[发明专利]加压移动床多层加氢煤制天然气联产燃油、芳烃方法

权利要求书

1.加压移动床多层加氢煤制天然气联产燃油、芳烃方法，由原料煤富氧水蒸汽移动床加压气化，煤气洗涤和余热回收、CO变换即CO/H₂比例调节、低温甲醇洗酸气脱除，甲烷催化合成，甲烷脱水工艺，燃煤锅炉提供发电、动力蒸汽和工艺蒸汽等系统组成，其特征在于：

将加压移动床煤气化床自上而下设计为氢煤气段(A)、段间过渡段(G)、水煤气段(B)：

氢煤气段(A)，自上而下设计为富烃氢煤气干燥层(10)、富甲烷氢煤气加氢干馏层(11)、贫甲烷氢煤气半焦加氢气化层(13)、半焦加氢层(14)、上层焦炭加氢气化层(15)，上层焦炭加氢层(16)、下层焦炭加氢气化层(17)、下层焦炭加氢层(17A)结构，运行时分别通过半焦加氢层(14)、上层焦炭加氢层(16)、下层焦炭加氢层(17A)向对应的加氢气化层注入氢气，调控其床层氢气成分、温度，以便为甲烷生成和含量增加提供化学反应推动力；在富甲烷氢煤气加氢干馏层(11)中设有搅拌器(12)；

段间过渡段(G)，是焦炭加氢反应后的残焦由焦炭加氢层(17A)移动到水煤气段(B)的一段床层，由残焦聚集层(18A)和卸料结构(18B)构成；卸料结构(18B)优选为上大下小的漏斗形卸料斗，卸料斗内承载来自焦炭加氢层(17A)的残焦，并将残焦下泄至水煤气段(B)，卸料斗外为煤气聚集区(19)，同时利用残焦聚集层(18A)和卸料斗(18B)内残焦阻滞水煤气与氢气之间相互串气；卸料斗中部设有中间集气盒(C)，用于收集水煤反应层(20)中部区域的煤气，中间集气盒(C)与煤气聚集区(19)之间用管道联通，以便中间集气盒(C)的煤气进入煤气聚集区(19)；

水煤气段(B)，自上而下设计为水煤气反应层(20)、氧气燃烧层(21)、灰渣层(22)，采用O₂和水蒸汽及CO₂混合、或O₂和CO₂混合的气化剂，以来自段间过渡段(18A)的残焦为原料，生产H₂和CO的水煤气，为氢煤气段(A)提供H₂原料气；

原料煤经煤锁(8)进入加压移动床，在同一连续向下移动的加压气化床层中先后依次：

①在干燥层(10)被～400℃的富烃氢煤气加热、干燥，即脱除水分成为无水原料煤；

②无水原料煤在干馏层(11)中被400～700℃的富甲烷氢煤气热解、干馏、气化，解析煤焦油及氧、氮、硫化合物：CO、CO₂、H₂O、NH₃、H₂S、COS成为半焦；

③半焦下移在半焦加氢气化层(13)中被700～800℃的贫甲烷氢气气化成为焦炭气；

④焦炭下移穿过半焦加氢层(14)，在上层焦炭加氢气化层(15)中被800～900℃的氢气气化成为浅残焦；

⑤浅残焦下移穿过上层焦炭加氢层(16)，在下层焦炭加氢气化层(17)中被900～1100℃的氢气气化成为残焦；

⑥残焦下移穿过下层焦炭加氢层(17A)，在段间过渡段G中的残焦聚集层(18A)和(18B)缓慢下移，利用炭层的阻力，阻止水煤气段(B)生产的水煤气与下层焦炭加氢层(17A)的氢气相互串气；

