通过煤气化制备天然气的设备以及制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种通过煤气化制备天然气的设备以及气化方法。该设备包括：气化炉，用于对原料煤进行气化处理以便获得高温烟气；旋风除尘器，旋风除尘器与气化炉相连；水洗除尘器，水洗除尘器与旋风除尘器相连；水汽变换反应器，水汽变换反应器与水洗除尘器相连；第一蓄热装置，第一蓄热装置分别与气化炉旋风除尘器相连；第二蓄热装置，第二蓄热装置与水汽变换反应器相连；以及甲烷化反应器，甲烷化反应器与第二蓄热装置相连。由此，可以利用上述蓄热装置对煤气化制备天然气过程中的中间产物进行蓄热处理，进而可以提高该设备的能源利用效率。
【专利说明】
通过煤气化制备天然气的设备以及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及化工领域，具体地，本发明涉及通过煤气化制备天然气的设备以及通过煤气化制备天然气的方法。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主要能源，占我国各种燃料资源总储量的95%以上。然而，气体燃料比煤更容易完全燃烧且运输成本更低，并且预计到2020年，我国天然气需求缺口达1500亿立方米，对外依存度将达到50%。利用煤气化制天然气与其他煤化工技术相比，具有能量转化效率高、水耗少、投资低等优势。此外，利用煤气化制备天然气还可以利用已有的天然气管道，以较低的经济代价，有效缓解天然气的供需矛盾。因此，利用煤气化制备天然气技术(又称为煤气化甲烷化技术)来生产代用天然气具有极大的市场潜力。与现有天然气相比，合成甲烷以其成本低、原料煤来源丰富等特点引起人们越来越多的产业化关注。目前，煤制天然气项目中，气流床煤气化技术具备碳转换率高、煤气中补焊焦油、煤种要求不高、全自动化操控等诸多优势，非常适应于大规模的煤气化产业。
[0003]然而，目前煤气化制备天然气(甲烷化)的设备中，气流床气化炉出口煤气温度偏高，导致气化炉冷煤气效率偏低、煤气显热得不到很好的利用，成为气流床气化炉推广应用的最大障碍。
[0004]因此，目前通过煤气化制备天然气的设备以及制备天然气的方法仍有待改进。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种通过煤气化制备天然气的设备，采用该设备制备天然气可以利用煤气化制备天然气过程中的中间产物中的显热，进而提高了该设备的能源利用效率。
[0006]在本发明的第一方面，本发明提出了一种通过煤气化制备天然气的设备。根据本发明的实施例，该设备包括:气化炉，所述气化炉用于对原料煤进行气化处理以便获得高温烟气;旋风除尘器，所述旋风除尘器与所述气化炉相连，用于对所述高温烟气进行旋风除尘处理;水洗除尘器，所述水洗除尘器与所述旋风除尘器相连，用于对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理;水汽变换反应器，所述水汽变换反应器与所述水洗除尘器相连，用于对经过所述水洗降温除尘处理的高温烟气进行水汽变换反应;第一蓄热装置，所述第一蓄热装置分别与所述气化炉以及旋风除尘器相连，用于在对所述高温烟气进行所述旋风除尘之前预先进行第一蓄热处理;第二蓄热装置，所述第二蓄热装置与所述水汽变换反应器相连，用于对所述水汽变换反应的反应产物进行第一预热处理；以及甲烷化反应器，所述甲烷化反应器与所述第二蓄热装置相连，用于基于所述水汽变换反应的反应产物获得甲烷化气体。由此，可以利用上述蓄热装置对煤气化制备天然气过程中的中间产物进行蓄热处理，进而可以提高该设备的物理能利用效率。
[0007]根据本发明的实施例，该设备还可以进一步具有以下附加技术特征的至少之一:
[0008]根据本发明的实施例，该设备进一步包括:气化剂输送管路，所述气化剂输送管路分别与所述第一蓄热装置和所述气化炉相连，用于在将所述气化剂供给至所述气化炉之前，预先将所述气化剂供给至所述第一蓄热装置进行预热处理;任选地，余热锅炉，所述预热锅炉与所述甲烷化反应器相连，用于使所述甲烷化气体与水进行换热，以便获得蒸汽和经过冷却的甲烷化气体，其中，所述水为软水或者脱盐水；以及任选地，第三蓄热装置，所述第三蓄热装置分别与所述第二蓄热装置和所述甲烷化反应器相连，分别用于:对所述经过预热处理的水汽变换反应的反应产物进行二次预热处理，并将经过所述二次预热处理的产物供给至所述甲烷化反应器，以及对所述甲烷化气体进行蓄热处理。由此，可以利用第一蓄热装置对气化剂进行预热，使高温烟气中的显热得到利用，并且可以通过余热锅炉以及第三蓄热装置进一步提高该设备的能源利用效率。
