低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法及系統(tǒng)，所述方法包括：(1)將低階煤通過(guò)焦化反應(yīng)得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油；(2)將步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物進(jìn)行氣化得到富碳合成氣，將富碳合成氣與步驟(1)得到的熱解煤氣混合后分為兩股，分別作為發(fā)電用合成氣和化工用合成氣；(3)將天然氣經(jīng)過(guò)重整反應(yīng)得到富氫合成氣；(4)將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的富氫合成氣混合后經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣；(5)將步驟(2)得到的發(fā)電用合成氣和步驟(4)中得到的馳放氣合并后用于發(fā)電。本發(fā)明首次在混合能源系統(tǒng)中以廉價(jià)的低階煤取代常規(guī)煤炭，大大節(jié)省了液體燃料生產(chǎn)成本。
【專利說(shuō)明】低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法及系統(tǒng)，本發(fā)明屬于能源燃料和化工生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于傳統(tǒng)石油煉制路線生產(chǎn)運(yùn)輸燃料的諸多限制，利用替代石油資源(例如煤、天然氣、生物質(zhì)和煤層氣等)生產(chǎn)滿足機(jī)動(dòng)車(chē)用標(biāo)準(zhǔn)的汽、柴油液體燃料將會(huì)有助于人類社會(huì)減少對(duì)于傳統(tǒng)常規(guī)原油資源的依賴。近年來(lái)，該領(lǐng)域研究人員將目光投向能夠?qū)崿F(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換，靈活的原料配置和顯著的溫室氣體減排效果的新型混合能源系統(tǒng)。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，能源化工系統(tǒng)都會(huì)有多種原料輸入(比如空氣、水、化石能源等)，但混合能源系統(tǒng)的原料定義為:不同類型能源原料(如化石能源和可再生能源)，或同種類能源原料不同形式(如化石能源的煤和天然氣)。混合能源系統(tǒng)是在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新型能源化工復(fù)雜系統(tǒng)，它不僅能夠生產(chǎn)電力、液體燃料、化工品、熱和蒸汽等多種產(chǎn)品，而且能整合不同類型的初級(jí)能源，其系統(tǒng)示意圖如圖1中的a。原料互補(bǔ)輸入一般分為兩種方式，比較常見(jiàn)的是“原料+燃料”形式，例如:天然氣輔助煤聯(lián)產(chǎn)提高聯(lián)合循環(huán)發(fā)電規(guī)模(圖1中的b)，這種是混合能源系統(tǒng)應(yīng)用的初級(jí)形式，主要目的是節(jié)省燃料。還有就是“原料+原料”形式輸入，這種是多原料互補(bǔ)的高級(jí)形式，例如:煤(或生物質(zhì))氣化合成氣和天然氣重整合成氣物理混合制取C/Η比適宜的合成氣(圖1中的c)，焦?fàn)t煤氣和煤制合成氣雙氣頭整合輸入(圖1中的d)，它們實(shí)質(zhì)都是富氫原料和富碳原料分別氣化后按比例物理混合，實(shí)現(xiàn)化工用合成 氣C/Η的無(wú)代價(jià)調(diào)節(jié)；此外，還有以生物質(zhì)、煤、石油焦等多種原料共氣化生產(chǎn)合成氣，通過(guò)改變氣化過(guò)程的壓力、溫度和催化劑，在共氣化的過(guò)程中就能獲得氫碳比適宜的合成氣(圖1中的e)?；旌夏茉聪到y(tǒng)協(xié)調(diào)兼顧了能源動(dòng)力、化工、環(huán)境等諸多領(lǐng)域問(wèn)題，因而成為學(xué)科交叉的重要前沿、具有創(chuàng)新性與前瞻性。
[0004]但是，上述目前公開(kāi)報(bào)道混合能源系統(tǒng)均是以常規(guī)煤品種，如煙煤、無(wú)煙煤等中高質(zhì)煤種為主要?dú)饣?。而以地質(zhì)儲(chǔ)藏中比例最高的低階煤(通常指褐煤和次煙煤)作為主要?dú)饣蠘?gòu)建混合能源系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)輸燃料和電力的過(guò)程路線還很少見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，到目前為止，還沒(méi)有一種在以低階煤為主要原料基礎(chǔ)上構(gòu)建混合能源系統(tǒng)，同時(shí)使得該系統(tǒng)的能量利用效率超過(guò)常規(guī)煤液化和煤基聯(lián)合循環(huán)發(fā)電路線，同時(shí)生產(chǎn)成本和生命周期溫室氣體排放達(dá)到或超過(guò)傳統(tǒng)石油路線水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法；
