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1、(10)申请公布号 CN 103160350 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103160350 A *CN103160350A* (21)申请号 201310111967.2 (22)申请日 2013.04.01 C10L 3/08(2006.01) (71)申请人 新疆庆华能源集团有限公司 地址 835100 新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克 自治州伊宁县曲鲁海乡庆华工业园新 疆庆华能源集团有限公司 (72)发明人 孟令江 赵守国 王大庆 刘金国 王先延 鲍喜军 赵泽秀 张忠平 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 赵青朵 李玉秋 (54)。
2、 发明名称 一种煤制天然气的设备 (57) 摘要 本发明提供一种煤制天然气设备， 包括 ： 备煤 单元、 气化炉、 副线、 变换单元、 第一吸收塔、 第二 吸收塔、 甲烷化单元 ； 所述备煤单元的出口与所 述气化炉的入口相连接， 所述气化炉的出口与所 述变换单元的入口相连接， 所述变换单元的出口 与所述第一吸收塔的入口相连接， 所述第一吸收 塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接， 所述 第二吸收塔的出口与所述甲烷化单元的入口相连 接， 所述气化炉的出口还与副线的入口相连接， 所 述副线的出口与所述第一吸收塔的入口相连接 ； 所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收剂为甲 醇。由于在煤制天然气的生产。
3、设备中首先制备了 氢气， 从而在煤制天然气的过程中即可制备出氢 气， 从而保证了氢气的成本与安全性。 (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 103160350 A CN 103160350 A *CN103160350A* 1/1 页 2 1. 一种煤制天然气的设备， 包括 ： 备煤单元、 气化炉、 副线、 变换单元、 第一吸收塔、 第 二吸收塔、 甲烷化单元 ； 所述备煤单元的出口与所述气化炉的入口相连接， 所述气化炉的出 口与所述变。
4、换单元的入口相连接， 所述变换单元的出口与所述第一吸收塔的入口相连接， 所述第一吸收塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接， 所述第二吸收塔的出口与所述甲 烷化单元的入口相连接， 所述气化炉的出口还与副线的入口相连接， 所述副线的出口与所 述第一吸收塔的入口相连接 ； 所述第二吸收塔的温度为 -30 -80， 压力为 3600KPa 4200KPa ； 所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收剂为甲醇。 2.根据权利要求1所述的设备， 其特征在于， 所述第一吸收塔的温度为-40-70， 压力为 3800KPa 4000KPa。 3. 根据权利要求 1 所述的设备， 其特征在于， 所述气化炉包括 3 。
5、4 个气化炉。 权 利 要 求 书 CN 103160350 A 2 1/4 页 3 一种煤制天然气的设备 技术领域 0001 本发明涉及新能源技术领域， 尤其涉及一种煤制天然气的设备。 背景技术 0002 天然气是一种使用安全、 热值高的清洁能源， 其主要成分是甲烷， 与相同质量的煤 炭相比， 燃烧排放的 CO2仅为煤炭的 40%， 没有废水、 废渣的产生。因此， 天然气被广泛用于 发电、 化工、 城市燃气、 汽车燃料等行业， 是世界上主要的清洁能源之一。 目前获得天然气的 途径最主要的是整装气田、 炼厂气、 页岩气、 抽放瓦斯与煤制天然气 ； 其中煤制天然气是以 煤炭为原料， 气化生成合成。
6、气， 经净化和转化后在催化剂的作用下发生甲烷化反应， 合成天 然气的过程。煤制天然气工艺可分为煤气化转化技术和直接合成天然气技术。煤气化转化 技术先将原料煤加压气化， 由于气化得到的合成气达不到甲烷化的要求， 因此需要经过气 体转换单元先提高 H2与 CO 比例， 再进行甲烷化。而煤气化转化技术可分为较为传统的两 步法甲烷化工艺与将气体转换单元和甲烷化单元合并同时进行的一步甲烷化工艺。 0003 目前， 国内外正在研制开发合成天然气的高效催化剂， 有些催化剂只需经过脱硫 脱碳后的富氢煤气经过升温即可完成还原， 但煤制天然气的高效还原剂必须用纯氢升温 还原， 即把催化剂金属氧化物进行加氢， 还原。
