碎煤加压气化联合干法气流床气化生产天然气的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤制天然气技术领域。具体地，本发明涉及一种碎煤加压气化联合干法气流床气化生产天然气的方法及装置。
【背景技术】
[0002]中国资源的特点是“富煤、缺油、少气”。环渤海、长三角、珠三角三大经济带对天然气需求巨大，而内蒙古、新疆等地煤炭资源丰富，但运输成本高昂。因此，将富煤地区的煤炭资源就地转化成天然气，成为继煤炭发电、煤制油、煤制烯烃之后的又一重要战略选择。
[0003]煤炭气化在煤制天然气工艺路线上占有重要地位。气化实质是煤与气化剂生产煤气的反应，总体上是吸热反应，需要燃烧一部分煤为完成煤气化过程提供热能。不同气化炉，气化压力、温度、进煤粒度要求也各不相同。煤气化系统的核心技术是气化炉，通常把气化炉分为三种类型:移动床(固定床)、流化床、气流床。目前在国内外运行最多的工业化装置主要是湿法气流床加压气化技术、干法气流床加压气化技术和碎煤加压气化技术。
[0004](一 )碎煤加压气化工艺
[0005]碎煤加压气化技术属于移动床气化技术。原料煤粒度为5-50mm,以水蒸气和纯氧为气化剂，在温度900-1100°C，压力2.7-4.1MPa的气化炉内，生产粗煤气，气化炉出口温度随煤种的不同在225-600°C之间。粗煤气经洗涤冷却器洗涤冷却至210°C后进入废热锅炉换热至180°C后进入后系统。因生产的粗煤气中014含量占合成天然气中的15%，而在煤制天然气广泛使用。气化温度不高，并存在干馏层，当气化低阶煤时，可以得到各种价值的焦油、轻质油及粗酚等多种副产品。缺点是水蒸汽分解率低，气化废水多，同时废水中含有酚类物质，处理难度大。因废水处理困难，一般后续污水处理有煤气水分离工艺和酚氨回收工艺。现废水处理工序流程长，废水处理成本高，经济效益差，一次性投资较大。
[0006]( 二 )气流床气化工艺
[0007]气流床气化技术分干法气流床和湿法气流床工艺。2005年-2010年期间，我国相继引进了多种干法气流床气化，所产合成气主要用于制取合成氨、甲醇、烯烃、合成油等产品。典型的干法气流床技术有德国柯柏斯公司的Κ-T炉、荷兰Shell国际石油公司的壳牌炉、德国科林公司的CCG粉煤气化技术、德国西门子燃料气化有限技术公司的GSP气化技术、中国航天科技集团公司第一研究院的航天HT-L粉煤加压气化工艺、华能集团清洁能源技术研究院的两段式干煤粉加压气化技术等。采用以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣；气化火焰中心温度随煤种不同约在1600-2200°C之间，出炉煤气温度约为1400-1700°C。产生的高温煤气夹带的细灰尚有一定的粘结性，所以需一部分循环冷却煤气进行激冷，使溶渣固化而不致粘在合成气冷却器壁上，将其煤气冷却至900°C左右在导入废热锅炉，产生中压过热蒸汽。气流床为高温气化，且原料粒度很小，反应进行的极其充分，影响环境的副产物极少，产品气中含尘量低于2mg/m3。工艺废水通过简单的处理可实现达标排放，易于净化处理和循环使用。
[0008]气流床气化技术具有煤种适应较广、能源利用率高、设备单位产气能力高、环境效益好等特点。缺点是对气化煤种要求比较高、气化炉工艺联锁比较多、部分循环冷却煤气进行冷激煤气导致热效率低，能耗浪费严重。
[0009](三)煤制天然气工艺
[0010]煤制天然气生产工艺流程简述:原料煤在煤气化装置中与高纯氧气和中压蒸汽进行反应制得粗煤气；粗煤气经耐硫耐油变换冷却和低温甲醇洗装置脱硫脱碳后，制成所需的净煤气；净化气进入甲烷化装置合成甲烷，生产出优质的天然气；从净化装置产生富含硫化氢的酸性气体送至克劳斯硫回收和氨法脱硫装置进行处理，生产出硫磺；由碎煤气化过程中产生大量含有酚、氨、H2S等有害杂质，通过酚氨回收装置预处理、物化处理、生化处理、深度处理及部分膜处理后，废水得以回收利用。