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的系統(tǒng)。
[0007]為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法，所述方法包括如下步驟:
[0008](I)將低階煤通過(guò)焦化反應(yīng)得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油；[0009](2)將步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物進(jìn)行氣化得到富碳合成氣，將富碳合成氣與步驟
(I)得到的熱解煤氣混合后分為兩股，分別作為發(fā)電用合成氣和化工用合成氣；
[0010](3)將天然氣經(jīng)過(guò)重整反應(yīng)得到富氫合成氣；
[0011](4)將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的富氫合成氣混合后經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣；
[0012](5)將步驟⑵得到的發(fā)電用合成氣和步驟⑷中得到的馳放氣合并后用于發(fā)電。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，本發(fā)明步驟(1)的焦化反應(yīng)為本領(lǐng)域常規(guī)操作，本發(fā)明優(yōu)選反應(yīng)條件為溫度450°C~700°C，壓力35atm~45atm，并在蒸汽和催化氧載體和加氫催化劑的作用下進(jìn)行焦化反應(yīng)。
[0014]其中進(jìn)一步優(yōu)選壓力為40atm。
[0015]其中所述的催化氧載體為本領(lǐng)域所常規(guī)使用，本發(fā)明優(yōu)選的催化氧載體選自FeSx,以及FeO、Fe2O3和Fe2O3中的一種或多種組合；
[0016]本發(fā)明還優(yōu)選所述加氫催化劑為FeSx，NiSx和MnSx中的一種或多種組合； [0017]其中0〈x〈5。
[0018]其中本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(1)的焦化反應(yīng)是在中低溫焦化流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟⑴是將低階煤先進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)焦化反應(yīng)得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油；
[0020]其中還可以優(yōu)選所述的預(yù)處理包括粉碎、篩分和干燥處理；
[0021]其中進(jìn)一步優(yōu)選預(yù)處理后煤粒度分布為50mm~200mm,濕份質(zhì)量含量低于6%。
[0022]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟(2)是將步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物和生物質(zhì)共同進(jìn)行氣化反應(yīng)得到富碳合成氣。
[0023]本發(fā)明可以向步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物中添加生物質(zhì)共同進(jìn)行氣化反應(yīng)，以進(jìn)一步提聞物質(zhì)利用效率。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟(2)中控制生物質(zhì)用量使得生物質(zhì)低位熱值不超過(guò)氣化進(jìn)料時(shí)總熱值的30% ;以防止較低能量密度的生物質(zhì)對(duì)現(xiàn)有煤氣化爐及下游裝置性能的損害；
[0025]其中本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選生物質(zhì)和低階煤進(jìn)料比為每小時(shí)進(jìn)料的質(zhì)量比0.15~0.35。
[0026]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明步驟(2)中氣化可以按照現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)氣化反應(yīng)條件，本發(fā)明優(yōu)選的反應(yīng)條件是氣化壓力和溫度分別是42atm和高于1500°C ；
[0027]其中進(jìn)一步優(yōu)選氣化中氧氣純度在95摩爾(mole) %以上，氧碳質(zhì)量比為0.7~
0.9 ;進(jìn)料蒸汽的壓力為42~45atm，汽碳質(zhì)量比為0.6~1.0 ;
[0028]其中所述的氣化反應(yīng)裝置可以采用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的氣化反應(yīng)裝置，本發(fā)明優(yōu)選的是氣流床氣化爐，譬如本發(fā)明優(yōu)選的氣化爐是殼牌干粉進(jìn)料、氧氣和蒸汽吹掃式的氣流床氣化爐。
