碎煤加壓氣化聯(lián)合干法氣流床氣化生產(chǎn)天然氣的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種碎煤加壓氣化聯(lián)合干法氣流床氣化生產(chǎn)天然氣的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)資源的特點(diǎn)是“富煤、缺油、少氣”。環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角三大經(jīng)濟(jì)帶對(duì)天然氣需求巨大，而內(nèi)蒙古、新疆等地煤炭資源豐富，但運(yùn)輸成本高昂。因此，將富煤地區(qū)的煤炭資源就地轉(zhuǎn)化成天然氣，成為繼煤炭發(fā)電、煤制油、煤制烯烴之后的又一重要戰(zhàn)略選擇。
[0003]煤炭氣化在煤制天然氣工藝路線上占有重要地位。氣化實(shí)質(zhì)是煤與氣化劑生產(chǎn)煤氣的反應(yīng)，總體上是吸熱反應(yīng)，需要燃燒一部分煤為完成煤氣化過(guò)程提供熱能。不同氣化爐，氣化壓力、溫度、進(jìn)煤粒度要求也各不相同。煤氣化系統(tǒng)的核心技術(shù)是氣化爐，通常把氣化爐分為三種類(lèi)型:移動(dòng)床(固定床)、流化床、氣流床。目前在國(guó)內(nèi)外運(yùn)行最多的工業(yè)化裝置主要是濕法氣流床加壓氣化技術(shù)、干法氣流床加壓氣化技術(shù)和碎煤加壓氣化技術(shù)。
[0004](一 )碎煤加壓氣化工藝
[0005]碎煤加壓氣化技術(shù)屬于移動(dòng)床氣化技術(shù)。原料煤粒度為5-50mm,以水蒸氣和純氧為氣化劑，在溫度900-1100°C，壓力2.7-4.1MPa的氣化爐內(nèi)，生產(chǎn)粗煤氣，氣化爐出口溫度隨煤種的不同在225-600°C之間。粗煤氣經(jīng)洗滌冷卻器洗滌冷卻至210°C后進(jìn)入廢熱鍋爐換熱至180°C后進(jìn)入后系統(tǒng)。因生產(chǎn)的粗煤氣中014含量占合成天然氣中的15%，而在煤制天然氣廣泛使用。氣化溫度不高，并存在干餾層，當(dāng)氣化低階煤時(shí)，可以得到各種價(jià)值的焦油、輕質(zhì)油及粗酚等多種副產(chǎn)品。缺點(diǎn)是水蒸汽分解率低，氣化廢水多，同時(shí)廢水中含有酚類(lèi)物質(zhì)，處理難度大。因廢水處理困難，一般后續(xù)污水處理有煤氣水分離工藝和酚氨回收工藝?，F(xiàn)廢水處理工序流程長(zhǎng)，廢水處理成本高，經(jīng)濟(jì)效益差，一次性投資較大。
[0006]( 二 )氣流床氣化工藝
[0007]氣流床氣化技術(shù)分干法氣流床和濕法氣流床工藝。2005年-2010年期間，我國(guó)相繼引進(jìn)了多種干法氣流床氣化，所產(chǎn)合成氣主要用于制取合成氨、甲醇、烯烴、合成油等產(chǎn)品。典型的干法氣流床技術(shù)有德國(guó)柯柏斯公司的Κ-T爐、荷蘭Shell國(guó)際石油公司的殼牌爐、德國(guó)科林公司的CCG粉煤氣化技術(shù)、德國(guó)西門(mén)子燃料氣化有限技術(shù)公司的GSP氣化技術(shù)、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院的航天HT-L粉煤加壓氣化工藝、華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)等。采用以干煤粉進(jìn)料，純氧做氣化劑，液態(tài)排渣；氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在1600-2200°C之間，出爐煤氣溫度約為1400-1700°C。產(chǎn)生的高溫煤氣夾帶的細(xì)灰尚有一定的粘結(jié)性，所以需一部分循環(huán)冷卻煤氣進(jìn)行激冷，使溶渣固化而不致粘在合成氣冷卻器壁上，將其煤氣冷卻至900°C左右在導(dǎo)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生中壓過(guò)熱蒸汽。氣流床為高溫氣化，且原料粒度很小，反應(yīng)進(jìn)行的極其充分，影響環(huán)境的副產(chǎn)物極少，產(chǎn)品氣中含塵量低于2mg/m3。工藝廢水通過(guò)簡(jiǎn)單的處理可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，易于凈化處理和循環(huán)使用。
[0008]氣流床氣化技術(shù)具有煤種適應(yīng)較廣、能源利用率高、設(shè)備單位產(chǎn)氣能力高、環(huán)境效益好等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是對(duì)氣化煤種要求比較高、氣化爐工藝聯(lián)鎖比較多、部分循環(huán)冷卻煤氣進(jìn)行冷激煤氣導(dǎo)致熱效率低，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。
[0009](三)煤制天然氣工藝
[0010]煤制天然氣生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述:原料煤在煤氣化裝置中與高純氧氣和中壓蒸汽進(jìn)行反應(yīng)制得粗煤氣；粗煤氣經(jīng)耐硫耐油變換冷卻和低溫甲醇洗裝置脫硫脫碳后，制成所需的凈煤氣；凈化氣進(jìn)入甲烷化裝置合成甲烷，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的天然氣；從凈化裝置產(chǎn)生富含硫化氫的酸性氣體送至克勞斯硫回收和氨法脫硫裝置進(jìn)行處理，生產(chǎn)出硫磺；由碎煤氣化過(guò)程中產(chǎn)生大量含有酚、氨、H2S等有害雜質(zhì)，通過(guò)酚氨回收裝置預(yù)處理、物化處理、生化處理、深度處理及部分膜處理后，廢水得以回收利用。