[0011 ]目前国内生产天然气的主流工艺是碎煤加压气化技术，生产合成气的主流气化工艺是干法气流床气化技术。然而现有工艺往往存在技术路线比较长，生产运行成本较高；下游工艺复杂，产品附加值低，市场竞争力薄弱的缺点。
[0012]尽管煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等五大现代煤化工已列为是国家十二五规划重点化工项目，同时又是国家能源安全战略的重点。然而在发展过程中对于工艺路线的选择，尤其是气化炉的选型方面一直是专家、学者争论的焦点，主要争议在碎煤加压气化炉和气流床气化炉的选择上。采用哪种炉型科学、合理、经济，更加有效地实现节能减排是各科研院所研究的重点。
【发明内容】
[0013]针对上述气流床和移动床两种气化技术的工艺特点和存在问题，如何在生产上利用好两种炉型的优点，克服其缺点一直是领域内的技术难题。本发明创造性地采用将碎煤加压气化和干法气流床气化联产工艺，用碎煤加压气化炉产生的冷煤气作为冷激气体和气流床产生的高温煤气混合，将碎煤气化炉产生的焦油类、脂肪酸类和石油烃类等长链物质转化为小分子的co2、ch4、CO、h2等合成气组分，在经洗涤冷却、变换、甲醇洗等工序，生产煤基天然气。该技术工艺简单、生产成本大幅降低，能实现两种气化技术的优劣互补，热效率高，实现装置的大型化，减少项目投资的特点。
[0014]因此，本发明旨在克服现有应用广的两种气化技术存在的缺点，提供一种既能处理低阶煤，又能从本质上消除低温气化技术粗煤气中酚类、焦油类污染物的方法。
[0015]具体地，本发明的一个目的在于，提供一种碎煤加压气化与干法气流床气化联合生产天然气的方法。本发明的另一个目的在于，提供一种用于如前所述联合生产天然气方法的装置。本发明的再一个目的在于，提供根据如前所述方法生产的天然气。
[0016]针对以上发明目的，本发明提供以下技术方案:
[0017]一方面，本发明提供一种碎煤加压气化与干法气流床气化联合生产天然气的方法，所述方法同时包括碎煤加压气化和干法气流床气化两部分操作过程，其中:
[0018]所述碎煤加压气化操作采用移动床气化方式，以优选粒度为13-50_煤为原料，水蒸气和纯氧为气化剂，在优选3.0-6.0MPa的气化炉内，进行逆流反应，生产粗煤气；
[0019]所述干法气流床气化操作是以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣；
[0020]其中，将所述用碎煤加压气化炉产生的冷煤气作为冷激气体和所述干法气流床产生的高温煤气混合，将碎煤气化炉产生的焦油类、脂肪酸类和石油烃类等长链物质转化为所述干法气流床气化操作中的合成气组分。
[0021]根据如前所述生产天然气的方法，优选地，所述碎煤加压移动床气化操作中的合成气组分包括小分子的co2、CH4、CO和H2，在经洗涤冷却、变换、甲醇洗工序后，生产煤基天然气。
[0022]根据如前所述生产天然气的方法，优选地，所述气化的原料煤质选自褐煤、年轻烟煤(如长焰煤)和无烟煤，其灰分在10-35%，水分在6-38%，热值在2900-7000Kcal/kg ；将所述原料煤经破碎、筛分，筛上块煤送碎煤气化装置用作碎煤加压气化原料，筛下物经磨煤机破碎达合格粒径后用作气流床气化装置。
[0023]根据如前所述生产天然气的方法，优选地，碎煤加压气化生产运行氧负荷4000-9000NM3/h，粗煤气出口温度225-600°C，操作压力3.0-6.0MPa，碎煤加压气化汽氧比为 5-9Kg/NM3。
[0024]根据如前所述生产天然气的方法，优选地，干法气流床气化操作压力控制在3.2-8.0MPa，氧负荷在10000-55000NM3/h，粗煤气出口温度1400-