⑦卸料结构(18B)泄下的残焦在水煤气反应层(20)被H₂O+CO₂气化成为低碳残焦；

⑧最后低碳残焦在氧气燃烧层(21)被蒸汽氧气气化剂中的O₂氧化燃烧成为炉渣，即将残余碳元素全部氧化成CO₂，为水煤气反应提供热源；

氢气循环机(35A)将制取富烃氢煤气的氢气，先后经氢气加热器(35B)、开车加热装置(36)后、分别经过设有调控阀门的半焦加氢层进口(4)、上层焦炭加氢层进口(4A)、下层焦炭加氢层进口(4B)送入氢煤气段(A)；氢气经下层焦炭加氢层(17A)进入下层焦炭加氢气化层(17)，首先被缓慢下移的残焦加热到900℃左右，由于氢气中甲烷含量远低于平衡浓度，加之局部空速低，十分有利于C+2H₂生成CH₄并放出热量，使温度上升到1000～1100℃成为高温贫甲烷氢煤气；高温贫甲烷氢煤气上行穿过上层焦炭加氢层(16)并与其加入的低温氢气混合，温度温度降低至800℃左右，进入上层焦炭加氢气化层(15)再次进行C+2H₂→CH₄反应并放出热量，使温度上升到900～1000℃；成为甲烷含量更高的贫甲烷氢煤气继续上行，穿过半焦加氢层(14)并与其加入的低温氢气混合，温度降至700℃左右，进入半焦加氢气化层(13)主要进行多碳烯烃C_nH_2n+nH₂→nCH₄、炔烃C_nH_2n-2+(n+1)H₂→nCH₄等不饱和烃加氢快速生成甲烷的反应，温度由700℃升高到800℃左右成为富甲烷氢煤气；富甲烷氢煤气上行进入富甲烷氢煤气加氢干馏层(11)，为煤的热解、干馏、气化提供热量，由于富甲烷氢煤气中氢气、甲烷分压高，不仅有效阻止了固态煤和液态煤焦油裂解时氢气的生成，还大大降低了甲烷的生成率，并迫使煤中的氢元素，更多的结合在煤焦油中，从而增加了煤焦油的产率和煤中氢元素的利用率；由于氢气在此温度、压力下强烈的扩散、渗透作用，氢气还将进入煤粒内部与碳氢化合物C_XH_Y反应，生成更多的多碳饱和烃煤焦油并放出热量，使煤焦油被加热成为气态烃进入气相，富甲烷氢煤气成为600℃左右的富烃氢煤气；富烃氢煤气继续上行进入原料煤干燥层(10)，在加热原料煤的同时，干燥煤中的水分，使原料煤中的吸附水、结晶水，转化为水蒸汽进入富烃氢煤气，富烃氢煤气温度降至400℃左右经其炉壁上部富烃氢煤气出口(5)出炉；

出炉后的富烃氢煤气，经焦油粉尘分离器(37)除去焦油粉尘，经换热器(38)降低温度，再经冷却油水分离器(39)冷却至常温并分离除去油水，进入酸气氢气分离工序(40)，分离出H₂S、COS、CO₂、CO酸性气体和氢气后，成为符合GB/T 33445-2016标准的煤制合成天然气(40D)；酸气氢气分离工序(40)分离出来的大部分氢气(40A)与水煤气酸气脱除工序(33)来的氢气(33B)，一道进入氢气总管(35)经氢气循环机(35A)升压后，又重新入炉生产富烃氢煤气；酸气氢气分离工序(40)分离出来的氢气中的小部分(40F)，与冷却油水分离器(41)分出的焦油(41A)送入煤焦油加氢制燃油芳烃工序(41)生产燃油(42A)和芳烃(42B)；

由氧气和水蒸汽混合组成的气化剂(28A)从炉底进口(1)入炉后，穿过炉篦自下而上经过灰渣层(22)，吸收其携带的热量，温度升高到600℃左右进入氧气气化燃烧层(21)，气化剂中的氧气使残焦中残存的碳元素迅速燃烧气化，生成CO₂并放出大量的热量，使气化剂中的水蒸汽和床层温度达到1000℃以上，灰熔点以下；含有CO₂的高温水蒸汽自下而上进入水煤气反应层(20)，将热量传给来自氢煤气段的加氢气化残焦的同时，与残焦中的碳元素进行吸热的水煤气反应C+H₂O＝CO+H₂，使残焦中的大部分碳元素与水蒸汽中30～40％水分子反应，转化为水煤气中的CO和H₂，成为温度在700℃左右的湿热水煤气，水煤气上行进入煤气集气区(19)及中间集气盒(C)，再通过炉壁中部的水煤气出口(3)出炉；

出炉的水煤气经除尘(28B)、氢气加热器(35B)、蒸汽过热装置(29)加热入炉蒸汽后，进入余热蒸汽锅炉(30)生产部分煤气化所需蒸汽后，进入水煤气洗涤装置(31)除去粉尘、胶体、杂盐，水煤气进入CO变换工序(32)，将95％以上的CO通过催化剂进行CO+H₂O＝CO+H₂变换反应；变换后的煤气称为变换气，其主要成分为H₂和CO₂；变换气中的CO₂酸气及少量的H₂S酸气，在酸气脱除工序(33)采用变压吸附PSA分离工艺进行酸气脱除：脱除的H₂S(33C)送硫回收装置(33D)制硫磺，可燃组分热值≥400kJ/Nm³以上的部分CO₂解吸气(33A)，送入燃气轮机尾气锅炉(45)生产蒸汽，将其中可燃组分转化为蒸汽能源回收利用，酸气脱除工序(33)分离出的氢气作为补充氢(33B)气送入氢气总管(35)。