專利名稱：一種煤制天然氣的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤制天然氣的設(shè)備。
背景技術(shù)：
天然氣是一種使用安全、熱值高的清潔能源，其主要成分是甲烷，與相同質(zhì)量的煤炭相比，燃燒排放的CO2僅為煤炭的40%，沒(méi)有廢水、廢渣的產(chǎn)生。因此，天然氣被廣泛用于發(fā)電、化工、城市燃?xì)?、汽車燃料等行業(yè)，是世界上主要的清潔能源之一。目前獲得天然氣的途徑最主要的是整裝氣田、煉廠氣、頁(yè)巖氣、抽放瓦斯與煤制天然氣；其中煤制天然氣是以煤炭為原料，氣化生成合成氣，經(jīng)凈化和轉(zhuǎn)化后在催化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng)，合成天然氣的過(guò)程。煤制天然氣工藝可分為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)和直接合成天然氣技術(shù)。煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)先將原料煤加壓氣化，由于氣化得到的合成氣達(dá)不到甲烷化的要求，因此需要經(jīng)過(guò)氣體轉(zhuǎn)換單元先提高H2與CO比例，再進(jìn)行甲烷化。而煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為較為傳統(tǒng)的兩步法甲烷化工藝與將氣體轉(zhuǎn)換單元和甲烷化單元合并同時(shí)進(jìn)行的一步甲烷化工藝。目前，國(guó)內(nèi)外正在研制開(kāi)發(fā)合成天然氣的高效催化劑，有些催化劑只需經(jīng)過(guò)脫硫脫碳后的富氫煤氣經(jīng)過(guò)升溫即可完成還原，但煤制天然氣的高效還原劑必須用純氫升溫還原，即把催化劑金屬氧化物進(jìn)行加氫，還原成為具有催化能力的金屬單元，反應(yīng)式為:Ni0+H2=Ni+H20。催化劑還原所用的氫氣大多采用外購(gòu)純氫的方法或變壓吸附、膜分離制純氫的方法獲得。但是外購(gòu)的純氫是氣態(tài)氫，需要特種槽車裝運(yùn)，還原時(shí)需外置臨時(shí)非標(biāo)設(shè)備，涉及成本和安全因素很多。而變壓吸附或膜分離技術(shù)需一次性投資，生產(chǎn)后需維護(hù)且每2 3年在催化還原時(shí)僅用一次，成本較高。因此本發(fā)明提供了一種制備氫氣的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù) 問(wèn)題在于提供了一種煤制天然氣的設(shè)備，通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備能夠降低制備氫氣的成本，并且可以使煤制天然氣過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。有鑒于此，本發(fā)明提供了一種煤制天然氣的設(shè)備，包括:備煤?jiǎn)卧?、氣化爐、副線、變換單元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化單元；所述備煤?jiǎn)卧某隹谂c所述氣化爐的入口相連接，所述氣化爐的出口與所述變換單元的入口相連接，所述變換單元的出口與所述第一吸收塔的入口相連接，所述第一吸收塔的出口與所述第二吸收塔的入口相連接，所述第二吸收塔的出口與所述甲烷化單元的入口相連接，所述氣化爐的出口還與副線的入口相連接，所述副線的出口與所述第一吸收塔的入口相連接；所述第二吸收塔的溫度為-30°C _80°C，壓力為3600KPa 4200KPa ;所述第一吸收塔與所述第二吸收塔的吸收劑為甲醇。優(yōu)選的，所述第一吸收塔的溫度為_(kāi)40°C _70°C，壓力為3800KPa 4000KPa。優(yōu)選的,所述氣化爐包括3 4個(gè)氣化爐。本發(fā)明提供了一種煤制天然氣的設(shè)備，利用所述煤制天然氣的設(shè)備，天然氣的制備過(guò)程為:首先原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧笈c氧氣、蒸汽在氣化爐中反應(yīng)，得到粗煤氣；關(guān)閉副線使粗煤氣在變換單元將其中的一氧化碳變換為氫氣，然后將得到的氣體在第一吸收塔中以甲醇為吸收劑進(jìn)行吸收，由于甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度較大，從而將其中的C02、H2S等酸性氣體脫除，并通過(guò)對(duì)第二吸收塔的溫度和壓力的控制，使粗煤氣中的雜質(zhì)氣體去除，得到純度較高的氫氣，將制取的氫氣送入甲烷化單元，使其中的金屬氧化物還原，得到催化甲烷合成的催化劑；將原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧笈c氧氣、蒸汽在氣化爐中反應(yīng)，得到粗煤氣；將副線打開(kāi)，使粗煤氣經(jīng)副線和變換單元調(diào)整一氧化碳與氫氣的體積比，將經(jīng)過(guò)變換單元的氣體依次經(jīng)過(guò)第一吸收塔與第二吸收塔中吸收劑的吸收將其中的酸性氣體脫除，得到凈煤氣，最后將凈煤氣進(jìn)入甲烷化單元，在催化劑的催化作用下，得到甲烷。