《一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103525466 A(43)申请公布日 2014.01.22CN103525466A(21)申请号 201310497294.9(22)申请日 2013.10.22C10J 3/16(2006.01)C10J 3/20(2006.01)C10J 3/00(2006.01)C10J 3/84(2006.01)C10G 2/00(2006.01)C01B 3/06(2006.01)C01B 3/50(2006.01)(71)申请人东南大学地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号(72)发明人向文国 朱珉(74)专利代理机构江苏永衡昭辉律师事务所 32250代理人王斌(。
2、54) 发明名称一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置(57) 摘要本发明公开了一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法和装置，该装置包括气化炉、净化装置、费托合成反应器、油洗塔、气体洗涤分离塔，化学链制氢装置和压缩机。化学链制氢装置包括：水蒸气反应器、燃料反应器、空气反应器。煤、氧气和水蒸气通入气化炉中反应生成粗煤气，经净化装置除去粗煤气中灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，净化后的粗煤气、化学链制氢装置制取的氢气和循环气混合作为费托合成反应器的合成气，费托合成反应器合成产物为：蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡在费托合成反应器中析出，重油在油洗塔中析出，轻油在气体洗涤分离塔冷凝析出，2/3的驰。
3、放气通过压缩机回收作为系统的循环气，其余驰放气进入化学链制氢装置制取氢气。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 103525466 ACN 103525466 A1/1页21.一种煤间接液化并分离二氧化碳的方法，其特征在于，该方法包括以下流程：将煤、氧气和水蒸气通入气化炉（1）中，8001800、0.14MPa条件下反应生成粗煤气，所述粗煤气的成分包括H2、CO、CO2、H2S、COS和CH4，其中H2和CO占粗煤气体积百分比在60%以上；粗煤气进入净化装置。
4、（2）中，用低温甲醇法除去粗煤气中的灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，净化后的粗煤气H2S含量低于0.1ppm，CO2含量低于20ppm；粗煤气从净化装置（2）输送至费托合成反应器（3）中，同时向费托合成反应器（3）输送化学链制氢装置（6）制得的氢气和气体洗涤分离塔（5）回收的驰放气，其中粗煤气和化学链制氢装置（6）制得的氢气占费托合成反应器（3）进气口混合气体积的1/3,气体洗涤分离塔（5）回收的驰放气,占费托合成反应器（3）进气口混合气体积的2/3；费托合成反应器（3）采用铁基催化剂，反应温度为260330，压力为23MPa，进行费托合成反应，得到的合成产物为蜡、重油、轻质油和驰放气，。
5、其中蜡的沸点300500，呈液态，从费托合成反应器（3）底部蜡析出，气态的重油、轻质油和驰放气依次排入油洗塔（4）和气体洗涤分离塔（5）中，重油在油洗塔（4）中析出，轻油在气体洗涤分离塔（5）冷凝析出；2/3以上的驰放气从气体洗涤分离塔（5）经压缩机（7）回收循环至费托合成反应器（3）的进气口，其余驰放气进入化学链制氢装置（6）的燃料反应器（6-2）中；在燃料反应器（6-2）中，800950条件下，驰放气与预置Fe2O3反应，生成CO2、水蒸气和FeO，其中CO2和水蒸气从燃料反应器（6-2）顶部排出，FeO进入化学链制氢装置（6）的水蒸气反应器（6-1）中，在800950条件下，FeO与水蒸。