[0029]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(2)所述富碳合成氣中H2和CO摩爾比為0.25~0.80 ;其中優(yōu)選為0.60~0.70 ;其中還可以更優(yōu)選為0.60 ；
[0030]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(2)中可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的化動(dòng)比(化工用合成氣和發(fā)電用合成氣的摩爾比)來(lái)靈活調(diào)節(jié)合成氣進(jìn)入發(fā)電裝置或費(fèi)托合成裝置的比例，其比例(發(fā)電用合成氣和化工用合成氣摩爾比)一般可設(shè)定為0.20~
0.80 ；
[0031]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(2)是將生物質(zhì)先進(jìn)行預(yù)處理，再和步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物、熱解煤氣進(jìn)行氣化得到富碳合成氣；
[0032]所述預(yù)處理可以為本領(lǐng)域常規(guī)的預(yù)處理操作，本發(fā)明優(yōu)選的包括粉碎、篩分和干燥處理，預(yù)處理后生物質(zhì)粒度分布為30mm~100mm,濕份質(zhì)量含量低于10%。
[0033]其中更優(yōu)選步驟(2)在氣化后還包括回收顯熱的步驟和/或富碳合成氣凈化的步驟； [0034]其中進(jìn)一步優(yōu)選回收顯熱后富碳合成氣溫度為250°C~350°C ;其中優(yōu)選為300 0C ；
[0035]其中進(jìn)一步優(yōu)選回收的顯熱用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
[0036]其中還可以進(jìn)一步優(yōu)選所述凈化包括酸性氣體移除步驟；
[0037]本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選經(jīng)過(guò)酸性氣體移除后富碳合成氣中的硫化物含量低于30ppm ；
[0038]本發(fā)明所述的酸性氣體移除可以采用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的酸性氣體移除技術(shù)，本發(fā)明所進(jìn)一步優(yōu)選采用的酸性氣體移除技術(shù)是低溫甲醇洗工藝或聚乙二醇二甲醚(NHD)脫硫工藝；
[0039]本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選在酸性氣體移除工段后還可以設(shè)置一個(gè)克勞斯/斯托克特(Claus/SCOT)工段，先利用克勞斯裝置將富硫化氫的酸性氣體在氧氣吹掃條件下轉(zhuǎn)化并回收為單質(zhì)硫，接著利用斯托克特工藝將克勞斯裝置排出尾氣中的少量氧硫化物加氫處理還原為硫化氫返回到克勞斯裝置，以便使最后排出的煙氣中硫化物含量低于30ppm。
[0040]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明步驟(3)的天然氣和低階煤用量可以根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行調(diào)節(jié)，本發(fā)明為了進(jìn)一步優(yōu)化資源配置，降低成本，所優(yōu)選的是，天然氣和低階煤每小時(shí)質(zhì)量用量比為0.10~0.30 ;
[0041]其中還可以更進(jìn)一步優(yōu)選為0.15~0.20。
[0042]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟(3)所述重整反應(yīng)的反應(yīng)條件為 600O~1000O，壓力 20atm ~25atm ；
[0043]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(3)中所述富氫合成氣中H2和CO摩爾比為2.0~5.0 ;更優(yōu)選為3。
[0044]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟(4)將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的富氫合成氣混合后混合氣中的H2和CO摩爾比為0.67~2.0 ;
[0045]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明還優(yōu)選步驟(4)的費(fèi)托反應(yīng)條件為溫度210O~250O或者 310O~370O，壓力 20atm ~30atm ；
[0046]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明優(yōu)選步驟(4)是經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)后進(jìn)行煉制得到液體燃料；
[0047]其中優(yōu)選所述液體燃料為汽油和柴油。
[0048]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(4)中煉制后得到的碳原子數(shù)為4以內(nèi)的輕烴與步驟(3)的天然氣混合進(jìn)行重整反應(yīng)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，步驟(5)是將步驟(2)得到的發(fā)電用合成氣和步驟(4)中得到的馳放氣合并后燃燒發(fā)電。
