移动床加压煤气化生产富甲烷煤气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于煤制气领域，特别涉及移动床（固定床）加压煤气化生产富甲烷 煤气的工艺技术与流程装置。
【背景技术】
[0002] 煤制天然气（SNG)主要方法之一就是，首先要生产出含有较多甲烷的煤气。目前 主要有3种工艺方法，即固定床（移动床）加压煤气化法，煤加氢气化法和煤蒸汽催化气化 法。
[0003] 固定床（移动床）加压煤气化能生产出含11左右甲烷的煤气，如美国大平原公 司、中国大唐克旗和阜新等的煤制天然气的煤气化工艺，均是采用移动床（固定床）加压煤 气化工艺装置，即鲁奇炉加压煤气化工艺，将富氧蒸汽（氧气/蒸汽?1/6左右）混合气化 剂，从加压固定床底部连续送入炉内，气化剂进入炉内炭层后，气化剂中的氧气首先与炭层 下部中碳元素反应：C+0 2= C02,2C+02= 2CO放出热量，为炭层中部吸热的低甲烷水煤气反 应：C+H20 = CCHH2，提供热量并制出低甲烷水煤气后，含有大量水蒸汽的低甲烷水煤气进入 炭层上部的干馏层和干燥层，在加热其炭层的同时为其干馏和干燥提供热量，所以这种固 定床生产的煤气中就含有富含甲烷的干馏煤气。由于干馏煤气量远小于低甲烷水煤气量， 因此，此类煤气中的甲烷总量并不高，即使采用高挥发分的褐煤为原料，煤气中的甲烷也只 有10?12%左右，要用煤生产出甲烷产品，还需要配置较大规模的甲烷催化合成工序，导 致装置投资、甲烷产品成本增加。但该煤气化工艺的炉渣中的残炭低，通常低于10%，甚至 在5 %以下；单位煤气氧气耗量低，仅为气流床煤气化工艺的40 %，所以被业内首选为煤制 天然气的煤气化工艺。
[0004] 煤加氢气化，包括煤加氢催化气化法生产富甲烷煤气，多为加压流化床气化工艺。 煤气中的甲烷浓度能够大于30%。目前还在实验阶段。由于煤加氢气化是放热反应，在高 温下甲烷的平衡浓度低，所以煤加氢气化工艺的温度，通常设计在较低的600°C?800°C， 这又导致碳的加氢气化速率降低，再加上C+2H 2= CH 4反应后期，焦粒上的活性中心减少，加 氢气化速率大幅降低，实验室加氢气化，煤的粒度在5mm左右，加氢反应2小时，碳转化率一 般只有50%左右。要使煤加氢转化后渣中的残炭低于10%，需要加氢反应6小时以上，即 使加入催化剂，加快C+2H 2= CH4反应速率的程度也不令人满意。所以目前煤加氢气化法生 产富甲烷煤气成本还较高，尚无商业化运行装置。
[0005] 煤蒸汽催化气化法，通常也采用加压流化床工艺。虽然不用氢气和氧气，煤气中 的甲烷浓度也能够大于30%。气化工艺受甲烷平衡浓度的限制，气化温度通常也设计在 600°C?800°C，再加上C+2H 2= CH 4反应后期，焦粒上的活性中心减少，加氢气化速率大幅 降低，除同样存在碳转化率低的问题外，还有催化剂的回收利用的成本和维持床层温度的 能耗问题，所以至今也没有商业化装置面世。
[0006] 鉴于加氢气化和催化气化的碳转化率低，最近也出现了多级流化床流化方案，主 要特点：①是采用富氧蒸汽，在900?1000°C温度下，对加氢气化或蒸汽催化气化后期难以 气化的焦粒进行低甲烷水煤气反应，来提高碳的转化率；②是利用反应余热为煤干馏工艺 提供热量。这种增加了富氧气化的多级流化气化，由于流化的固体物料的数倍增加，不仅大 幅增加了装置的复杂性和投资，还会大幅增加本来就已经很高的流化动力消耗。
[0007] 煤制天然气的其它煤气化工艺还有气流床加压气化法，该工艺生产出的煤气几乎 不含甲烧，煤制天然气的全部甲烷均需在合成工序中催化合成，每IOOONm 3甲烷需要CO+H4， 4000Nm3,需要纯氧至少1400Nm 3。因此，采用气流床煤气化工艺，必须配置投资巨大的空分 系统和甲烷合成系统，才能生产出天然气产品来，所以气流床加压煤气化最终也不能低成 本的生产出天然气。
