提供了一种煤催化气化方法，在该方法中，对有氧气化进行了改进，一方面通过在反应器主体内通入氢气，通过抑制反应器主体内的水煤气变换反应可确保更多的一氧化碳参与甲烷化反应，从而提高甲烷收率，技术经济性更佳；另一方面由于氧气的通入，不仅可以提高燃烧区中的碳的转化率，还可在反应器主体内实现内部供热代替外部过热蒸汽供热，更有利于煤催化气化技术实现工业化。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种煤催化气化方法，包括：

将所述反应器主体根据其内部温度不同从上至下依次分为加氢热解区、催化气化区和燃烧区；

在本步骤中，煤催化气化反应所采用的反应器主体(即流化床气化炉)的反应压力为2.0-4.5MPa，并且根据反应器主体内温度的不同可分为三个区，分别为上段的加氢热解区、中段的催化气化区和下段的燃烧区。其中，在反应器主体内主要发生的反应如下：

C+O₂→CO₂        燃烧反应

C+H₂O→H₂+CO     气化反应

CO+H₂O→CO₂+H₂   水煤气变换反应