[实用新型]一种同步制取富甲烷合成气与轻质煤焦油的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及含碳原料的高效清洁转化利用、煤制天然气技术领域，具体涉及一种由生物质、低阶煤炭、石油焦、油页岩中的一种或者两种以上根据反应物料的碳氢元素平衡按特定比例混合而成的混合含碳物料同步制取富甲烷合成气与轻质煤焦油的装置。

背景技术

煤炭燃烧，尤其是劣质煤的散烧，是造成我国目前燃煤型大气污染的主要原因，也是雾霾中硫酸盐、硝酸盐、PM_2.5等污染物的重要来源之一。在我国目前的煤炭消费结构中，约20％用于工业锅炉和生活散烧。散煤消费的主体是小型水泥厂、玻璃厂、钢厂与居民家庭取暖，这些散煤消费基本都未安装除尘、脱硫、脱硝装置。解决我国目前的煤炭消费所引起的雾霾污染问题，除了依靠科技创新大力推进煤炭的高效转化与清洁利用，加大散煤清洁化治理力度以外，还应减少煤炭分散直接燃烧，采用成熟的工业脱硫、脱硝、除尘技术，进行煤炭的集中燃烧和转化。煤制天然气即属于煤炭集中高效转化的路径之一，也是实现煤炭燃料原料化与工业锅炉煤改气的重要技术支撑，其生产过程能效高于煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等过程。煤制天然气是以煤为原料，采用气化、净化和甲烷化技术制取合成天然气的过程，为占据我国能源生产和消费主体的煤炭的低碳化、清洁化利用提供了一条有效途径；通过向目标市场供应清洁的天然气，把项目所在地的煤炭大规模集约化利用，将煤中的诸如硫、氮等造成大气污染的主要物质捕集并转化为硫磺、氨水等产品，实现资源化利用。煤制天然气在一定程度上可缓解“雾霾围城”的大气污染问题，对保障国家能源安全、增加天然气替代、实现煤炭高效清洁利用、降低环境污染具有重要意义。

据国家发改委最新数据显示，2016年我国全年天然气产量约为1371亿立方米，同比增长1.5％；天然气进口量720亿立方米,增长17.4％；天然气消费量2090亿立方米,增长6.6％。天然气对外依存度高达34.44％，截止目前，煤制天然气产业技术已比较成熟，世界上有多套煤制气工业化生产装置在稳定运行。因此发展煤制天然气产业是有效补充我国石油、天然气资源不足、保障国家能源安全的重要途径，将有利于缓解我国天然气供需矛盾，促进社会经济的均衡发展。

常规煤制气流程的第一步与煤制甲醇和煤制合成氨流程相同，都是先进行煤气化生产合成气，然后进行净化处理。不同的是，煤制气流程希望净化气中甲烷含量越高越好，这样既可减少第二步甲烷化装置的运行负荷与也便于控制合成气甲烷化的装置规模与投资成本，煤制甲醇与合成氨则要求净化气中甲烷越低越好。而煤制气前端气化工艺的选择对项目整体的投资强度、运行成本等经济性具有重要影响。截止目前，煤制天然气所采用的气化工艺大多为碎煤加压气化技术，因为与碎煤加压气化技术相比，常规的粉煤气化工艺、水煤浆气化工艺因其所产生的合成气中甲烷含量过低，将其作为煤制天然气的气化工艺并无明显优势。典型的碎煤加压气化为Lurgi碎煤加压气化技术、BGL碎煤熔渣气化技术，Lurgi碎煤加压气化技术生成的粗煤气中甲烷含量最高(7vol％～12.5vol％)，BGL碎煤熔渣气化技术的粗煤气甲烷含量次之(6.2 vol％)。然而Lurgi气化技术、BGL气化技术所适用的都是5～50mm的块煤，而基于目前的机采工艺，直接作为上述两种气化工艺的原料煤占比不足30％，煤炭机采过程中所产生的大量粉煤资源无法利用。因此现有的煤制天然气气化工艺存在配煤问题的短板。此外，这两种工艺所产合成气中CO体积分数为25vol％～56vol％，H₂体积分数为20vol％～35vol％，H₂/CO比仅为0.6～0.8，而现有的合成气甲烷化反应均要求原料气中H₂/CO比大于2，需将大部分CO通过变化反应以调节H₂/CO比。另外， BGL气化技术、Lurgi碎煤加压气化技术单套装置投煤量仅分别为950t/d、1200t/d，装置规模较小，造成其比投资强度过高，尤其BGL工艺还采用的是液态排渣，需要大量的急冷水，两种气化工艺还会产生大量很难处理的废水，末端废水处理难度与成本都很高。因此，对于现有煤制天然气工艺而言，亟需开发一种合成气中甲烷浓度高、投煤量大、废水产生量小、原料适应性强、合成气中H₂/C比大，且以粉煤为原料的干法排渣气化工艺。发明专利干熄焦联产煤制天然气的方法(CN 101747918A)公开了一种炼焦过程中用冷煤及其热解过程吸收高温焦炭热能的焦炭冷却方法，提供了一种干熄焦联产煤制天然气的方法，以还原性气体作为载热气体，吸收高温焦炭热能，将高温焦炭冷却，将吸收热能后的高温载热气体与煤料直接接触换热，用煤升温和热解回收热量，将高温焦炭熄焦过程与煤热解过程耦合，生成热解半焦和热解煤气，在上述干熄焦和煤热解的方法的基础上，进一步采用水蒸汽和氧气气化热解半焦生成气化煤气，再将气化煤气与热解煤气的混合气经变换和净化用于甲烷化反应生成天然气。该工艺方法虽然也采用热解煤气与气化煤气混合气作为原料气进行甲烷化反应，但是工艺技术中仍然有半焦产生，且属于高温热解，所产焦油中重质组分较多、具有高附加值的BTX与PCX组分含量较少。