[0009]根据本发明的实施例，在该设备中，所述第二蓄热装置进一步分别与所述第一蓄热装置和所述旋风除尘器相连，用于对经过第一蓄热处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气供给至所述旋风除尘器。由此，通过第二蓄热装置，可以对高温烟气的显热进行进一步利用，并降低进入旋风除尘器的高温烟气温度，从而提高该设备对能源的利用效率以及除尘效果。
[0010]根据本发明的实施例，所述第二蓄热装置进一步分别与所述旋风除尘器和所述水洗除尘器相连，用于对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气供给至所述水洗除尘器。由此，可以对经过旋风除尘处理的高温烟气进行蓄热处理，进一步对高温烟气中的显热进行蓄热利用，进而提高该设备对能源的利用效率。
[0011]根据本发明的实施例，所述第一蓄热装置与所述第二蓄热装置的至少之一包括两个并联的蓄热器。由此，可以进一步提高该设备对能源的利用效率
[0012]根据本发明的实施例，所述气化炉为气流床气化炉。由此，可以通过气流床气化炉对原料煤进行气化，进而可以提高该设备利用煤气化制备天然气的气化效率。
[0013]在本发明的第二方面，本发明提出了一种通过煤气化制备天然气的方法。根据本发明的实施例，该方法包括:(I)利用气化炉对原料煤进行气化处理以便获得高温烟气；(2)对所述高温烟气进行旋风除尘处理，其中，在对所述高温烟气进行所述旋风除尘之前预先利用第一蓄热装置进行第一蓄热处理；(3)对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理；(4)对经过所述水洗降温除尘处理的高温烟气进行水汽变换反应；以及(5)通过甲烷化反应，基于所述水汽变换反应的反应产物获得甲烷化气体，其中，在所述甲烷化反应之前，利用第二蓄热装置预先对所述水汽变换反应的反应产物进行预热处理，任选地，所述气化炉为气流床气化炉，任选地，所述第一蓄热装置与所述第二蓄热装置的至少之一包括两个并联的蓄热器。由此，可以对经过气化处理的高温烟气中含有的显热进行充分蓄热利用，进而提高该方法通过煤气化制备天然气对能源的利用效率。
[0014]根据本发明的实施例，该方法进一步包括:(6)采用第三蓄热装置，对所述甲烷化气体进行蓄热处理，并且利用所述甲烷化气体对所述经过预热处理的水汽变换反应的反应产物进行二次预热处理，并将经过所述二次预热处理的产物供给至所述甲烷化反应器。由此，可以利用甲烷化处理后产物中的显热，进而提高该方法通过煤气化制备天然气对能源的利用效率。
[0015]根据本发明的实施例，该方法进一步包括:采用所述第二蓄热装置，对经过第一蓄热处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气进行所述旋风除尘处理;任选地，采用所述第二蓄热装置，对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气进行所述水洗降温除尘处理;任选地，利用所述第一蓄热装置对气化剂进行预热处理后，将所述气化剂供给至所述气化炉；以及任选地，利用余热锅炉，使所述甲烷化气体与水进行换热，以便获得蒸汽和经过冷却的甲烷化气体，其中，所述水为软水或者脱盐水。由此，可以通过上述蓄热处理利用经过不同步骤处理的高温烟气中的显热，进而提高该方法通过煤气化制备天然气对能源的利用效率。
[0016]根据本发明的实施例，在该方法中，所述气化炉为气流床气化炉。由此，可以进一步提高利用该方法进行煤气化制备天然气的效率。
【附图说明】
[0017]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0018]图1显示了根据本发明一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的结构示意图；
[0019]图2显示了根据本发明另一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的部分结构示意图；
