[发明专利]燃料气的生产

说明书

本发明涉及燃料气的生产，具体地说，涉及从液态烃或碳素物生产热值一般在10，000至40，000千卡/标准立方米、具有可燃组分的合成燃料气。可燃组分包括氢及甲烷或只含甲烷。只含甲烷的燃料气通称之为合成天然气（SNG）。

关于以煤为原材料制造此等燃料气，已提出的主要有如下所述的两类方法：

第一类方法包括用水蒸汽和基本纯的氧将煤气化，生产主要组成为氢、一氧化碳和甲烷的粗煤气。粗煤气要经受诸如一氧化碳变换、甲烷化、脱硫化物、脱二氧化碳和（或）物理分离方法等加工步骤的处理，以生成具有所需热值和燃烧特性的燃料气。此类生产合成天然气方法的实例包括：

（a）排灰渣式煤慢速下行移动床气化炉法（英国气化法），或不排灰渣式煤慢速下行移动床气化炉法（鲁奇法）。气化产物经过冷却、洗涤脱焦油及芳烃组分、用液体洗涤剂脱除硫化物和部分二氧化碳和甲烷化，以生产管输质量的合成天然气。

（b）煤-水浆进料式挟带流气化炉法（德士古法）。气化产物脱除焦油后冷却、一氧化碳部分变换、脱除硫化物及部分二氧化碳和甲烷化，以生产管输质量的合成天然气。

（c）流化床气化炉法（IGT的U-Gas法），后续加工顺序与上述（b）项相同。

第二类方法是靠煤的直接加氢来生产甲烷。加氢法与上述的氧气/水蒸汽气化后续甲烷化的方法相比，是一种热效率更高的生产甲烷的方法。这是因为加氢步骤要比甲烷化放热量少，而且氧气/水蒸汽气化炉只要气化进料煤的一部分，就能生产出所必须的氢气。此种类型的方法主要是由英国煤气公司和煤气工艺研究所所开发（Higas法）。

到目前为止，所设计的大部分加氢法型生产合成天然气的工厂，至少包括两种加工流程，即：

生产合成天然气的煤加氢流程，这种流程从氢气及煤生产合成天然气，同时产生作为副产物名为 “半焦”的残余碳素物;和

生产氢气的流程，这种流程将来自加氢反应器的残余半焦进行氧气/水蒸汽气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除以生产氢气。

根据需要还可能包括一种由加氢反应生成的芳烃生产更多的氢气的第三种流程，即蒸汽转化流程。

上述两类方法，都要使用基本纯的氧作为和碳素物反应的反应剂。氧气一般是通过分离技术（例如深冷分离）从空气中得到的，这在生产过程中，是一个高耗费的根源。此外，必须非常谨慎地对待含氧物流和氧化反应，以便控制住气体爆炸的可能性。

本发明的目的即是要提供一种不需要使用基本纯的氧的从碳素物生产燃料气的方法。因此，按照本发明，提供了一种生产燃料气的方法，其包括以下步骤：

将液态烃或固体碳素物，在空气和（根据需要可选用的）水蒸汽存在下进行气化，以生产包括氢气、氮气及各种氧化碳的煤气流;

从煤气流中脱除固体颗粒;

视需要将煤气流与蒸汽混合，并将所得气流送至一氧化碳变换，至少将一部分一氧化碳转化成为二氧化碳，同时产生氢气;

从煤气流中至少脱除一部分二氧化碳及其它酸性气体;

煤气流中的氢气与煤气流中的各种氧化碳或者固体碳素物进行反应，以生产甲烷，并将生成的煤气流送至深冷分离，以至少产生富氮气流和含甲烷的燃料气。

本发明的方法，可在碳素物气化中使用空气而不用基本纯的氧。空气中的氮气就保留在气流中，在分离燃料气过程中可用深冷法使其分开。本方法在上述生产合成燃料气的两种类型方法中都能使用。

根据本发明的一个具体实施方案，本方法包括：液态烃或固体碳素物（例如煤、褐煤、泥煤等）空气气化;冷却所得的气流并从中脱除固体颗粒及硫;使气流经受一氧化碳变换，使其中一部分一氧化碳转化成二氧化碳同时生成氢气;将所得的煤气流进行处理，从中除去一部分二氧化碳及其它酸性气体，一氧化碳的变换及二氧化碳脱除的条件，最好是控制所得煤气流中所含的氢气比其中剩余的氧化碳进行甲烷化时所需的氢气量略有过量为宜;将气流送经甲烷化催化剂，使氢气与氧化碳反应生成甲烷;然后将煤气流送到深冷分离，产生含甲烷的燃料气和氮气。

可以控制深冷分离把过量的氢气作为单独的气流进行分离，并可以将其循环去甲烷化，或是燃料气本身就包括氢气和甲烷。排放的氮气流可以重新加热并通过透平机膨胀，以产生有用的能量。