6、气反应生成H2和Fe3O4，其中H2输送至费托合成反应器（3）的进气口，Fe3O4排入化学链制氢装置（6）的空气反应器（6-3）中；Fe3O4进入空气反应器（6-3）后，在800950条件下，与空气反应生成Fe2O3和欠氧空气，所述欠氧空气从空气反应器（6-2）顶部排出，Fe2O3输送至燃料反应器（6-2）中，实现Fe2O3的循环利用。2.一种实现权利要求1所述煤间接液化并分离二氧化碳方法的装置，其特征在于，该装置包括按反应顺序依次连接的气化炉（1）、净化装置（2）、费托合成反应器（3）、油洗塔（4）和气体洗涤分离塔（5），以及与所述费托合成反应器（3）的进气口连接、提供反应所需H2的化学链制。
7、氢装置（6），与气体洗涤分离塔（5）的排气口和费托合成反应器（3）的进气口连接、实现驰放气循环回用的压缩机（7）；化学链制氢装置（6）包括水蒸气反应器（6-1）、燃料反应器（6-2）和空气反应器（6-3），所述燃料反应器（6-2）的进气口与气体洗涤分离塔（5）的排气口连接，出料口与水蒸气反应器（6-1）的进料口连接，水蒸气反应器（6-1）的排气口与费托合成反应器（3）的进气口连接，水蒸气反应器（6-1）的返料口与空气反应器（6-3）的进料口连接，空气反应器（6-3）的出料口与燃料反应器（6-2）的进料口连接。权 利 要 求 书CN 103525466 A1/4页3一种煤间接液化并分离二氧化碳的。
8、方法和装置技术领域0001 本发明涉及一种煤间接液化的方法及装置，尤其涉及基于铁基载氧体的费0002 托合成驰放气链式制氢并分离CO2的方法及装置。背景技术0003 煤是地球上能够得到的最丰富的化石燃料，煤的使用年限高于石油，它将是替代不断下降石油资源的可靠能源。煤气化产生合成气（CO+H2），再用合成气为合成液体燃料或化学产品的过程称为煤的间接液化。煤间接液化主要采用费托合成反应器生成各种烃类以及含氧化合物，费托合成反应器要求原料气中H2/CO为1.21.5，而气化产生粗煤气中一氧化碳含量比氢气高许多，不能直接适合合成气的需要，需将粗煤气中的部分一氧化碳转变为氢气，调整H2/CO比。传统的煤。
9、间接液化液化采用变换和PSA制氢装置提高合成气中H2/CO的比例，但是这两种装置存在设备投资大，能耗高的缺点，因此，寻找一种低能耗的制氢方法，有助于煤间接液化工艺的能耗的降低和大规模推广，对降低石油能源的依赖有重要的现实意义和战略意义。发明内容0004 技术问题：本发明提供一种提高费托反应合成气H2/CO比，简化了煤间接液化工艺，降低了能耗，同时高效分离CO2，减少温室气体排放的煤间接液化并分离CO2的方法，同时提供了一种实现上述方法的装置。0005 技术方案：本发明的煤间接液化并分离CO2的方法，包括以下流程：0006 将煤、氧气和水蒸气通入气化炉中，8001800、0.14MPa条件下反应。
10、生成粗煤气，粗煤气的成分包括H2、CO、CO2、H2S、COS和CH4，其中H2和CO占粗煤气体积百分比在60%以上；粗煤气进入净化装置中，用低温甲醇法除去粗煤气中的灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，净化后的粗煤气H2S含量低于0.1ppm，CO2含量低于20ppm。0007 粗煤气从净化装置输送至费托合成反应器中，同时向费托合成反应器输送化学链制氢装置制得的氢气和气体洗涤分离塔回收的驰放气，其中粗煤气和化学链制氢装置制得的氢气占费托合成反应器进气口混合气体积的1/3，气体洗涤分离塔回收的驰放气占费托合成反应器进气口混合气体积的2/3。费托合成反应器采用铁基催化剂，反应温度为260330，。