[0020]图3显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的结构示意图；
[0021]图4显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的结构示意图；
[0022]图5显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的结构示意图；
[0023]图6显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的结构示意图；
[0024]图7显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的设备的部分结构示意图；
[0025]图8显示了根据本发明一个实施例的通过煤气化制备天然气的方法的流程示意图；
[0026]图9显示了根据本发明另一个实施例的通过煤气化制备天然气的方法的流程示意图；
[0027]图10显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的方法的流程示意图；
[0028]图11显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的方法的流程示意图；以及
[0029]图12显示了根据本发明又一个实施例的通过煤气化制备天然气的方法的流程示意图；
[0030]附图标记:
[0031]100:气化炉
[0032]200:旋风除尘器
[0033]300:水洗除尘器
[0034]400:水汽变换反应器
[0035]500:甲烷化反应器
[0036]600:第一蓄热装置
[0037]700:第二蓄热装置
[0038]800:余热锅炉
[0039]900:第三蓄热装置
[0040]60:气化剂输送管路
【具体实施方式】
[0041]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0042]本申请是基于发明人的下列发现而完成的:
[0043]气流床气化炉出口煤气温度偏高，导致气化炉冷煤气效率偏低、煤气显热得不到很好的利用，成为气流床气化炉推广应用的最大障碍。气化炉生产出的煤气温度很高，带有大量热能，由于长期以来化工生产更注重其高转化率及高冷煤气效率(即化学能的利用)，对化工系统中物理能的利用不够重视，因此在利用煤气化制备天然气的系统或设备中，气化炉高温煤气所带的大量余热没有得到很好的利用。
[0044]有鉴于此，本发明提出了一种通过煤气化制备天然气(又称为甲烷化气体，或者甲烷气)的设备。根据本发明的实施例，参考图1，该设备包括:气化炉100、旋风除尘器200、水洗除尘器300、水汽变换反应器400、第一蓄热装置600、第二蓄热装置700以及甲烷化反应器500。具体地，气化炉100用于对原料煤进行气化处理，以便获得高温烟气;旋风除尘器200与气化炉100相连，以便对高温烟气进行旋风除尘处理；水洗除尘器300与旋风除尘器200相连，用于对经过旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理(又称为水洗除尘处理)；水汽变换反应器400与水洗除尘器300相连，用于对经过水洗降温除尘处理的高温烟气进行水汽变换反应;第一蓄热装置600分别于气化炉100以及旋风除尘器200相连，以便在对高温烟气进行旋风除尘处理之前预先进行第一蓄热处理;第二蓄热装置700与水汽变换反应器400相连，用于对经过水洗降温除尘处理的高温烟气进行第一预热处理，然后再进行水汽变换反应；甲烷化反应器500与第二蓄热装置700相连，以便将经过水汽变换反应器400处理过的高温烟气预先进行与热处理，再供给至甲烷化反应器500中进行甲烷化处理，以便得到甲烷化气体。由此，可以通过第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700对通过煤气化制备天然气过程中产生的高温烟气进行蓄热处理以便对高温烟气中含有的显热进行利用，以便提高该设备的能源利用效率。此外，还可以通过地第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700在根据本发明实施例的设备中的位置进行设置，将第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700设置在需要通过提高反应温度以便提高反应效率的装置之前，进而可以利用第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700中吸收的显热提高反应温度，从而提高上述装置的反应效率，进而进一步提高利用该设备制备天然气的效率以及效果。