7、成为具有催化能力的金属单元， 反应式为 ： NiO+H2=Ni+H2O。催化剂还原所用的氢气大多采用外购纯氢的方法或变压吸附、 膜分离制纯 氢的方法获得。但是外购的纯氢是气态氢， 需要特种槽车装运， 还原时需外置临时非标设 备， 涉及成本和安全因素很多。 而变压吸附或膜分离技术需一次性投资， 生产后需维护且每 2 3 年在催化还原时仅用一次， 成本较高。因此本发明提供了一种制备氢气的设备。 发明内容 0004 本发明解决的技术问题在于提供了一种煤制天然气的设备， 通过本发明的设备能 够降低制备氢气的成本， 并且可以使煤制天然气过程连续进行。 0005 有鉴于此， 本发明提供了一种煤制天然气的设。
8、备， 包括 ： 备煤单元、 气化炉、 副线、 变换单元、 第一吸收塔、 第二吸收塔、 甲烷化单元 ； 所述备煤单元的出口与所述气化炉的 入口相连接， 所述气化炉的出口与所述变换单元的入口相连接， 所述变换单元的出口与所 述第一吸收塔的入口相连接， 所述第一吸收塔的出口与所述第二吸收塔的入口相连接， 所述第二吸收塔的出口与所述甲烷化单元的入口相连接， 所述气化炉的出口还与副线的 入口相连接， 所述副线的出口与所述第一吸收塔的入口相连接 ； 所述第二吸收塔的温度 为 -30 -80， 压力为 3600KPa 4200KPa ； 所述第一吸收塔与所述第二吸收塔的吸收 剂为甲醇。 0006 优选的， 。
9、所述第一吸收塔的温度为 -40 -70， 压力为 3800KPa 4000KPa。 0007 优选的， 所述气化炉包括 3 4 个气化炉。 0008 本发明提供了一种煤制天然气的设备， 利用所述煤制天然气的设备， 天然气的制 备过程为 ： 首先原煤经过备煤单元后与氧气、 蒸汽在气化炉中反应， 得到粗煤气 ； 关闭副线 说 明 书 CN 103160350 A 3 2/4 页 4 使粗煤气在变换单元将其中的一氧化碳变换为氢气， 然后将得到的气体在第一吸收塔中以 甲醇为吸收剂进行吸收， 由于甲醇在低温下对酸性气体溶解度较大， 从而将其中的 CO2、 H2S 等酸性气体脱除， 并通过对第二吸收塔的温。
10、度和压力的控制， 使粗煤气中的杂质气体去除， 得到纯度较高的氢气， 将制取的氢气送入甲烷化单元， 使其中的金属氧化物还原， 得到催化 甲烷合成的催化剂 ； 将原煤经过备煤单元后与氧气、 蒸汽在气化炉中反应， 得到粗煤气 ； 将 副线打开， 使粗煤气经副线和变换单元调整一氧化碳与氢气的体积比， 将经过变换单元的 气体依次经过第一吸收塔与第二吸收塔中吸收剂的吸收将其中的酸性气体脱除， 得到净煤 气， 最后将净煤气进入甲烷化单元， 在催化剂的催化作用下， 得到甲烷。 0009 本发明由于将煤制天然气的生产设备首先制备了氢气， 将其用于催化金属氧化物 还原， 得到了煤制天然气的催化剂， 使煤制天然气所。
11、用的催化剂氢气不需要额外的装置制 备， 并且不需要装运， 从而保证了氢气的成本与安全性， 并且使煤制天然气的过程连续。 附图说明 0010 图 1 为本发明实施例 1 的煤制天然气设备的装置图。 具体实施方式 0011 为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述， 但是 应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点， 而不是对本发明权利要求的 限制。 0012 本发明实施例公开了一种煤制天然气设备， 如图1所示， 图1为本发明煤制天然气 设备装置图， 包括 ： 备煤单元 （1） 、 气化炉 （2） 、 副线、 变换单元 （3） 、 第一吸收塔 （4） 、 第二。
12、吸 收塔 （5） 、 甲烷化单元 （6） 、 ； 所述备煤单元 （1） 的出口与所述气化炉 （2） 的入口相连接， 所述 气化炉 （2） 的出口与所述变换单元 （3） 的入口相连接， 所述变换单元 （3） 的出口与所述第一 吸收塔 （4） 的入口相连接， 所述第一吸收塔 （4） 的出口与第二吸收塔 （5） 的入口相连接， 所 述第二吸收塔 （5） 的出口与所述甲烷化单元 （6） 的入口相连接， 所述气化炉 （2） 的出口还与 副线的入口相连接， 所述副线的出口与所述第一吸收塔 （4） 的入口相连接 ； 所述第二吸收 塔 （5） 的温度为 -30 -80， 压力为 3600KPa 4200KPa。
