[发明专利]一种煤制天然气、烯烃及煤焦油方法

说明书

一种煤制天然气、烯烃及煤焦油方法，以适当的温度和气相介质条件，直接将原料煤中的氢元素，生成气态烃的形式从煤中分离出来；用氢元素将煤中的碳元素，直接反应成气态碳氢化合物；采用富氧水蒸汽在高温下，将生产气态烃后余下的残焦中的碳元素，进行水煤气反应转化为CO和H₂，以大幅提高其能源转化效率、大幅降低水资源消耗、大幅减少CO₂排放和环境污染，并大幅减少装置投资，降低生产成本。

技术领域

本发明属于煤化工领域，特别涉及煤制天然气、烯烃、燃油的能源化工艺技术与设备。

背景技术

现行的煤制油和煤制天然气，无论是煤气化后再合成油、气的两步法，还是煤直接加氢生产油、气的一步法，均因工艺路线复杂、工艺过程能源转化效率低下，煤制油仅40％，耗标煤3.6吨/吨油，煤制天然气仅50％，耗标煤2.5吨/km³；设备投资高，煤制油1600亿元/1000万吨，煤制天然气280亿元/40亿m³；水资源消耗高，煤制油耗水7吨/吨油，煤制天然气7吨/km³；环境污染重，污水处理成本高，CO₂排放多。

究其主要的技术原因，煤气化后再合成为C_nH_2n+2(n＝1为CH₄，n＝8为汽油，n＝16为柴油)称为两步法，化学反应nCO+2nH₂+H₂＝C_nH_2n+2+nH₂O，CO中的氧必须要用H₂去取出来，而传统制取H₂的能耗和成本都很高，所以两步法的煤气化工序，通常采用的鲁奇气化炉，其本质是就是将常压煤气炉改为加压气化炉，因不能进行加氢直接生成烃产品，故存在前述的诸多缺点。

鲁尔100型气化炉，是将传统的常压两段煤气炉改为10MPa工作压力，除煤气中甲烷增加70％左右外，煤气废水、蒸汽分解率等均未改善，多碳烃比起3MPa鲁奇炉还减少25％，没有太多的优势，因多产甲烷耗用过多的氢气，不适合煤制油，由于工艺压力太高，设备投资大幅增加，用于煤制天然气也是不经济的，开发至今50多年过去了，鲁奇公司一直没有后续的进一步开发，更没有商业化运行业绩。

现行煤直接加氢的一步法制油效率低的原因，一是工艺压力高达20MPa，设备投资大；二是碳元素转化率低，其残渣含碳高达40％，需在专门的气化炉内重新加热才能再次生成 CO；三是采用气流床煤气化制氢，由于气流床气化过程中，煤中氢元素是以碳氢化合物形式，700℃以下就首先热解为气态烃，随即与气流中的O₂气反应生成CO₂和H₂O放出热量，使炉温达到1300～1700℃之高，所以气流床的高炉温有相当大一部分是氢元素燃烧贡献的，从而导致煤气中氢气摩尔分率低，CO成分特别高，而CO必须经过变换才能转化为氢气，即这种制氢工艺实质上是首先烧掉煤中的H₂，然后再用煤中的C元素制取CO，CO再经变换才能转化为H₂，所以现行的煤直接加氢一步法制C_nH_2n+2也存在前述的诸多缺点。

现行的煤制烯烃由原料煤富氧水蒸汽加压气化，富氧水煤气洗涤和煤焦油分离、富氧水煤气CO变换即CO/H₂比例调节、富氧煤气酸气脱除，甲醇合成，甲醇分离，甲烷分离、甲醇脱水制烯烃工艺过程组成，也是工艺过程冗长，能耗、水耗、环保、投资均存在巨大改进空间。

发明内容

本发明的目的，一是以适当的温度和气相介质条件直接将原料煤中的H元素，生成气态烃的形式从煤中分离出来；二是用H元素将煤中的碳元素直接反应成气态碳氢化合物，三是采用富氧水蒸汽在高温下，将生产气态烃后余下的残焦中的碳元素转化为CO和H₂，以大幅提高其能源转化效率、大幅降低水资源消耗、大幅减少CO₂排放和环境污染，并大幅减少装置投资，降低生产成本。

具体发明内容如下：