11、压力为23MPa，进行费托合成反应得到的合成产物为蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡的沸点300500，呈液态，从费托合成反应器底部蜡析出，气态的重油、轻质油和驰放气依次排入油洗塔和气体洗涤分离塔中，重油在油洗塔中析出，轻油在气体洗涤分离塔冷凝析出；2/3以上的驰放气从气体洗涤分离塔经压缩机回收循环至费托合成反应器的进气口，其余驰放气进入化学链制氢装置的燃料反应器中。0008 在燃料反应器中，800950条件下，驰放气与预置Fe2O3反应，生成CO2、水蒸气和FeO，其中CO2和水蒸气从燃料反应器顶部排出，FeO进入化学链制氢装置的水蒸气反应器中，在800950条件下，FeO与水蒸气反应生成H2。
12、和Fe3O4，其中H2输送至费托合成说 明 书CN 103525466 A2/4页4反应器的进气口，Fe3O4排入化学链制氢装置的空气反应器中；Fe3O4进入空气反应器后，在800950条件下，与空气反应生成Fe2O3和欠氧空气，欠氧空气从空气反应器顶部排出，Fe2O3输送至燃料反应器中，实现Fe2O3的循环利用。0009 本发明的煤间接液化并分离CO2的装置，包括按反应顺序依次连接的气化炉、净化装置、费托合成反应器、油洗塔和气体洗涤分离塔，以及与费托合成反应器的进气口连接、提供反应所需的化学链制氢装置，与气体洗涤分离塔的排气口和费托合成反应器的进气口连接、实现驰放气循环回用的压缩机。0010。
13、 化学链制氢装置包括水蒸气反应器、燃料反应器和空气反应器，燃料反应器的进气口与气体洗涤分离塔的排气口连接，出料口与水蒸气反应器的进料口连接，水蒸气反应器的排气口与费托合成反应器的进气口连接，水蒸气反应器的返料口与空气反应器的进料口连接，空气反应器的出料口与燃料反应器的进料口连接。0011 本发明采用化学链制氢装置替代传统煤间接液化中变换和PSA制氢装置，利用费托反应器得的驰放气制取氢气，提高费托反应合成气H2/CO比。与原有装置相比，简化了煤间接液化工艺，降低了能耗，同时高效分离CO2，减少温室气体排放。0012 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：0013 传统的煤间接液化液化采用。
14、变换和PSA制氢装置提高合成气中H2/CO的比，其中，变换装置主要反应为：0014 COS+H2OCO2+H2S0015 CO+H2OCO2+H20016 由于变换装置中有强酸性产物H2S，变换反应器需要采用耐酸不锈钢，耐酸不锈钢高昂的价格增加了变换装置设备的成本。一个生产规模48万t/a的煤间接液化生产厂，变换装置需要消耗循环冷却水500600m3/h，消耗电400500KW，消耗脱盐水250300t/h，变换催化剂810t/a。0017 PSA制氢装置可以实现85%左右的氢气提取率，装置由多个吸附塔组成，气体在高压23MPa，温度40的条件下从塔底部进入吸附塔，杂质部分被吸附剂吸附，氢气难。
15、以吸附从塔的顶部排出，吸附剂吸附的杂质部分再进行再生，从塔底排出。一个生产规模48万t/a的煤间接液化生产厂PSA制氢装置需要耗电500600KW。0018 本发明中化学链制氢装置采用铁基载氧体，铁基载氧体在燃料反应器中发生的还原反应如下：0019 0020 从燃料反应器出来的气体产物仅为二氧化碳和水蒸气，通过冷却可分离出纯净的二氧化碳，被还原的铁氧化物进入水蒸气反应器中发生氧化反应，反应如下：0021 说 明 书CN 103525466 A3/4页50022 水蒸气反应器生成的气体产物仅为氢气和水蒸气，通过冷却可分离出纯净的氢气，高于PSA装置的氢气提取率，为了提高铁氧化物的载氧率，水蒸气反。
16、应器中Fe3O4与空气反应，进一步氧化为Fe2O3，发生如下反应：0023 0024 从化学链制氢装置铁氧化物发生的氧化和还原反应式可知，化学链制氢过程释放的热量与燃料与氧气直接燃料释放的热量想同，从能量平衡的角度，化学链制氢装置在运行的同时不需要外在能量，从能量利用的角度，化学链制氢过程传热温差小，燃烧损失小。实际操作中，化学链制氢装置为常压设备，设备成本低，与变换装置和PSA制氢装置相比，一个生产规模48万t/a的煤间接液化生产厂，载氧体消耗量0.5t/a，电力消耗来源于辅助设备（风机、水泵和仪表等）。因此，化学链制氢装置的能量消耗和设备成本小于变换装置和PSA制氢装置。附图说明0025 。
