一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置，该装置包括气化炉、净化装置、费托合成反应器、油洗塔、气体洗涤分离塔，化学链制氢装置和压缩机。化学链制氢装置包括：水蒸气反应器、燃料反应器、空气反应器。煤、氧气和水蒸气通入气化炉中反应生成粗煤气，经净化装置除去粗煤气中灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，净化后的粗煤气、化学链制氢装置制取的氢气和循环气混合作为费托合成反应器的合成气，费托合成反应器合成产物为：蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡在费托合成反应器中析出，重油在油洗塔中析出，轻油在气体洗涤分离塔冷凝析出，2/3的驰放气通过压缩机回收作为系统的循环气，其余驰放气进入化学链制氢装置制取氢气。
【专利说明】一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤间接液化的方法及装置，尤其涉及基于铁基载氧体的费
[0002]托合成驰放气链式制氢并分离CO2的方法及装置。
【背景技术】
[0003]煤是地球上能够得到的最丰富的化石燃料，煤的使用年限高于石油，它将是替代不断下降石油资源的可靠能源。煤气化产生合成气(CCHH2)，再用合成气为合成液体燃料或化学产品的过程称为煤的间接液化。煤间接液化主要采用费托合成反应器生成各种烃类以及含氧化合物，费托合成反应器要求原料气中H2/C0为1.2~1.5，而气化产生粗煤气中ー氧化碳含量比氢气高许多，不能直接适合合成气的需要，需将粗煤气中的部分ー氧化碳转变为氢气，调整H2/C0比。传统的煤间接液化液化采用变换和PSA制氢装置提高合成气中H2/C0的比例，但是这两种 装置存在设备投资大，能耗高的缺点，因此，寻找ー种低能耗的制氢方法，有助于煤间接液化工艺的能耗的降低和大規模推广，对降低石油能源的依赖有重要的现实意义和战略意义。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明提供ー种提高费托反应合成气4/(:0比，简化了煤间接液化工艺，降低了能耗，同时高效分离CO2，減少温室气体排放的煤间接液化并分离CO2的方法，同时提供了 ー种实现上述方法的装置。
[0005]技术方案:本发明的煤间接液化并分离CO2的方法，包括以下流程:
[0006]将煤、氧气和水蒸气通入气化炉中，800~1800°C、0.1~4MPa条件下反应生成粗煤气，粗煤气的成分包括H2、CO、CO2, H2S, COS和CH4，其中H2和CO占粗煤气体积百分比在60%以上；粗煤气进入浄化装置中，用低温甲醇法除去粗煤气中的灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，浄化后的粗煤气H2S含量低于0.lppm, CO2含量低于20ppm。
[0007]粗煤气从浄化装置输送至费托合成反应器中，同时向费托合成反应器输送化学链制氢装置制得的氢气和气体洗涤分离塔回收的驰放气，其中粗煤气和化学链制氢装置制得的氢气占费托合成反应器进气ロ混合气体积的1/3，气体洗涤分离塔回收的驰放气占费托合成反应器进气ロ混合气体积的2/3。费托合成反应器采用铁基催化剂，反应温度为260~330°C，压カ为2~3MPa，进行费托合成反应得到的合成产物为蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡的沸点300~500°C，呈液态，从费托合成反应器底部蜡析出，气态的重油、轻质油和驰放气依次排入油洗塔和气体洗涤分离塔中，重油在油洗塔中析出，轻油在气体洗涤分离塔冷凝析出；2/3以上的驰放气从气体洗涤分离塔经压缩机回收循环至费托合成反应器的进气ロ，其余驰放气进入化学链制氢装置的燃料反应器中。
[0008]在燃料反应器中，800~950°C条件下，驰放气与预置Fe2O3反应，生成CO2、水蒸气和FeO，其中CO2和水蒸气从燃料反应器顶部排出，FeO进入化学链制氢装置的水蒸气反应器中，在800~950°C条件下，FeO与水蒸气反应生成H2和Fe3O4，其中H2输送至费托合成反应器的进气ロ，Fe3O4排入化学链制氢装置的空气反应器中；Fe304进入空气反应器后，在800~950°C条件下，与空气反应生成Fe2O3和欠氧空气，欠氧空气从空气反应器顶部排出，Fe2O3输送至燃料反应器中，实现Fe2O3的循环利用。
[0009]本发明的煤间接液化并分离CO2的装置，包括按反应顺序依次连接的气化炉、浄化装置、费托合成反应器、油洗塔和气体洗涤分离塔，以及与费托合成反应器的进气ロ连接、提供反应所需的化学链制氢装置，与气体洗涤分离塔的排气口和费托合成反应器的进气ロ连接、实现驰放气循环回用的压缩机。
[0010]化学链制氢装置包括水蒸气反应器、燃料反应器和空气反应器，燃料反应器的进气ロ与气体洗涤分离塔的排气ロ连接，出料ロ与水蒸气反应器的进料ロ连接，水蒸气反应器的排气ロ与费托合成反应器的进气ロ连接，水蒸气反应器的返料ロ与空气反应器的进料ロ连接，空气反应器的出料ロ与燃料反应器的进料ロ连接。