【发明内容】
[0008] 鉴于现行煤制天然气的煤气化工序，移动床（固定床）加压气化工艺、加氢煤气化 和催化煤气化，均不能低成本的生产出富含甲烷的煤气的现实问题。本案提出一种移动床 加压气化工艺技术方案予以解决。
[0009] 1.移动床加压煤气化生产富甲烷煤气的装置，其特征在于：
[0010] I. 1.将移动床加压气化炉内，进行煤气化的床层的高径结构比为〇. 8至5 ;
[0011] 1.2.在气化炉底部的氧气和蒸汽的入炉进气管路（3)上增设氢气气化剂加入管 (QQ)；
[0012] 1. 3.将控制蒸汽气化剂、氧气气化剂、氢气气化剂进入煤气炉的阀门分别设计为 串连双阀结构（IA)-(IB)、（2A)-(2B)、（15A)-(15B)，并在串连的A阀和B阀之间接入惰气 管路（DQ)及控制阀（1C)、阀（2C)、阀（15C);
[0013] 1. 4.在出炉煤气洗涤设备（13)，出口设置低甲烷水煤气出气阀（14A)和高甲烷氢 煤气出气阀（16A)。
[0014] 2.富氧蒸汽制低甲烷水煤气阶段T1，蒸汽阀（IA)和（1B)、氧气阀（2A)和（2B)、 惰气阀（15C)、富氧低甲烷水煤气阀（14A)处于开通结构，其余阀门处于关闭结构。
[0015] 3.惰气置换阶段T2,蒸汽阀（IA)和（1B)、惰气阀（2C)和（15C)、富氧低甲烷水煤 气阀（14A)处于开通结构，其余阀门处于关闭结构。
[0016] 4.氢气制高甲烷氢煤气阶段T3,氢气阀（15A)、（15B)，惰气阀（1C) (2C)、高甲烷氢 煤气阀（16A)处于开通结构，其余阀门处于关闭结构。
[0017] 5.惰气置换阶段T4,蒸汽阀（IA)和（1B)，惰气阀（2C) (15C)、高甲烷氢煤气阀 (16A)处于开通结构，其余阀门处于关闭结构。
[0018] 6.炉体内床层高径比，根据煤的活性设计在1?5范围，床层直径在1.6米?2. 6 米、或2. 6米?4. 2米、或4. 2米?6米；工艺压力为IMPa?3MPa、3MPa?6MPa或6MPa? 12MPa、或 12 ?24MPa。
[0019] 7.气化炉为干排渣移动床、或湿排渣移动床、或液态排渣移动床、或与移动床的组 合气化结构。
[0020] 采用移动床加压煤气化生产富甲烷煤气的装置可以得到以下积极效果：
[0021] 通过工艺过程分析和理论计算可知，在加氢煤气化阶段，通过C+2H2= CH4直接甲 烷化，每生成IOOONm3甲烷，放热3. 4GJ储存在炭层中，可使低甲烷水煤气阶段的气化反应， 节省标煤117kg，减少氧气消耗200Nm3,折标煤40kg ;每生成IOOONm3甲烷，相对C0+3H 2 = CH4+H20,工艺来说，可以减少C0+H22000Nm3,按蒸汽分解率40 %计算，减少蒸汽消耗2000kg， 折标煤250kg ;再考虑煤气化生成2000Nm3C0+H2热效率85%，损失的3. 8GJ的热量，折标煤 130kg，三项合计共节省标煤537kg，减排C021074kg。
[0022] 提高煤气中的CH4和油类烃含量。由煤加氢气化试验数据可知，煤中的甲烷和油类 烃含量与氢气分压成正比，当纯氢气进入加压气化炉时，氢煤气中的CH 4的含量可达30? 60%〇
[0023] 减少气化用氧气和蒸汽耗量。由于氢气与炉内原料煤中的碳元素直接合成014，大 大减少了"两步法"煤制天然气对CO、H 2需用量，从而大大减少了制取CO、H2所需的氧气、蒸 汽耗量。
[0024] 减少原料煤的消耗和CO2排放。经实验数据分析和工艺过程的物料、热量、能量衡 算可知，单位天然气产品，可减少原料煤消耗20%以上，减少20%的0) 2对环境的排放。
[0025] 减少煤气废水。由于富甲烷煤中