本發(fā)明由于將煤制天然氣的生產(chǎn)設(shè)備首先制備了氫氣，將其用于催化金屬氧化物還原，得到了煤制天然氣的催化劑，使煤制天然氣所用的催化劑氫氣不需要額外的裝置制備，并且不需要裝運(yùn)，從而保證了氫氣的成本與安全性，并且使煤制天然氣的過(guò)程連續(xù)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的煤制天然氣設(shè)備的裝置圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種煤制天然氣設(shè)備，如圖1所示，圖1為本發(fā)明煤制天然氣設(shè)備裝置圖，包括:備煤?jiǎn)卧?I)、氣化爐(2)、副線、變換單元(3)、第一吸收塔(4)、第二吸收塔(5)、甲烷化單元(6)、;所述備煤?jiǎn)卧?I)的出口與所述氣化爐(2)的入口相連接，所述氣化爐(2 )的出口與所述變換單元(3 )的入口相連接，所述變換單元(3 )的出口與所述第一吸收塔(4)的入口相連接，所述第一吸收塔(4)的出口與第二吸收塔(5)的入口相連接，所述第二吸收塔(5 )的出口與所述甲烷化單元`(6 )的入口相連接，所述氣化爐(2 )的出口還與副線的入口相連接，所述副線的出口與所述第一吸收塔(4)的入口相連接；所述第二吸收塔(5)的溫度為-30°C _80°C，壓力為3600KPa 4200KPa ;所述第一吸收塔(4)與所述第二吸收塔(5)的吸收劑為甲醇。按照本發(fā)明，為了降低煤制天然氣或煤制甲醇過(guò)程中催化劑還原用氫氣的成本，并且使煤制天然氣的過(guò)程連續(xù)，本發(fā)明提供了一種煤制天然氣的設(shè)備。本發(fā)明在煤制天然氣的過(guò)程中首先制備了氫氣，然后將制備的氫氣用于金屬氧化物的還原，得到甲烷化催化齊U，使氫氣能夠直接用于甲烷化的過(guò)程，不需要裝運(yùn)氫氣且不需要增加額外的生產(chǎn)設(shè)備，使生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)且成本較低。按照本發(fā)明公開(kāi)的制備氫氣的設(shè)備，所述煤制天然氣的過(guò)程具體為:原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后進(jìn)入氣化爐(2)，蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，在氣化爐(2)內(nèi)煤和氣化劑逆流接觸，原煤經(jīng)過(guò)干燥、干餾、氣化和氧化后，生成粗煤氣。粗煤氣包括:氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氧氣、氮?dú)?、硫化氫、油和高?jí)烴。所述氧氣的純度為99.5vol% 99.8vol%，所述蒸汽的壓力優(yōu)選為1.0MPa 10.0MPa，更優(yōu)選為4.8MPa。制取氫氣的過(guò)程中，所述蒸汽與所述氧氣的體積比優(yōu)選為(5.5 5.8):1。關(guān)閉副線使所述粗煤氣進(jìn)入變換單元(3)，將粗煤氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣，將得到的氣體進(jìn)入第一吸收塔(4)中，在以甲醇為吸收劑的第一吸收塔(4)中進(jìn)行吸收，由于甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度較大，從而將其中的CO2與H2S等酸性氣體脫除，再通過(guò)控制第二吸收塔(5)的溫度為-30°C _80°C，壓力為3600KPa 4200KPa，使粗煤氣中的02、N2, CH4, CO2, CO, H2S與CnHm等雜質(zhì)氣體全部去除，得到了純凈的氫氣。所述副線為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的管道，通過(guò)閥門(mén)來(lái)控制副線的打開(kāi)與關(guān)閉。所述第二吸收塔(5)的溫度優(yōu)選為-40°C _70°C，壓力為3800KPa 4000KPa。所制備的氫氣通過(guò)合成原料氣管道送到甲烷化單元(6)中進(jìn)行催化劑金屬氧化物的還原，得到催化劑。得到甲烷化催化劑后，則開(kāi)始制取天然氣的過(guò)程:原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后進(jìn)入氣化爐(2)，蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，在氣化爐