13、 ； 所述第一吸收塔 （4） 与所述第 二吸收塔 （5） 的吸收剂为甲醇。 0013 按照本发明， 为了降低煤制天然气或煤制甲醇过程中催化剂还原用氢气的成本， 并且使煤制天然气的过程连续， 本发明提供了一种煤制天然气的设备。本发明在煤制天然 气的过程中首先制备了氢气， 然后将制备的氢气用于金属氧化物的还原， 得到甲烷化催化 剂， 使氢气能够直接用于甲烷化的过程， 不需要装运氢气且不需要增加额外的生产设备， 使 生产过程连续且成本较低。 0014 按照本发明公开的制备氢气的设备， 所述煤制天然气的过程具体为 ： 0015 原煤经过备煤单元 （1） 处理后进入气化炉 （2） ， 蒸汽与经过空分处理。
14、的氧气作为 气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 在气化炉 （2） 内煤和气化剂逆流接触， 原煤经过干燥、 干 馏、 气化和氧化后， 生成粗煤气。粗煤气包括 ： 氢气、 一氧化碳、 二氧化碳、 甲烷、 氧气、 氮气、 硫化氢、 油和高级烃。所述氧气的纯度为 99.5vol% 99.8vol%， 所述蒸汽的压力优选为 1.0MPa10.0MPa， 更优选为4.8MPa。 制取氢气的过程中， 所述蒸汽与所述氧气的体积比优 说 明 书 CN 103160350 A 4 3/4 页 5 选为 （5.5 5.8） :1。 0016 关闭副线使所述粗煤气进入变换单元 （3） ， 将粗煤气中的一氧化碳转化为氢。
15、气， 将 得到的气体进入第一吸收塔 （4） 中， 在以甲醇为吸收剂的第一吸收塔 （4） 中进行吸收， 由于 甲醇在低温下对酸性气体溶解度较大， 从而将其中的 CO2与 H2S 等酸性气体脱除， 再通过控 制第二吸收塔 （5） 的温度为 -30 -80， 压力为 3600KPa 4200KPa， 使粗煤气中的 O2、 N2、 CH4、 CO2、 CO、 H2S 与 CH等杂质气体全部去除， 得到了纯净的氢气。所述副线为本领域 技术人员熟知的管道， 通过阀门来控制副线的打开与关闭。所述第二吸收塔 （5） 的温度优 选为 -40 -70， 压力为 3800KPa 4000KPa。所制备的氢气通过合成。
16、原料气管道送到 甲烷化单元 （6） 中进行催化剂金属氧化物的还原， 得到催化剂。 0017 得到甲烷化催化剂后， 则开始制取天然气的过程 ： 原煤经过备煤单元 （1） 处理后 进入气化炉 （2） ， 蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 在气化炉 （2） 内煤和气化剂逆流接触， 原煤经过干燥、 干馏、 气化和氧化后， 生成粗煤气。 粗煤气包括 ： 氢气、 一氧化碳、 二氧化碳、 甲烷、 氧气、 氮气、 硫化氢、 油和高级烃。所述氧气的纯度优选为 99.5vol% 99.8vol%， 所述蒸汽的压力优选为 1.0MPa 10.0MPa， 更优选为 4.8MPa。制备 天。
17、然气的过程中， 所述蒸汽与所述氧气的体积比优选为 5.8:1。 0018 打开副线并使所述粗煤气进入变换单元 （3） ， 调整氢气与一氧化碳的体积比为 3.1 3.2 ； 粗煤气经过半变换与工艺废热回收后将处理后的粗煤气依次经过以甲醇为吸 收剂的第一吸收塔 （4） 与第二吸收塔 （5） 中进行吸收， 以脱除粗煤气中的酸性气体， 得到净 煤气 ； 所述净煤气在甲烷化单元 （6） 的催化剂的作用下进行甲烷化过程， 从而得到天然气。 0019 为了使得到的氢气较多， 在制备氢气的过程中， 所述气化炉 （2） 优选打开 1 个 ； 在 后续煤制天然气的过程中， 所述气化炉 （2） 优选打开 3 4 个。
18、。 0020 本发明在煤制天然气的过程中， 由于在煤制天然气的生产设备中首先制备了氢 气， 从而在煤制天然气的过程中即可制备出氢气， 将制备的氢气直接用于催化剂氧化物的 还原， 不需要额外的装置， 并且不需要装运， 从而保证了氢气的成本与安全性， 并且使煤制 天然气的过程连续。 0021 为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明提供的氢气的制备方法进行详 细的说明， 本发明的保护范围不受以下实施例的限制。 0022 实施例 1 0023 将坑口煤矿的原煤经过备煤单元 （1） 处理后， 经煤锁送入气化炉 （2） ； 蒸汽与经过 空分处理的氧气作为气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 蒸汽与氧。
19、气的体积比为 5.5:1 ； 原煤与 气化剂在气化炉 （2） 中逆流接触， 原煤经干燥、 干馏、 气化和氧化后， 得到粗煤气， 粗煤气中 含有 0.22vol% 的 O2、 0.19vol% 的 N2、 9.76vol% 的 CH4、 12.32vol% 的 CO、 34.99vol% 的 CO2、 41.65vol% 的 H2、 0.15vol% 的 H2S 与 0.72vol% 的 CH； 关闭副线将粗煤气进入变换单元 （3） 将其中的一氧化碳全部转换为氢气， 将得到的粗煤气进入第一吸收塔 （4） 中以甲醇为吸 收剂吸收粗煤气中的杂质气体， 并控制第二吸收塔 （5） 的温度为 -40， 压。