[0050]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選步驟(3)中將其中所述的富氫合成氣的5%~20%分流并依次進(jìn)入合成氣變換單元和變壓力吸附單元制取氫氣；步驟
(4)再將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的剩余的富氫合成氣混合后經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣；
[0051]其中進(jìn)一步優(yōu)選所制取的氫氣純度為99.0 %~99.9% ;
[0052]其中還優(yōu)選所制取的氫氣作為合成油精制裝置的煉廠氫氣。
[0053]根據(jù)本發(fā)明前面所述的方法，所述的低階煤為褐煤和/或次煙煤；
[0054]所述的生物質(zhì)為芒草；
[0055]所述的天然氣為常規(guī)管道天然氣。
[0056]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的方法，步驟(1)的焦化反應(yīng)、步驟(2)的氣化反應(yīng)、步驟(3)的重整反應(yīng)和步驟(4)的費(fèi)托反應(yīng)中生成的蒸汽用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電；發(fā)電產(chǎn)生的蒸汽用于步驟(1)的低階煤的焦化反應(yīng)、步驟(2)的半焦產(chǎn)物和熱解煤氣的氣化、以及步驟
(3)的天然氣的重整反應(yīng)。
[0057]另一方面，本發(fā)明還提供了一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:半焦氣化子系統(tǒng) 1、天然氣重整子系統(tǒng)2、低階煤焦化子系統(tǒng)3、液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)4和動(dòng)力子系統(tǒng)5 ;其中低階煤焦化子系統(tǒng)3用于將低階煤焦化得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油，其中的半焦產(chǎn)物和熱解煤氣輸送到半焦氣化子系統(tǒng)I用于合成富碳合成氣，富碳合成氣被分成發(fā)電用合成氣和化工用合成氣，其中的化工用合成氣和天然氣重整子系統(tǒng)2得到的富氫合成氣混合并輸送到液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)4經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣，馳放氣和發(fā)電用合成氣被輸送到動(dòng)力子系統(tǒng)5中用于發(fā)電；
[0058]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明優(yōu)選所述半焦氣化子系統(tǒng)I包括氣化反應(yīng)裝置12 ；
[0059]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的氣化反應(yīng)裝置可以為現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的氣化反應(yīng)裝置，本發(fā)明優(yōu)選的是氣流床氣化爐；
[0060]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選所述半焦氣化子系統(tǒng)I還包括粗合成氣顯熱回收裝置13、氣體潔凈處理裝置14和空氣分離裝置15中的一種或幾種；
[0061]其中所述的空氣分離裝置用于生產(chǎn)純氧；
[0062]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的顯熱回收裝置可以采用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的顯熱回收裝置，本發(fā)明優(yōu)選的包括冷水激冷裝置或輻射對(duì)流熱交換器/廢熱鍋爐組合裝置，以便將粗合成氣降溫到300°C并回收熱量；
[0063]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的氣體潔凈處理裝置可以為現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的氣體潔凈處理裝置，譬如本發(fā)明優(yōu)選采用的是低溫甲醇洗設(shè)備或NHD脫硫設(shè)備；
[0064]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，在氣體潔凈處理裝置后還可以設(shè)置一個(gè)克勞斯/斯托克特(Claus/SCOT)單元，以便使煙氣排放達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)并回收其中的單質(zhì)硫；
