[发明专利]含碳原料制富甲烷气体的方法和装置

权利要求书

1.一种含碳原料制富甲烷气体的方法，其特征在于，在气化反应器中，含碳原料与气化剂在固体热载体催化剂加热催化作用下，发生热解反应、气化反应和重整反应，生成富氢的气态产物、附着在固体热载体催化剂表面的积炭、半焦和/或灰分，气化反应器的最高温度为700-950℃；富氢的气态产物进入甲烷化反应器中，富氢的气态产物中的一氧化碳、二氧化碳与氢气在固体热载体催化剂作用下发生甲烷化反应，生成富甲烷气体和附着在固体热载体催化剂表面的积炭，甲烷化反应器中的温度为300-600℃；离开气化反应器的固体热载体催化剂、半焦和/或灰分与离开甲烷化反应器的固体热载体催化剂汇合后进入提升器，或每股各自进入提升器，经提升器将上述物质送入气固分离器；在气固分离器中，携带固体粉尘的热烟气与固体热载体催化剂、半焦分离；离开气固分离器的热烟气经除尘、除有害气体和热量回收后外排；离开气固分离器的固体热载体催化剂和半焦被分为两部分，分别进入气化反应器的前置再生器和甲烷化反应器的前置再生器；在气化反应器前置再生器中通入温度为400-700℃的热空气，烧除半焦和固体热载体催化剂上的积炭，得到再生后的固体热载体催化剂，过程产生的热量用于加热固体热载体催化剂，再生后的固体热载体催化剂和半焦燃烧后的灰分进入气化反应器；在甲烷化反应器前置再生器中通入温度为400-700℃的热空气，烧除半焦和/或固体热载体催化剂上的积炭，再生后的固体热载体催化剂和/或半焦燃烧后的灰分经固体热载体催化剂冷却器冷却后进入甲烷化反应器；在提升器底部、气化反应器的前置再生器、甲烷化反应器的前置再生器至少一种装置设置固体热载体催化剂入口，以补充固体热载体催化剂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固体热载体催化剂为一种或两种以上的催化剂混合，或一种或两种以上的催化剂与一种或两种以上惰性物料混合；

所述的固体热载体催化剂是甲烷化催化剂，甲烷化催化剂与重整催化剂、脱硫剂、惰性物料中的一种或两种以上混合，重整和甲烷化双功能催化剂，重整和甲烷化双功能催化剂与惰性物料、脱硫剂中的一种或两种混合；

所述的重整催化剂是橄榄石、橄榄石载镍催化剂或橄榄石载铁催化剂，所述的脱硫剂是石灰石、白云石、氧化铁、氧化锌或含氧化锌的复合金属氧化物，所述的甲烷化催化剂是橄榄石载镍催化剂、氧化铝载镍催化剂、氧化镁载镍催化剂、二氧化硅载镍催化剂或碳化硅载镍催化剂，所述的重整和甲烷化双功能催化剂是橄榄石载镍催化剂、硫化镍矿载镍催化剂、红土镍矿载镍催化剂或铁矿石载镍催化剂，所述的惰性物料是石英砂、砂子或氧化铝小球。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的气固分离器对固体热载体催化剂、半焦和灰分按照密度和粒径分成两部分，其中密度较低和粒径较小的部分被分配到气化反应器的前置再生器中，密度较高和粒径较大的部分被分配到甲烷化反应器的前置再生器中；

本方法中将半焦、重整催化剂和脱硫剂分配到气化反应器的前置再生器，将甲烷化催化剂分配到甲烷化反应器的前置再生器；

本方法中将半焦和一部分重整和甲烷化双功能催化剂分配到气化反应器的前置再生器，将余下的重整和甲烷化双功能催化剂分配到甲烷化反应器的前置再生器。

4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，

所述的进入气化反应器的含碳原料是固体燃料、液体燃料、气体烃类、一氧化碳、二氧化碳中的一种或两种以上混合；

所述的进入气化反应器的气化剂是水蒸气，水蒸气与氧气的混合物，水蒸气与二氧化碳的混合物，水蒸气、二氧化碳和氧气的混合物。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的气化反应器的温度通过如下一种或两种方式实现：(1)调节进入气化反应器的固体热载体催化剂的温度及其与含碳原料的质量比，其中进入气化反应器的固体热载体催化剂的温度为750-1000℃，单位时间内进入气化反应器的固体热载体催化剂与含碳原料的质量比为10-100:1；(2)向气化反应器中通入氧气，通过含碳原料或含碳原料的反应产物部分燃烧提供热量。