20、力为 3635KPa， 得 到 99.99vol% 的氢气。将制备的氢气通过合成原料气管道送到甲烷化单元 （6） 中进行氧化 镍的还原， 得到镍催化剂。 0024 将坑口煤矿的原煤经过备煤单元 （1） 处理后， 经煤锁送入气化炉 （2） ； 蒸汽与经 过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 蒸汽与氧气的体积比为 5.8:1 ； 原 说 明 书 CN 103160350 A 5 4/4 页 6 煤与气化剂在气化炉中逆流接触， 原煤经干燥、 干馏、 气化和氧化后， 得到粗煤气， 粗煤气 中含有 0.35vol% 的 O2、 0.40vol% 的 N2、 10.0vol% 的 CH4。
21、、 17.0vol% 的 CO、 32.0vol% 的 CO2、 38.7vol% 的 H2、 0.10vol% 的 H2S 与 1.45vol% 的 CH； 打开副线， 将粗煤气经过副线和变 换单元 （3） ， 调整一氧化碳与氢气的体积比为 1:3.2， 将经过变换的粗煤气依次进入第一吸 收塔 （4） 与第二吸收塔 （5） 中， 第二吸收塔 （5） 的吸收剂为甲醇， 温度为 -40 -70， 压力 为 3635KPa 4100KPa， 进行酸性气体的吸收， 脱除硫化氢和二氧化碳后得到净煤气 ； 将净 煤气进入甲烷化单元 （6） 中在上述制备的催化剂的作用下进行甲烷化反应， 得到甲烷气体。 0。
22、025 实施例 2 0026 将坑口煤矿的原煤经过备煤单元 （1） 处理后， 经煤锁送入一个气化炉 （2） ， 关闭另 外三个气化炉 ； 蒸汽与经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 蒸汽与氧 气的体积比为 5.8:1 ； 原煤与气化剂在气化炉中逆流接触， 原煤经干燥、 干馏、 气化和氧化 后， 得到粗煤气， 粗煤气中含有0.35vol%的O2、 0.40vol%的N2、 10.0vol%的CH4、 17.0vol%的 CO、 32.0vol%的CO2、 38.7vol%的H2、 0.10vol%的H2S与1.45vol%的CH； 关闭副线， 将粗煤 气进入变换单元 （3） 。
23、将其中的一氧化碳全部转换为氢气， 将得到的粗煤气进入第一吸收塔 （4） 中以甲醇为吸收剂吸收粗煤气中的杂质气体， 并控制第二吸收塔 （5） 的温度为 -40， 压力为3635KPa， 得到99.99vol%的氢气。 将制备的氢气通过合成原料气管道送到甲烷化单 元 （6） 中进行氧化镍的还原， 得到镍催化剂。 0027 坑口煤矿的原煤经过备煤单元 （1） 处理后， 经煤锁送入四个气化炉 （2） ； 蒸汽与 经过空分处理的氧气作为气化剂从气化炉 （2） 下部喷入， 蒸汽与氧气的体积比为 5.8:1 ； 原煤与气化剂在气化炉中逆流接触， 原煤经干燥、 干馏、 气化和氧化后， 得到粗煤气， 粗煤 气 。
24、中 含 有 0.35vol% 的 O2、 0.40vol% 的 N2、 10.0vol% 的 CH4、 17.0vol% 的 CO、 32.0vol% 的 CO2、 38.7vol% 的 H2、 0.10vol% 的 H2S 与 1.45vol% 的 CH； 将粗煤气经过变换单元 （3） ， 打 开副线， 使一氧化碳与氢气的体积比为 1:3.2， 将经过变换的粗煤气依次进入第一吸收塔 （4） 与第二吸收塔 （5） 中， 第二吸收塔 （5） 的吸收剂为甲醇， 温度为 -40 -70， 压力为 3635KPa 4100KPa， 进行酸性气体的吸收， 脱除硫化氢和二氧化碳后得到净煤气 ； 将净煤 气。
25、进入甲烷化单元 （6） 中在上述制备的催化剂的作用下进行甲烷化反应， 得到甲烷气体。 0028 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出， 对 于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行 若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 0029 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103160350 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103160350 A 7 。