[0065]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明還可以進(jìn)一步優(yōu)選在所述的氣體潔凈處理裝置中設(shè)置一個(gè)高/中/低三級(jí)壓力的二氧化碳解析和壓縮裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的捕捉。
[0066]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選所述半焦氣化子系統(tǒng)I還包括生物質(zhì)預(yù)處理裝置11。[0067]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明優(yōu)選所述天然氣重整子系統(tǒng)2包括天然氣重整裝置21、合成氣變換裝置22和變壓吸附裝置23 ；
[0068]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的天然氣重整裝置可以為現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的重整裝置，本發(fā)明優(yōu)選的是天然氣自熱重整裝置或蒸汽重整裝置；
[0069]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明優(yōu)選所述低階煤焦化子系統(tǒng)3包括焦化反應(yīng)器31 ；
[0070]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的焦化反應(yīng)器可以為現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)焦化反應(yīng)器，本發(fā)明優(yōu)選的是流化床反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器。
[0071]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，本發(fā)明優(yōu)選所述低階煤焦化子系統(tǒng)3還包括低階煤預(yù)處理裝置32和油分離回收器33;
[0072]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，其中優(yōu)選所述液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)4包括費(fèi)托反應(yīng)裝置41 ；
[0073]根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，所述的費(fèi)托反應(yīng)裝置為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，本發(fā)明優(yōu)選的是漿流床費(fèi)托反應(yīng)器。
[0074]其中進(jìn)一步優(yōu)選所述液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)4還包括氣體混合裝置42和煉制裝置43。
[0075]綜上所述，本發(fā)明提供了一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0076](I)首次在混合能源系統(tǒng)中以廉價(jià)的低階煤取代常規(guī)煤炭，大大節(jié)省了液體燃料生產(chǎn)成本。
[0077](2)在半焦氣化過(guò)程摻雜一定比例的生物質(zhì)來(lái)氣化來(lái)降低系統(tǒng)的全生命周期溫室氣體排放。
[0078](3)根據(jù)費(fèi)托合成原料氣的生產(chǎn)要求將天然氣基富氫合成氣與半焦/生物質(zhì)基富碳合成氣按一定比例混合，免去了傳統(tǒng)煤基液體燃料生產(chǎn)過(guò)程中的變換流程，降低了系統(tǒng)能耗。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0079]圖1為現(xiàn)有技術(shù)混合能源系統(tǒng)示意圖，其中a、b、c、d和e為五種不同的混合能源示意圖；
[0080]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的系統(tǒng)框架示意圖；
[0081]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的系統(tǒng)詳細(xì)示意圖；
[0082]其中I為半焦氣化子系統(tǒng)、2為天然氣重整子系統(tǒng)、3為低階煤焦化子系統(tǒng)、4為液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)、5為動(dòng)力子系統(tǒng)；
[0083]11為生物質(zhì)預(yù)處理裝置、12為氣化反應(yīng)裝置、13為粗合成氣顯熱回收裝置、14為氣體潔凈處理裝置、15為空氣分離裝置、16為CO2捕集裝置；
[0084]21為天然氣重整裝置、22為合成氣變換裝置、23為壓力吸附裝置；
[0085]31為焦化反應(yīng)器、32為低階煤預(yù)處理裝置、33為油分離回收器；
[0086]41為費(fèi)托反應(yīng)裝置、42為氣體混合裝置、43為煉制裝置?！揪唧w實(shí)施方式】
[0087]以下通過(guò)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)，不作為對(duì)本案可實(shí)施范圍的限定。