[0011]本发明采用化学链制氢装置替代传统煤间接液化中变换和PSA制氢装置，利用费托反应器得的驰放气制取氢气，提高费托反应合成气も/⑶比。与原有装置相比，简化了煤间接液化エ艺，降低了能耗，同时高效分离CO2，減少温室气体排放。
[0012]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0013]传统的煤间接液化液化采用变换和PSA制氢装置提高合成气中H2/C0的比，其中，变换装置主要反应为:
[0014]cos+h2o — co 2+h2s
[0015]C0+H20 — C02+H2
[0016]由于变换装置中有强酸性产物H2S,变换反应器需要采用耐酸不锈钢，耐酸不锈钢高昂的价格増加了变换装置设备的成本。ー个生产规模48万t/a的煤间接液化生产厂，变换装置需要消耗循环冷却水500~600m3/h，消耗电400~500KW，消耗脱盐水250~300t/h，变换催化剂8~10t/a。
[0017]PSA制氢装置可以实现85%左右的氢气提取率，装置由多个吸附塔组成，气体在高压2~3MPa，温度< 40°C的条件下从塔底部进入吸附塔，杂质部分被吸附剂吸附，氢气难以吸附从塔的顶部排出，吸附剂吸附的杂质部分再进行再生，从塔底排出。ー个生产规模48万t/a的煤间接液化生产厂PSA制氢装置需要耗电500~600KW。
[0018]本发明中化学链制氢装置采用铁基载氧体，铁基载氧体在燃料反应器中发生的还原反应如下:
[0019]
【权利要求】
1.一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法，其特征在于，该方法包括以下流程: 将煤、氧气和水蒸气通入气化炉(I)中，800~1800°C、0.1~4MPa条件下反应生成粗煤气，所述粗煤气的成分包括H2、CO、CO2, H2S, COS和CH4，其中H2和CO占粗煤气体积百分比在60%以上；粗煤气进入净化装置(2)中，用低温甲醇法除去粗煤气中的灰尘和酸性气体H2S, COS、CO2,净化后的粗煤气H2S含量低于0.lppm, CO2含量低于20ppm ； 粗煤气从净化装置(2 )输送至费托合成反应器(3 )中，同时向费托合成反应器(3 )输送化学链制氢装置(6)制得的氢气和气体洗涤分离塔(5)回收的驰放气，其中粗煤气和化学链制氢装置(6)制得的氢气占费托合成反应器(3)进气口混合气体积的1/3，气体洗涤分离塔(5)回收的驰放气，占费托合成反应器(3)进气口混合气体积的2/3 ;费托合成反应器(3)采用铁基催化剂，反应温度为260~330°C，压力为2~3MPa，进行费托合成反应，得到的合成产物为蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡的沸点300~500°C，呈液态，从费托合成反应器(3)底部蜡析出，气态的重油、轻质油和驰放气依次排入油洗塔(4)和气体洗涤分离塔(5)中，重油在油洗塔(4)中析出，轻油在气体洗涤分离塔(5)冷凝析出；2/3以上的驰放气从气体洗涤分离塔(5 )经压缩机(7 )回收循环至费托合成反应器(3 )的进气口，其余驰放气进入化学链制氢装置(6)的燃料反应器(6-2)中； 在燃料反应器(6-2)中，800~950°C条件下，驰放气与预置Fe2O3反应，生成CO2、水蒸气和FeO，其中CO2和水蒸气从燃料反应器(6-2 )顶部排出，FeO进入化学链制氢装置(6 )的水蒸气反应器(6-1)中，在800~950°C条件下，FeO与水蒸气反应生成H2和Fe3O4，其中H2输送至费托合成反应器(3)的进气口，Fe3O4排入化学链制氢装置(6)的空气反应器(6-3)中；Fe304进入空气反应器(6-3)后，在800~950°C条件下，与空气反应生成Fe2O3和欠氧空气，所述欠氧空气从空气反应器(6-2)顶部排出，Fe2O3输送至燃料反应器(6-2)中，实现Fe2O3的循环利用。
2.一种实现权利要求1所述煤间接液化并分离二氧化碳方法的装置，其特征在于，该装置包括按反应顺序依次连接的气化炉(I)、净化装置(2)、费托合成反应器(3)、油洗塔(4)和气体洗涤分离塔(5)，以及与所述费托合成反应器(3)的进气口连接、提供反应所需H2的化学链制氢装置(6 )，与气体洗涤分离塔(5 )的排气口和费托合成反应器(3 )的进气口连接、实现驰放气循环回用的压缩机(7)； 化学链制氢装置(6 )包括水蒸气反应器(6-1)、燃料反应器(6-2 )和空气反应器(6-3 ),所述燃料反应器(6-2)的进气口与气体洗涤分离塔(5)的排气口连接，出料口与水蒸气反应器(6-1)的进料口连接，水蒸气反应器(6-1)的排气口与费托合成反应器(3 )的进气口连接，水蒸气反应器(6-1)的返料口与空气反应器(6-3)的进料口连接，空气反应器(6-3)的出料口与燃料反应器(6-2)的进料口连接。
【文档编号】C10J3/20GK103525466SQ201310497294
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】向文国, 朱珉 申请人:东南大学