17、图1为本发明一种煤间接液化并分离CO2装置的原理示意图。具体实施方式0026 下面结合实施例和说明书附图来对本发明作进一步具体说明。0027 本发明的煤间接液化并分离CO2的方法，包括以下流程：0028 将煤、氧气和水蒸气通入气化炉1中，8001800、0.14MPa条件下反应生成粗煤气，粗煤气的主要成分包括H2、CO、CO2、H2S、COS和CH4，其中H2和CO占粗煤气体积百分比在60%以上，但粗煤气中也存在灰尘粒子、焦油蒸汽、水蒸气、硫化物以及二氧化碳等杂质，这些杂质造成费托合成反应催化剂失活，因此粗煤气进入净化装置2中，用低温甲醇法除去粗煤气中灰尘和酸性气体H2S、COS、CO2，低温。
18、甲醇洗涤脱除粗煤气中的酸性气体是一个物理吸收和解吸过程，在27MPa、-30-70条件下，粗煤气中的硫化物以及二氧化碳等杂质溶解于极性溶液甲醇中，而降压后，它们又容易从溶液中解吸出来，采用低温甲醇洗涤脱除粗煤气H2S含量低于0.1ppm，CO2含量低于20ppm。0029 粗煤气从净化装置2输送至费托合成反应器3中，同时向费托合成反应器3输送由粗煤气和化学链制氢装置6制得的氢气和气体洗涤分离塔5回收的驰放气，其中粗煤气和化学链制氢装置6制得的氢气占费托合成反应器3进气口混合气体积的1/3，气体洗涤分离塔5回收的驰放气，占费托合成反应器3进气口混合气体积的2/3。0030 选固定床作为费托合成反。
19、应器3，固定床反应器是管壳式，管内装有催化剂，管间通入沸腾的冷却水，移走反应热。费托合成反应器3选用活化沉淀铁催化剂，反应温度为260330，压力为23MPa，进行费托合成反应，得到的合成产物为蜡、重油、轻质油和驰放气，其中蜡的沸点300500，呈液态，从费托合成反应器3底部蜡析出，气态的重油、轻说 明 书CN 103525466 A4/4页6质油和驰放气依次排入油洗塔4和气体洗涤分离塔5中，重油在油洗塔4中析出，轻油在气体洗涤分离塔5冷凝析出；2/3以上的驰放气从气体洗涤分离塔5经压缩机7回收循环至费托合成反应器3的进气口，其余驰放气进入化学链制氢装置6的燃料反应器6-2中。0031 化学链。
20、制氢装置6采用Fe2O3作为载氧体，燃料反应器6-2选用固定床形式，采用气固逆流形式，在燃料反应器6-2中，800950条件下，驰放气从固定床底部进入与预置Fe2O3反应，生成气体产物CO2、水蒸气，固体产物FeO和Fe3O4，CO2和水蒸气从燃料反应器6-2顶部排出，FeO和Fe3O4进入化学链制氢装置6的水蒸气反应器6-1中；水蒸气反应器6-1选用鼓泡流化床形式，水蒸气从水蒸气反应器6-1底部进入，在800950条件下，FeO与水蒸气反应生成H2和Fe3O4，其中H2从水蒸气反应器6-1底部排出，输送至费托合成反应器3的进气口，Fe3O4排入化学链制氢装置6的空气反应器6-3中；空气反应器。
21、6-3选用循环流化床形式，空气从空气反应器6-3底部进入，在800950条件下，Fe3O4与空气反应生成Fe2O3和欠氧空气，欠氧空气从空气反应器6-2顶部排出，Fe2O3输送至燃料反应器6-2中，实现Fe2O3的循环利用。0032 本发明的实现上述煤间接液化并分离CO2方法的装置，包括按反应顺序依次连接的气化炉1、净化装置2、费托合成反应器3、油洗塔4和气体洗涤分离塔5，以及与费托合成反应器3的进气口连接、提供反应所需H2的化学链制氢装置6，与气体洗涤分离塔5的排气口和费托合成反应器3的进气口连接、实现驰放气循环回用的压缩机7。化学链制氢装置6包括水蒸气反应器6-1、燃料反应器6-2和空气反应器6-3，燃料反应器6-2的进气口与气体洗涤分离塔5的排气口连接，出料口与水蒸气反应器6-1的进料口连接，水蒸气反应器6-1的排气口与费托合成反应器3的进气口连接，水蒸气反应器6-1的返料口与空气反应器6-3的进料口连接，空气反应器6-3的出料口与燃料反应器6-2的进料口连接。说 明 书CN 103525466 A1/1页7图1说 明 书 附 图CN 103525466 A。