(2)內(nèi)煤和氣化劑逆流接觸，原煤經(jīng)過(guò)干燥、干餾、氣化和氧化后，生成粗煤氣。粗煤氣包括:氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氧氣、氮?dú)?、硫化氫、油和高?jí)烴。所述氧氣的純度優(yōu)選為99.5vol% 99.8vol%,所述蒸汽的壓力優(yōu)選為1.0MPa 10.0MPa,更優(yōu)選為4.8MPa。制備天然氣的過(guò)程中，所述蒸汽與所述氧氣的體積比優(yōu)選為5.8:1。打開(kāi)副線并使所述粗煤氣進(jìn)入變換單元(3)，調(diào)整氫氣與一氧化碳的體積比為
3.1 3.2 ;粗煤氣經(jīng)過(guò)半變換與工藝廢熱回收后將處理后的粗煤氣依次經(jīng)過(guò)以甲醇為吸收劑的第一吸收塔(4)與第二吸收塔(5)中進(jìn)行吸收，以脫除粗煤氣中的酸性氣體，得到凈煤氣；所述凈煤氣在甲烷化單元(6)的催化劑的作用下進(jìn)行甲烷化過(guò)程，從而得到天然氣。為了使得到的氫氣較多，在制備氫氣的過(guò)程中，所述氣化爐(2)優(yōu)選打開(kāi)I個(gè)；在后續(xù)煤制天然氣的過(guò)程中，所述氣化爐(2)優(yōu)選打開(kāi)3 4個(gè)。本發(fā)明在煤制天然氣的過(guò)程中，由于在煤制天然氣的生產(chǎn)設(shè)備中首先制備了氫氣，從而在煤制天然氣的過(guò)程中即可制備出氫氣，將制備的氫氣直接用于催化劑氧化物的還原，不需要額外的裝置，并且不需要裝運(yùn)，從而保證了氫氣的成本與安全性，并且使煤制天然氣的過(guò)程連續(xù)。為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的氫氣的制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。實(shí)施例1將坑口煤礦的原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后，經(jīng)煤鎖送入氣化爐(2);蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，蒸汽與氧氣的體積比為5.5:1 ;原煤與氣化劑在氣化爐(2)中逆流接觸，原煤經(jīng)干燥、干餾、氣化和氧化后，得到粗煤氣，粗煤氣中含有 0.22vol% 的 O2,0.19vol% 的 N2,9.76vol% 的 CH4'12.32vol% 的 CO,34.99vol% 的 CO2,41.65vol%的H2,0.15vol%的H2S與0.72vol%的C n Hm ;關(guān)閉副線將粗煤氣進(jìn)入變換單元
(3)將其中的一氧化碳全部轉(zhuǎn)換為氫氣，將得到的粗煤氣進(jìn)入第一吸收塔(4)中以甲醇為吸收劑吸收粗煤氣中的雜質(zhì)氣體，并控制第二吸收塔(5)的溫度為-40°C，壓力為3635KPa，得到99.99vol%的氫氣。將制備的氫氣通過(guò)合成原料氣管道送到甲烷化單元(6)中進(jìn)行氧化鎳的還原，得到鎳催化劑 。將坑口煤礦的原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后，經(jīng)煤鎖送入氣化爐(2);蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，蒸汽與氧氣的體積比為5.8:1 ;原煤與氣化劑在氣化爐中逆流接觸，原煤經(jīng)干燥、干餾、氣化和氧化后，得到粗煤氣，粗煤氣中含有 0.35vol% 的 O2,0.40vol% 的 N2U0.0vo 1% 的 CH4U7.0vo 1% 的 CO,32.0vo 1% 的 CO2,38.7vol%的H2,0.10vol%的H2S與1.45vol%的C n Hm ;打開(kāi)副線，將粗煤氣經(jīng)過(guò)副線和變換單元(3)，調(diào)整一氧化碳與氫氣的體積比為1:3.2，將經(jīng)過(guò)變換的粗煤氣依次進(jìn)入第一吸收塔(4)與第二吸收塔(5)中，第二吸收塔(5)的吸收劑為甲醇，溫度為-40 -70°C，壓力為3635KPa 4100KPa，進(jìn)行酸性氣體的吸收，脫除硫化氫和二氧化碳后得到凈煤氣；將凈煤氣進(jìn)入甲烷化單元(6)中在上述制備的催化劑的作用下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到甲烷氣體。