[0088]本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)圖請(qǐng)參見(jiàn)圖2、圖3，本發(fā)明實(shí)施例1、2可以共用圖2、圖3，其中實(shí)施例1未添加生物質(zhì)；實(shí)施例2添加了生物質(zhì)；其余物料流程二者相同。本發(fā)明提供的以低階煤和天然氣聯(lián)供制汽、柴油的混合能源系統(tǒng)主要包括以下五個(gè)子系統(tǒng):半焦氣化子系統(tǒng)1，天然氣重整子系統(tǒng)2，低階煤焦化子系統(tǒng)3，液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)4和動(dòng)力子系統(tǒng)5。SI至S15表示主干物流，指生物質(zhì)S1、低階煤S2、天然氣S3、富碳合成氣S4、半焦S5、熱解煤氣S6、富氫合成氣S7、煉廠氫氣S8、發(fā)電用合成氣S9、化工用合成氣S10、煤基合成油S11、原料合成氣S12、汽、柴油S13、弛放氣S14、電S15和輕烴S16。Vl至V3為各單元產(chǎn)生的蒸汽，送往發(fā)電工段的蒸汽輪機(jī)，V4至V6分別為焦化用中壓蒸汽、氣化用高壓蒸汽和天然氣重整用中壓力蒸汽。
[0089]實(shí)施例1
[0090]低階煤原料S2 (元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)經(jīng)低階煤預(yù)處理裝置32預(yù)處理為平均粒度50mm，含水量5wt%后，被送住焦化反應(yīng)器31 (中低溫焦化流化床反應(yīng)器)中，反應(yīng)溫度為500°C~600°C，壓力40atm，并在鐵系氧載體FeO和中壓(40atm)蒸汽作用下，發(fā)生初步的焦化反應(yīng)生成半焦S5、煤焦油、熱解煤氣S6和水，見(jiàn)式(I)所示。但其中煤焦油里面含有大量重質(zhì)組分，如稠環(huán)芳烴、不飽和烯烴和酚類，C/Η較高(1.0~1.5)。在焦化爐中加入一定量的FeS催化劑，可以進(jìn)一步使焦化生產(chǎn)的煤焦油在熱解爐中的40atm的高壓氛圍中與熱解產(chǎn)生高反應(yīng)活性的氫氣(見(jiàn)式I)進(jìn)一步發(fā)生加氫反應(yīng)并經(jīng)過(guò)油分離回收器得到煤基合成油S9，見(jiàn)式(2)。
[0091]
【權(quán)利要求】
1.一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)將低階煤通過(guò)焦化反應(yīng)得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油；優(yōu)選所述的焦化反應(yīng)涉及到的催化氧載體選自FeO、FeSx和Fe2O3中的一種或多種組合；加氫催化劑為FeSx,NiSj^PMnSx中的一種或多種組合，0〈x〈5 ;其中還優(yōu)選步驟(1)是將低階煤先進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)焦化反應(yīng)得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油；優(yōu)選所述的預(yù)處理包括粉碎、篩分和干燥處理； (2)將步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物進(jìn)行氣化反應(yīng)得到富碳合成氣；將得到的富碳合成氣與步驟(1)得到的熱解煤氣混合后分為兩股，分別作為發(fā)電用合成氣和化工用合成氣；優(yōu)選所述發(fā)電用合成氣和化工用合成氣的摩爾比為0.2~0.8 ;還優(yōu)選富碳合成氣中H2和CO摩爾比為0.25~0.80，更優(yōu)選為0.60~0.70，最優(yōu)選為0.60 ； (3)將天然氣經(jīng)過(guò)重整反應(yīng)得到富氫合成氣；優(yōu)選所述富氫合成氣中仏和⑶摩爾比為2.0~5.0，優(yōu)選為3 ； (4)將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的富氫合成氣混合后經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣；優(yōu)選將步驟(2)的化工用合成氣和步驟(3)的富氫合成氣混合后H2和CO摩爾比為0.67~2.0 ;還優(yōu)選費(fèi)托反應(yīng)條件為溫度210°C~250°C或310°C~370°C，壓力20atm~30atm ;還優(yōu)選步驟(3)將其中5%~20%的富氫合成氣分流并依次進(jìn)入合成氣變換單元和變壓力吸附單元制取氫氣，然后再將剩余的富氫合成氣和步驟(2)的化工用合成氣混合后經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣；其中優(yōu)選氫氣純度為99.0%~99.9% ;其中還優(yōu)選所述氫氣作為合成油精制裝置的煉廠氫氣； (5)將步驟(2)得到的發(fā)電用合成氣和步驟(4)中得到的馳放氣合并后用于發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)是將步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物和生物質(zhì)共同進(jìn)行氣化反應(yīng)得到富碳合成氣，其中優(yōu)選控制生物質(zhì)用量使得生物質(zhì)低位熱值不超過(guò)共氣化進(jìn)料時(shí)總熱值的30% ;更優(yōu)選生物質(zhì)和低階煤的進(jìn)料的質(zhì)量比為0.15~0.35。