[0045]具体地，根据本发明的实施例，气化炉100利用气化剂对原料煤进行气化处理。其中，原料煤可以为烟煤、长焰煤、褐煤、生物质、焦炭等固体含碳材料，原料煤入炉粒径小于90μπι。气化剂为过热蒸汽或饱和蒸汽与氧气的混合气体，或者为蒸汽与富氧空气(空气)的混合气体。根据本发明的实施例，氧气可以由空分系统提供，蒸汽可以来自公用工程蒸汽管网或者采用根据本法实施例的设备产生的蒸汽。气化炉100可以为气流床气化炉，具体地，根据本发明实施例，气化炉100可以为水冷壁气化炉。其中，水冷壁以水夹套的方式存在，冷却介质为软化水或脱盐水，软化水或脱盐水从水夹套下端进上端出，上端所出的热软化水或热脱盐水进入汽包进行气液分离，产生的中、低压饱和蒸汽从汽包顶出并入公用工程或其他设备，分离出的饱和水通过循环水栗从水夹套下端送入，以便实现冷却水循环利用。
[0046]根据本发明的实施例，旋风除尘器200以及水洗除尘器300的具体类型不受特别限制，只要能够通过旋风除尘器200对高温烟气进行旋风除尘处理，以及通过水洗除尘器300对高温烟气进行水洗降温除尘处理即可。水汽变换反应器400用于调节经过旋风除尘处理以及水洗降温除尘处理的高温烟气中的H2以及CO的体积比，以便提高后续甲烷化处理的效率。经过水汽变换反应器400调整后，H2/3C0的体积比为0.9?1.8。甲烷化反应器500用于对经过水汽变换反应器400处理后的反应产物进行甲烷化处理，利用水汽变换反应产物中的氢气与一氧化碳反应生成甲烷气体。本领域技术人员可以根据实际情况选择适当的水洗除尘器300以及甲烷化反应器500，只要能够达到上述目的即可。
[0047]第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700均采用蓄热式旋转换向加热器。具体地，根据本发明的实施例，蓄热式旋转换向加热器具有两个对称的容纳部分，并且蓄热式旋转换向加热器包括热载体，热载体由非金属固体材料形成。利用旋转换向加热器的交替回转运动，将高温烟气中的显热交换到热载体中，随后通过含有显热的热载体对需要进行预热的气体进行换热，进而实现高温烟气中显热的回收利用。
[0048]在本发明中，术语“高温烟气”特指经过气化炉气化处理而生成的具有一定温度的烟气，“高温”为了表示该烟气与原料煤的温度以及气化剂的温度相比，高温烟气具有更高的温度。本领域技术人员能够理解，在本发明中，“高温烟气”的具体温度不受特别限制。例如，根据本发明的实施例，高温烟气可以具有约1200?1700摄氏度的温度。
[0049]根据本发明的实施例，经过蓄热处理的第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700可以被加热至150?250摄氏度左右，进而用于对气体进行预热处理。此外，甲烷化反应器500生成的甲烷化气体的温度约为500?700摄氏度，经过蓄热处理回收甲烷化气体中的显热后，可以直接并入现有的天然气管网。
[0050]此外，为了进一步提高利用根据本发明实施例的设备进行煤气化制备天然气的效率以及效果，该设备还可以进一步包含以下装置或部件:
[0051]根据本发明的实施例，参考图2，该设备还可以进一步具有气化剂输送管路60，该气化剂输送管路60分别与气化炉100以及第一蓄热装置600相连。第一蓄热装置600首先对气化炉100产生的高温烟气进行了第一蓄热处理(图中未示出)，因此可以利用第一蓄热装置600中储存的显热对进入气化炉100的气化剂预先进行预热处理，以便提高气化剂的温度，进而可以提高气化炉100中对原料煤进行气化处理的效果。
[0052]此外，根据本发明的实施例，参考图3，该设备还可以进一步具有余热锅炉800，余热锅炉800与甲烷化反应器500相连，用于利用软水或者脱盐水对甲烷化反应器500产生的甲烷化气体进行换热，进而对甲烷化气体中含有的显热进行利用，产生经过冷却的甲烷化气体以及蒸汽。由此，可以进一步提高根据本发明实施例的设备的能源利用效率。