[0011 ]目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)天然氣的主流工藝是碎煤加壓氣化技術(shù)，生產(chǎn)合成氣的主流氣化工藝是干法氣流床氣化技術(shù)。然而現(xiàn)有工藝往往存在技術(shù)路線比較長(zhǎng)，生產(chǎn)運(yùn)行成本較高；下游工藝復(fù)雜，產(chǎn)品附加值低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力薄弱的缺點(diǎn)。
[0012]盡管煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等五大現(xiàn)代煤化工已列為是國(guó)家十二五規(guī)劃重點(diǎn)化工項(xiàng)目，同時(shí)又是國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重點(diǎn)。然而在發(fā)展過(guò)程中對(duì)于工藝路線的選擇，尤其是氣化爐的選型方面一直是專(zhuān)家、學(xué)者爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，主要爭(zhēng)議在碎煤加壓氣化爐和氣流床氣化爐的選擇上。采用哪種爐型科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)，更加有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是各科研院所研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對(duì)上述氣流床和移動(dòng)床兩種氣化技術(shù)的工藝特點(diǎn)和存在問(wèn)題，如何在生產(chǎn)上利用好兩種爐型的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)一直是領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)難題。本發(fā)明創(chuàng)造性地采用將碎煤加壓氣化和干法氣流床氣化聯(lián)產(chǎn)工藝，用碎煤加壓氣化爐產(chǎn)生的冷煤氣作為冷激氣體和氣流床產(chǎn)生的高溫煤氣混合，將碎煤氣化爐產(chǎn)生的焦油類(lèi)、脂肪酸類(lèi)和石油烴類(lèi)等長(zhǎng)鏈物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子的co2、ch4、CO、h2等合成氣組分，在經(jīng)洗滌冷卻、變換、甲醇洗等工序，生產(chǎn)煤基天然氣。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本大幅降低，能實(shí)現(xiàn)兩種氣化技術(shù)的優(yōu)劣互補(bǔ)，熱效率高，實(shí)現(xiàn)裝置的大型化，減少項(xiàng)目投資的特點(diǎn)。
[0014]因此，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有應(yīng)用廣的兩種氣化技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種既能處理低階煤，又能從本質(zhì)上消除低溫氣化技術(shù)粗煤氣中酚類(lèi)、焦油類(lèi)污染物的方法。
[0015]具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種碎煤加壓氣化與干法氣流床氣化聯(lián)合生產(chǎn)天然氣的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種用于如前所述聯(lián)合生產(chǎn)天然氣方法的裝置。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供根據(jù)如前所述方法生產(chǎn)的天然氣。
[0016]針對(duì)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0017]一方面，本發(fā)明提供一種碎煤加壓氣化與干法氣流床氣化聯(lián)合生產(chǎn)天然氣的方法，所述方法同時(shí)包括碎煤加壓氣化和干法氣流床氣化兩部分操作過(guò)程，其中:
[0018]所述碎煤加壓氣化操作采用移動(dòng)床氣化方式，以?xún)?yōu)選粒度為13-50_煤為原料，水蒸氣和純氧為氣化劑，在優(yōu)選3.0-6.0MPa的氣化爐內(nèi)，進(jìn)行逆流反應(yīng)，生產(chǎn)粗煤氣；
[0019]所述干法氣流床氣化操作是以干煤粉進(jìn)料，純氧做氣化劑，液態(tài)排渣；
[0020]其中，將所述用碎煤加壓氣化爐產(chǎn)生的冷煤氣作為冷激氣體和所述干法氣流床產(chǎn)生的高溫煤氣混合，將碎煤氣化爐產(chǎn)生的焦油類(lèi)、脂肪酸類(lèi)和石油烴類(lèi)等長(zhǎng)鏈物質(zhì)轉(zhuǎn)化為所述干法氣流床氣化操作中的合成氣組分。
[0021]根據(jù)如前所述生產(chǎn)天然氣的方法，優(yōu)選地，所述碎煤加壓移動(dòng)床氣化操作中的合成氣組分包括小分子的co2、CH4、CO和H2，在經(jīng)洗滌冷卻、變換、甲醇洗工序后，生產(chǎn)煤基天然氣。
[0022]根據(jù)如前所述生產(chǎn)天然氣的方法，優(yōu)選地，所述氣化的原料煤質(zhì)選自褐煤、年輕煙煤(如長(zhǎng)焰煤)和無(wú)煙煤，其灰分在10-35%，水分在6-38%，熱值在2900-7000Kcal/kg ；將所述原料煤經(jīng)破碎、篩分，篩上塊煤送碎煤氣化裝置用作碎煤加壓氣化原料，篩下物經(jīng)磨煤機(jī)破碎達(dá)合格粒徑后用作氣流床氣化裝置。
[0023]根據(jù)如前所述生產(chǎn)天然氣的方法，優(yōu)選地，碎煤加壓氣化生產(chǎn)運(yùn)行氧負(fù)荷4000-9000NM3/h，粗煤氣出口溫度225-600°C，操作壓力3.0-6.0MPa，碎煤加壓氣化汽氧比為 5-9Kg/NM3。
[0024]根據(jù)如前所述生產(chǎn)天然氣的方法，優(yōu)選地，干法氣流床氣化操作壓力控制在3.2-8.0MPa，氧負(fù)荷在10000-55000NM3/h，粗煤氣出口溫度1400-