實(shí)施例2將坑口煤礦的原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后，經(jīng)煤鎖送入一個(gè)氣化爐(2)，關(guān)閉另外三個(gè)氣化爐；蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，蒸汽與氧氣的體積比為5.8:1 ;原煤與氣化劑在氣化爐中逆流接觸，原煤經(jīng)干燥、干餾、氣化和氧化后，得到粗煤氣，粗煤氣中含有0.35vol%的O2,0.40vol%的N2U0.0vo 1%的CH4' 17.0vo 1%的CO,32.0vol%的C02、38.7vol%的Η2、0.10vol%的H2S與 1.45vol%的CnHm ;關(guān)閉副線，將粗煤氣進(jìn)入變換單元(3)將其中的一氧化碳全部轉(zhuǎn)換為氫氣，將得到的粗煤氣進(jìn)入第一吸收塔
(4)中以甲醇為吸收劑吸收粗煤氣中的雜質(zhì)氣體，并控制第二吸收塔(5)的溫度為-40°C，壓力為3635KPa，得到99.99vol%的氫氣。將制備的氫氣通過(guò)合成原料氣管道送到甲烷化單元(6)中進(jìn)行氧化鎳的還原，得到鎳催化劑?？涌诿旱V的原煤經(jīng)過(guò)備煤?jiǎn)卧?I)處理后，經(jīng)煤鎖送入四個(gè)氣化爐(2);蒸汽與經(jīng)過(guò)空分處理的氧氣作為氣化劑從氣化爐(2)下部噴入，蒸汽與氧氣的體積比為5.8:1 ;原煤與氣化劑在氣化爐中逆流接觸，原煤經(jīng)干燥、干餾、氣化和氧化后，得到粗煤氣，粗煤氣中含有 0.35vol% 的 O2, 0.40vol% 的 N2U0.0vo 1% 的 CH4'17.0vo 1% 的 CO,32.0vo 1% 的CO2,38.7vol%的H2,0.10vol%的H2S與1.45vol%的C n Hm ;將粗煤氣經(jīng)過(guò)變換單元(3)，打開(kāi)副線，使一氧化碳與氫氣的體積比為1:3.2，將經(jīng)過(guò)變換的粗煤氣依次進(jìn)入第一吸收塔
(4)與第二吸收塔(5)中，第二吸收塔(5)的吸收劑為甲醇，溫度為-40°C -70°C，壓力為3635KPa 4100KPa，進(jìn)行酸性氣體的吸收，脫除硫化氫和二氧化碳后得到凈煤氣；將凈煤氣進(jìn)入甲烷化單元(6)中在上述制備的催化劑的作用下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到甲烷氣體。以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤制天然氣的設(shè)備，包括:備煤?jiǎn)卧?、氣化爐、副線、變換單元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化單元；所述備煤?jiǎn)卧某隹谂c所述氣化爐的入口相連接，所述氣化爐的出口與所述變換單元的入口相連接，所述變換單元的出口與所述第一吸收塔的入口相連接，所述第一吸收塔的出口與所述第二吸收塔的入口相連接，所述第二吸收塔的出口與所述甲烷化單元的入口相連接，所述氣化爐的出口還與副線的入口相連接，所述副線的出口與所述第一吸收塔的入口相連接；所述第二吸收塔的溫度為-30°C -80°c，壓力為3600KPa 4200KPa ;所述第一吸收塔與所述第二吸收塔的吸收劑為甲醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一吸收塔的溫度為_(kāi)40°C _70°C，壓力為 38OOKPa 4000KPa。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣化爐包括3 4個(gè)氣化爐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤制天然氣設(shè)備，包括備煤?jiǎn)卧?、氣化爐、副線、變換單元、第一吸收塔、第二吸收塔、甲烷化單元；所述備煤?jiǎn)卧某隹谂c所述氣化爐的入口相連接，所述氣化爐的出口與所述變換單元的入口相連接，所述變換單元的出口與所述第一吸收塔的入口相連接，所述第一吸收塔的出口與所述第二吸收塔的入口相連接，所述第二吸收塔的出口與所述甲烷化單元的入口相連接，所述氣化爐的出口還與副線的入口相連接，所述副線的出口與所述第一吸收塔的入口相連接；所述第一吸收塔與所述第二吸收塔的吸收劑為甲醇。由于在煤制天然氣的生產(chǎn)設(shè)備中首先制備了氫氣，從而在煤制天然氣的過(guò)程中即可制備出氫氣，從而保證了氫氣的成本與安全性。
文檔編號(hào)C10L3/08GK103160350SQ20131011196
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者孟令江, 趙守國(guó), 王大慶, 劉金國(guó), 王先延, 鮑喜軍, 趙澤秀, 張忠平 申請(qǐng)人:新疆慶華能源集團(tuán)有限公司