[0053]根据本发明的实施例，参考图4，该设备还可以进一步具有第三蓄热装置900。第三蓄热装置900分别与第二蓄热装置700以及甲烷化反应器500相连。第三蓄热装置900可以用于对甲烷化反应器500产生的甲烷化气体进行蓄热处理，以便利用甲烷化气体中的显热，进而提高该设备的能源利用效率。此外，第三蓄热装置900对甲烷化气体进行蓄热处理后，还可以用于对经过水汽变换反应器400处理的反应产物进行二次预热处理，并将经过二次与热处理的产物供给至甲烷化反应器500，在通过第二蓄热装置700进行第一预热处理后，进一步进行二次预热处理，以便进一步提高供给至甲烷化反应器500的气体温度，从而可以进一步提高甲烷化反应器500的甲烷化反应效率。
[0054]根据本发明的实施例，上述第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700与根据本发明实施例的设备中的其他装置还可以具有以下连接关系，以便实现相关蓄热或预热处理。
[0055]具体地，根据本发明的实施例，参考图5，第二蓄热装置700可以与第一蓄热装置600以及旋风除尘器200相连，以便对经过第一蓄热处理的高温烟气进行第二蓄热处理，进一步降低高温烟气的温度，然后将经过第二蓄热处理的高温烟气供给至旋风除尘器200。由此，可以进一步对高温烟气中的显热进行利用，以便进一步提高根据本发明实施例的设备的能源利用效率。
[0056]此外，参考图6，第二蓄热装置700还可以与旋风除尘器200以及水洗除尘器300相连，用于对经过旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过第二蓄热处理的高温烟气供给至水洗除尘器，以便进一步对高温烟气中的显热进行利用，进而可以进一步提高根据本发明实施例的设备的能源利用效率。
[0057]此外，根据本发明的实施例，参考图7，为了提高第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700的蓄热、预热处理效果，第一蓄热装置600以及第二蓄热装置700的至少之一可以包括两个并联的蓄热器。
[0058]综上所述，根据本发明实施例的通过煤气化制备天然气的设备，利用气流床对原料煤进行气化，并且经过一系列除尘处理、水汽变换反应以及甲烷化反应后，生成的甲烷气体可以直接并入现有的天然气管网进行利用，并且根据本发明实施例的设备具有以下特征以及优点:
[0059](I)本发明采用蓄热装置回收气体中的显热，进而提高了能源利用率，并且减少了气化反应过程中产生的难处理的废水，降低了设备投资和操作费用；
[0060](2)本发明通过蓄热装置，利用回收的显热对进入气化炉的气化剂进行预热，极大程度地提高了转化率以及能源利用率，并降低了能耗；
[0061](3)本发明的装置可采用的原料可以为烟煤、长焰煤、褐煤、生物质、焦炭等固体含碳材料，适应范围广泛；
[0062](4)本发明的气化炉采用水冷壁气化炉，在制备合成甲烷化气体的同时产生中低压饱和蒸汽，可以自用、发电或并入公用工程，进而提高了能源利用率。
[0063]在本发明的第二方面，本发明提出了一种通过煤气化制备天然气的方法。根据本发明的实施例，参考图8，该方法包括下列步骤:
[0064]SlOO:煤气化处理
[0065]根据本发明的实施例，在该步骤中，通过气化炉，利用气化剂对原料煤进行气化处理，并获得高温烟气。其中，气化炉可以为气流床气化炉;原料煤可以为烟煤、长焰煤、褐煤、生物质、焦炭等固体含碳材料，原料煤入炉粒径小于90μπι;气化剂为过热蒸汽或饱和蒸汽与氧气的混合气体，或者为蒸汽与富氧空气(空气)的混合气体。其中，“高温烟气”特指经过气化炉气化处理而生成的具有一定温度的烟气，例如，根据本发明的实施例，高温烟气可以具有约1200?1700摄氏度的温度。由此，可以对原料煤进行气化处理，获得含有二氧化碳、一氧化碳、氢气等成分的高温烟气。
[0066]此外，根据本发明的实施例，参考图10，可以利用经过蓄热的第一蓄热装置，预先对煤气化过程中的气化剂预先进行预热，再将经过预热的气化剂供给至气化炉中。由此，可以提高气化剂的温度，进而提高煤气化处理的处理效果，并将第一蓄热装置中存储的显热进行利用，进而提高该方法的能源利用效率。
[0067]S200:旋风除尘处理
[0068]根据本发明的实施例，在该步骤中，对高温烟气进行旋风除尘处理，以便除去高温烟气中的烟尘。具体地，根据本发明的实施例，在进行旋风除尘处理之前，预先利用第一蓄热装置对高温烟气进行第一蓄热处理。由此，可以对高温烟气中含有的显热进行蓄热并利用，进而可以提高该方法的能源利用效率。