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)是將生物質(zhì)先進(jìn)行預(yù)處理，再和步驟(1)得到的半焦產(chǎn)物、熱解煤氣進(jìn)行氣化得到富碳合成氣；優(yōu)選生物質(zhì)預(yù)處理后預(yù)處理后生物質(zhì)粒度分布為30mm~100mm,濕份質(zhì)量含量低于10% ;更優(yōu)選步驟(2)在氣化后還包括回收顯熱的步驟和/或富碳合成氣凈化的步驟；優(yōu)選回收顯熱后富碳合成氣溫度為250°C~350°C，更優(yōu)選為300°C;還優(yōu)選所述凈化包括酸性氣體移除步驟；優(yōu)選其中回收的顯熱用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(4)是經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)后進(jìn)行煉制得到液體燃料，優(yōu)選所述液體燃料為汽油和柴油；更優(yōu)選煉制后得到的碳原子數(shù)為4以內(nèi)的輕烴與步驟(3)的天然氣混合進(jìn)行重整反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(5)是將步驟(2)得到的發(fā)電用合成氣和步驟(4)中得到的馳放氣合并后燃燒發(fā)電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的低階煤為褐煤和/或次煙煤，所述的生物質(zhì)為芒草。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(1)的焦化反應(yīng)、步驟(2)的氣化反應(yīng)、步驟(3)的重整反應(yīng)和步驟(4)的費(fèi)托反應(yīng)中生成的蒸汽用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電；發(fā)電產(chǎn)生的蒸汽用于步驟(1)的低階煤的焦化反應(yīng)、步驟(2)的半焦產(chǎn)物和熱解煤氣的氣化、以及步驟(3)的天然氣的重整反應(yīng)。
8.一種低階煤和天然氣制備液體燃料和電的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:半焦氣化子系統(tǒng)(I)、天然氣重整子系統(tǒng)(2)、低階煤焦化子系統(tǒng)(3)、液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)(4)和動(dòng)力子系統(tǒng)(5);其中低階煤焦化子系統(tǒng)(3)用于將低階煤焦化得到半焦產(chǎn)物、熱解煤氣和煤基合成油，其中的半焦產(chǎn)物和熱解煤氣輸送到半焦氣化子系統(tǒng)(I)用于合成富碳合成氣，富碳合成氣被分成發(fā)電用合成氣和化工用合成氣，其中的化工用合成氣和天然氣重整子系統(tǒng)(2)得到的富氫合成氣混合并輸送到液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)(4)經(jīng)過(guò)費(fèi)托反應(yīng)得到液體燃料和馳放氣，馳放氣和發(fā)電用合成氣被輸送到動(dòng)力子系統(tǒng)(5)中用于發(fā)電； 其中優(yōu)選所述半焦氣化子系統(tǒng)(I)包括氣化反應(yīng)裝置(12);更優(yōu)選還包括粗合成氣顯熱回收裝置(13)、氣體潔凈處理裝置(14)和空氣分離裝置(15)中的一種或幾種；還優(yōu)選所述半焦氣化子系統(tǒng)(I)包括生物質(zhì)預(yù)處理裝置(11)； 其中優(yōu)選所述天然氣重整子系統(tǒng)(2)包括天然氣重整裝置(21)、合成氣變換裝置(22)和變壓吸附裝置(23)； 其中優(yōu)選所述低階煤焦化子系統(tǒng)(3)包括焦化反應(yīng)器(31)，更優(yōu)選還包括低階煤預(yù)處理裝置(32)和油分離回收器(33)； 其中優(yōu)選所述液體燃料生產(chǎn)子系統(tǒng)(4)包括費(fèi)托反應(yīng)裝置(41)，更優(yōu)選還包括氣體混合裝置(42)和煉制裝置( 43)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣化反應(yīng)裝置為氣流床氣化爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的粗合成氣顯熱回收裝置包括冷水激冷裝置或輻射對(duì)流熱交換器/廢熱鍋爐組合裝置。
【文檔編號(hào)】C10J3/60GK103992811SQ201410213443
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】馮霄, 何暢, 鄧春, 王彧斐 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)