[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

说明书

加压移动床多层加氢煤制天然气联产燃油、芳烃方法，将加压移动床煤气化床自上而下设计为氢煤气段、段间过渡段、水煤气段；在氢煤气段用多层加氢优化气、固逆流和H₂、CH₄分压条件，增加煤焦油产率和C+2H₂→CH₄反应动力；出炉富烃氢煤气再通过净化分离得到煤焦油、甲烷、氢气；煤焦油通过加氢重整分馏制得燃油、芳烃，氢气经循环机升压循环使用；生产CH₁后的残焦经水煤气段气化、CO变换、酸气脱除后，成为煤加氢及煤焦油加氢的补充氢；正常生产用电由自产天然气通过燃机发电提供，动力蒸汽由燃机余热锅炉提供，没有燃煤蒸汽锅炉。本方法可大幅提高产品能效、降低水耗、投资和环境污染。

技术领域

本发明属于能源化工领域，特别涉及煤制天然气和燃油的能源化工艺技术与设备。

背景技术

现行的煤制油和煤制天然气，无论是煤气化后再合成油、气的两步法，还是煤直接加氢生产油、气的一步法，均因工艺路线复杂、工艺过程能源转化效率低下，煤制油仅43％，耗标煤3.4吨/吨油，煤制天然气仅55％，耗标煤2.3吨/km³；设备投资高，煤制油1600亿元/1000 万吨，煤制天然气280亿元/40亿m³；水资源消耗高，煤制油耗水7吨/吨油，煤制天然气7 吨/km³；环境污染重，污水处理成本高，CO₂排放多等，而不能大规模商业化。

究其主要原因是，煤气化为CO+H₂后再合成为CnH₂n₊₂(n＝1为CH₄，n＝8为汽油，n＝16 为柴油)的两步法，化学反应nCO+2nH₂+H₂＝CnH₂n₊₂+nH₂O，CO中的氧元素必须要用H₂去取出来，而传统制取H₂的能耗和成本都很高，所以两步法的煤气化工序，采用煤气中CH₁含量较高的加压移动床气化煤气化，又会带来蒸汽耗量多、煤气废水多、环保成本特别高的难题；采用气流床煤气化，蒸汽耗量和煤气废水均很少，相对环保易过关，但氧气耗量达2000Nm³/t 油，权衡利弊后，近年新建的煤制油示范生产线，多采用气流床煤气化再合成油的工艺路线。

近年业界提出的“煤拔头”低阶煤热解制油方案，由于焦油产率低、售价低、半焦的出路难觅，也使这一工艺被迫停留在示范阶段。

现行煤直接加氢的一步法制油效率低的原因，一是碳元素转化率低，其残渣含碳高达 40％，需在专门的气化炉内重新加热才能再次生成CO；二是采用气流床煤气化制氢，由于气流床气化过程中，煤中氢元素是以碳氢化合物形式，700℃以下就首先热解为气态烃，随即与气流中的O₂气反应生成CO₂和H₂O放出热量，使炉温达到1300～1700℃之高，所以气流床的高炉温有相当大一部分是氢元素燃烧贡献的，从而导致煤气中氢气摩尔分率低，CO成分特别高，而CO必须经过变换才能转化为氢气，即这种制氢工艺实质上是首先烧掉煤中的H₂，然后再用煤中的C元素制取CO，CO再经变换才能转化为H₂；三是工艺压力高达20MPa，设备投资大，四是原料煤质量要求苛刻，所以现行的煤直接加氢一步法制CnH₂n₊₂也存在诸多缺点。

发明内容

本发明的目的，一是以适当的温度和气相介质条件直接将原料煤中的H元素，以气态多碳烃CmHn的形式从煤中热解气化分离出来；二是用H元素将煤中的碳元素直接反应成气态碳氢化合物，三是采用富氧水蒸汽在高温下，将生产气态烃后余下的残焦中的碳元素转化为CO 和H₂，以大幅提高其能源转化效率、大幅降低水资源消耗、大幅减少CO₂排放和环境污染，并大幅减少装置投资，降低生产成本。