[0069]此外，根据本发明的另一个实施例，参考图10，为了进一步对高温烟气中的显热进行回收利用，还可以在进行旋风除尘处理之前，利用第二蓄热装置对经过第一蓄热装置处理的高温烟气进一步进行第二蓄热处理。由此，可以对高温烟气中含有的显热进行蓄热并利用，进而可以提高该方法的能源利用效率。
[0070]其中，第一蓄热装置具有前面描述的根据本发明实施例的设备中第一蓄热装置的全部特征以及优点，在此不再赘述。
[0071]S300:水洗除尘处理
[0072]根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理，进而可以进一步对高温烟气进行降温，同时除去高温烟气中含有的烟尘。
[0073]此外，根据本发明的另一个实施例，参考图10，为了进一步对高温烟气中的显热进行回收利用，还可以在进行水洗降温除尘处理之前，利用第二蓄热装置对经过旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理。由此，可以对高温烟气中含有的显热进行蓄热并利用，进而可以提高该方法的能源利用效率。
[0074]其中，第二蓄热装置具有前面描述的根据本发明实施例的设备中第二蓄热装置的全部特征以及优点，在此不再赘述。
[0075]S400:水汽变换反应
[0076]根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过水洗降温除尘处理的高温气体进行水汽变换反应。具体地，在该步骤中，通过氧化还原反应，调节高温烟气中的H2以及CO的体积比，以便提高后续甲烷化处理的效率。经过水汽变换反应调整后，水汽变换反应的反应产物H2/3C0的体积比为0.9?1.8。由此，可以提高后续甲烷化的处理效果，进而提高利用该方法制备天然气的效果。
[0077]S500:甲烷化反应
[0078]根据本发明的实施例，在该步骤中，对水汽变换反应的反应产物进行甲烷化反应，利用水汽变换反应产物中的氢气与一氧化碳反应生成甲烷化气体。生成的甲烷化气体的温度约为500?700摄氏度。其中，在进行甲烷化反应之前，预先利用第二蓄热装置对水汽变换反应的反应产物进行预热处理，再对经过预热处理的反应产物进行甲烷化反应，由此，可以进一步提高甲烷化的效率，并使第二蓄热装置中储存的显热得以利用，进而提高该方法的能源利用效率。
[0079]根据本发明的实施例，参考图9，该方法还可以进一步包括:
[0080]S600:第三蓄热处理
[0081]根据本发明的实施例，在该步骤中，采用第三蓄热装置，对甲烷化气体进行蓄热处理，以便对甲烷化气体中的显热进行回收利用。其中，第三蓄热装置具有前面描述的根据本发明实施例的设备中第三蓄热装置的全部特征以及优点，在此不再赘述。第三蓄热装置蓄热完成后，例如，根据本发明的实施例，三级蓄热装置的温度可以达到150?250摄氏度，利用第三蓄热装置中回收的甲烷化气体的显热，对经过第二蓄热装置预热处理的水汽变换产物进行二次预热处理，并将经过二次预热处理的产物供给至甲烷化反应器进行甲烷化反应。由此，可以进一步提高进行甲烷化处理的气体温度，进而可以进一步提高甲烷化的效率，并使第三蓄热装置中储存的显热得以利用，进而提高该方法的能源利用效率。
[0082]根据本发明的实施例，参考图10，该方法还可以包括:
[0083]S700:回收余热
[0084]根据本发明的实施例，在该步骤中，利用余热锅炉，使甲烷化气体与软水或者脱盐水进行换热，以便对甲烷化气体中含有的显热进行回收利用，进而获得冷却的甲烷化气体以及蒸汽。其中，未经余热锅炉回收余热的甲烷化气体的温度约为500?700摄氏度。由此，可以进一步提高该方法的能源利用效率。
[0085]此外，为了提高第一蓄热装置以及第二蓄热装置的蓄热、预热处理效果，第一蓄热装置以及第二蓄热装置的至少之一可以包括两个并联的蓄热器。
[0086]需要说明的是，上述针对通过煤气化制备天然气的设备所描述的特征和优点同样适于与该通过煤气化制备天然气的方法，此处不再赘述。
[0087]综上所述，根据本发明实施例的通过煤气化制备天然气的方法，利用气流床对原料煤进行气化，并且经过一系列除尘处理、水汽变换反应以及甲烷化反应后，生成的甲烷气体经过蓄热处理可以直接并入现有的天然气管网进行利用，并且根据本发明实施例的方法具有以下特征以及优点:
[0088](I)本发明采用蓄热装置回收气体中的显热，进而提高了能源利用率，并且减少了气化反应过程中产生的难处理的废水，降低了设备投资和操作费用；
[0089](2)本发明通过蓄热装置，利用回收的显热对进入气化炉的气化剂进行预热，极大程度地提高了转化率以及能源利用率，并降低了能耗；
[0090](3)本发明的装置可采用的原料可以为烟煤、长焰煤、褐煤、生物质、焦炭等固体含碳材料，适应范围广泛。
[0091]下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特殊说明，则未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
[0092]实施例1:
[0093]参考图11，采用气流床气化方式，原料和气化剂通过烧嘴由气化炉顶部进入，在气化炉内充分混合发生气化反应，所生成的高温煤气从气化炉底端侧面排出，灰渣由气化炉底部排入渣锁斗，用水充分冷却后排出。
[0094]由气化炉出来的高温煤气经过一级蓄热器回收余热后，经旋风分离器除尘，进入二级蓄热器回收剩余余热，然后经水洗除尘得到洁净煤气。上述洁净煤气进入水汽变换工序，调整H2/3C0比值至0.9?1.3。水汽变换反应的产物经已经蓄热饱和的二级蓄热器以及三级蓄热器预热至180?230摄氏度左右，进入甲烷化反应器进行甲烷化反应。从甲烷化反应器出来的粗天然气经三级蓄热器回收余热，得到替代天然气。
[0095]其中，气化剂经一级蓄热器充分预热后进入气化炉内参加反应，提高气化反应的气化效率。
[0096]经过调整比例的H2/3⑶合成气在甲烷化反应发生前，在三级蓄热器未蓄热时，不经3级蓄热器直接进入甲烷化反应器进行甲烷化反应，反应正常进行且三级蓄热器蓄热后，合成气再行经三级蓄热器预热后进入甲烷化反应器。
[0097]实施例2:
[0098]参考图12，采用气流床气化方式，原料和气化剂通过烧嘴由气化炉顶部进入，在气化炉内充分混合发生气化反应，所生成的高温煤气从气化炉底端侧面排出，灰渣由气化炉底部排入渣锁斗，用水充分冷却后排出。
[0099]由气化炉排出的高温煤气一级蓄热器和二级蓄热器充分回收余热后，经过旋风除尘并进入水洗塔进行水洗除尘后得到洁净的煤气。洁净的煤气进入水汽变换工序，调整H2/3C0比值至0.9?1.3。水汽变换产物经已经蓄热饱和的二级蓄热器预热至180?230°C左右，进入甲烷化反应器进行甲烷化反应。从甲烷化反应器出来的粗天然气经废锅回收余热，制备中低压饱和蒸汽，自用或并入公用工程蒸汽管网或用作发电。
[0100]气化剂经一级蓄热器充分预热后进入气化炉内参加反应，提高气化反应的气化效率。
[0101 ]在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0102]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是直接相连，也可以通过中间装置或部件间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0103]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0104]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，包括: 气化炉，所述气化炉用于对原料煤进行气化处理以便获得高温烟气； 旋风除尘器，所述旋风除尘器与所述气化炉相连，用于对所述高温烟气进行旋风除尘处理； 水洗除尘器，所述水洗除尘器与所述旋风除尘器相连，用于对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理； 水汽变换反应器，所述水汽变换反应器与所述水洗除尘器相连，用于对经过所述水洗降温除尘处理的高温烟气进行水汽变换反应； 第一蓄热装置，所述第一蓄热装置分别与所述气化炉和所述旋风除尘器相连，用于在对所述高温烟气进行所述旋风除尘之前预先进行第一蓄热处理； 第二蓄热装置，所述第二蓄热装置与所述水汽变换反应器相连，用于对所述水汽变换反应的反应产物进行第一预热处理；以及 甲烷化反应器，所述甲烷化反应器与所述第二蓄热装置相连，用于基于所述水汽变换反应的反应产物获得甲烷化气体。2.根据权利要求1所述的通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，进一步包括: 气化剂输送管路，所述气化剂输送管路分别与所述第一蓄热装置和所述气化炉相连，用于在将所述气化剂供给至所述气化炉之前，预先将所述气化剂供给至所述第一蓄热装置进行预热处理； 任选地，余热锅炉，所述余热锅炉与所述甲烷化反应器相连，用于使所述甲烷化气体与水进行换热，以便获得蒸汽和经过冷却的甲烷化气体，其中，所述水为软水或者脱盐水；以及 任选地，第三蓄热装置，所述第三蓄热装置分别与所述第二蓄热装置和所述甲烷化反应器相连，分别用于: 对所述经过预热处理的水汽变换反应的反应产物进行二次预热处理，并将经过所述二次预热处理的产物供给至所述甲烷化反应器，以及 对所述甲烷化气体进行蓄热处理。3.根据权利要求1所述的通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，所述第二蓄热装置进一步分别与所述第一蓄热装置和所述旋风除尘器相连，用于对经过第一蓄热处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气供给至所述旋风除尘器。4.根据权利要求1所述的通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，所述第二蓄热装置进一步分别与所述旋风除尘器和所述水洗除尘器相连，用于对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气供给至所述水洗除尘器。5.根据权利要求1所述的通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，所述第一蓄热装置与所述第二蓄热装置的至少之一包括两个并联的蓄热器。6.根据权利要求1所述的通过煤气化制备天然气的设备，其特征在于，所述气化炉为气流床气化炉。7.一种通过煤气化制备天然气的方法，其特征在于，包括: (1)利用气化炉对原料煤进行气化处理以便获得高温烟气； (2)对所述高温烟气进行旋风除尘处理，其中，在对所述高温烟气进行所述旋风除尘之前预先利用第一蓄热装置进行第一蓄热处理； (3)对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行水洗降温除尘处理； (4)对经过所述水洗降温除尘处理的高温烟气进行水汽变换反应；以及 (5)通过甲烷化反应，基于所述水汽变换反应的反应产物获得甲烷化气体，其中，在所述甲烷化反应之前，利用第二蓄热装置预先对所述水汽变换反应的反应产物进行预热处理， 任选地，所述气化炉为气流床气化炉， 任选地，所述第一蓄热装置与所述第二蓄热装置的至少之一包括两个并联的蓄热器。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括: (6)采用第三蓄热装置，对所述甲烷化气体进行蓄热处理，并且利用所述甲烷化气体对所述经过预热处理的水汽变换反应的反应产物进行二次预热处理，并将经过所述二次预热处理的产物供给至所述甲烷化反应器。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括: 采用所述第二蓄热装置，对经过第一蓄热处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气进行所述旋风除尘处理； 任选地，采用所述第二蓄热装置，对经过所述旋风除尘处理的高温烟气进行第二蓄热处理，并将经过所述第二蓄热处理的高温烟气进行所述水洗降温除尘处理； 任选地，利用所述第一蓄热装置对气化剂进行预热处理后，将所述气化剂供给至所述气化炉；以及 任选地，利用余热锅炉，使所述甲烷化气体与水进行换热，以便获得蒸汽和经过冷却的甲烷化气体，其中，所述水为软水或者脱盐水。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气化炉为气流床气化炉。
【文档编号】C10J3/46GK106047428SQ201610576922
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】宋敏洁, 韩希强, 王东方, 郭科宏, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司