低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法及系统，所述方法包括：(1)将低阶煤通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；(2)将步骤(1)得到的半焦产物进行气化得到富碳合成气，将富碳合成气与步骤(1)得到的热解煤气混合后分为两股，分别作为发电用合成气和化工用合成气；(3)将天然气经过重整反应得到富氢合成气；(4)将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；(5)将步骤(2)得到的发电用合成气和步骤(4)中得到的驰放气合并后用于发电。本发明专利技术首次在混合能源系统中以廉价的低阶煤取代常规煤炭，大大节省了液体燃料生产成本。

【技术实现步骤摘要】
低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法及系统
本专利技术涉及一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法及系统，本专利技术属于能源燃料和化工生产
。
技术介绍
目前，由于传统石油炼制路线生产运输燃料的诸多限制，利用替代石油资源(例如煤、天然气、生物质和煤层气等)生产满足机动车用标准的汽、柴油液体燃料将会有助于人类社会减少对于传统常规原油资源的依赖。近年来，该领域研究人员将目光投向能够实现高效的能量转换，灵活的原料配置和显著的温室气体减排效果的新型混合能源系统。一般来说，能源化工系统都会有多种原料输入(比如空气、水、化石能源等)，但混合能源系统的原料定义为:不同类型能源原料(如化石能源和可再生能源)，或同种类能源原料不同形式(如化石能源的煤和天然气)。混合能源系统是在多联产系统基础上发展而来的新型能源化工复杂系统，它不仅能够生产电力、液体燃料、化工品、热和蒸汽等多种产品，而且能整合不同类型的初级能源，其系统示意图如图1中的a。原料互补输入一般分为两种方式，比较常见的是“原料+燃料”形式，例如:天然气辅助煤联产提高联合循环发电规模(图1中的b)，这种是混合能源系统应用的初级形式，主要目的是节省燃料。还有就是“原料+原料”形式输入，这种是多原料互补的高级形式，例如:煤(或生物质)气化合成气和天然气重整合成气物理混合制取C/Η比适宜的合成气(图1中的c)，焦炉煤气和煤制合成气双气头整合输入(图1中的d)，它们实质都是富氢原料和富碳原料分别气化后按比例物理混合，实现化工用合成 气C/Η的无代价调节；此外，还有以生物质、煤、石油焦等多种原料共气化生产合成气，通过改变气化过程的压力、温度和催化剂，在共气化的过程中就能获得氢碳比适宜的合成气(图1中的e)。混合能源系统协调兼顾了能源动力、化工、环境等诸多领域问题，因而成为学科交叉的重要前沿、具有创新性与前瞻性。但是，上述目前公开报道混合能源系统均是以常规煤品种，如烟煤、无烟煤等中高质煤种为主要气化原料。而以地质储藏中比例最高的低阶煤(通常指褐煤和次烟煤)作为主要气化原料构建混合能源系统生产运输燃料和电力的过程路线还很少见报道。同时，到目前为止，还没有一种在以低阶煤为主要原料基础上构建混合能源系统，同时使得该系统的能量利用效率超过常规煤液化和煤基联合循环发电路线，同时生产成本和生命周期温室气体排放达到或超过传统石油路线水平。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法；本专利技术的另一目的在于提供一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的系统。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法，所述方法包括如下步骤:(I)将低阶煤通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；(2)将步骤(1)得到的半焦产物进行气化得到富碳合成气，将富碳合成气与步骤(I)得到的热解煤气混合后分为两股，分别作为发电用合成气和化工用合成气；(3)将天然气经过重整反应得到富氢合成气；(4)将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；(5)将步骤⑵得到的发电用合成气和步骤⑷中得到的驰放气合并后用于发电。根据本专利技术所述的方法，本专利技术步骤(1)的焦化反应为本领域常规操作，本专利技术优选反应条件为温度450°C~700°C，压力35atm~45atm，并在蒸汽和催化氧载体和加氢催化剂的作用下进行焦化反应。其中进一步优选压力为40atm。其中所述的催化氧载体为本领域所常规使用，本专利技术优选的催化氧载体选自FeSx,以及FeO、Fe2O3和Fe2O3中的一种或多种组合；本专利技术还优选所述加氢催化剂为FeSx，NiSx和MnSx中的一种或多种组合； 其中0〈x〈5。其中本专利技术进一步优选步骤(1)的焦化反应是在中低温焦化流化床反应器中进行。根据本专利技术所述的方法，本专利技术优选步骤⑴是将低阶煤先进行预处理，再通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；其中还可以优选所述的预处理包括粉碎、筛分和干燥处理；其中进一步优选预处理后煤粒度分布为50mm~200mm,湿份质量含量低于6%。根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术优选步骤(2)是将步骤(1)得到的半焦产物和生物质共同进行气化反应得到富碳合成气。本专利技术可以向步骤(1)得到的半焦产物中添加生物质共同进行气化反应，以进一步提闻物质利用效率。根据本专利技术所述的方法，本专利技术优选步骤(2)中控制生物质用量使得生物质低位热值不超过气化进料时总热值的30% ;以防止较低能量密度的生物质对现有煤气化炉及下游装置性能的损害；其中本专利技术进一步优选生物质和低阶煤进料比为每小时进料的质量比0.15~0.35。根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术步骤(2)中气化可以按照现有技术常规气化反应条件，本专利技术优选的反应条件是气化压力和温度分别是42atm和高于1500°C ；其中进一步优选气化中氧气纯度在95摩尔(mole) %以上，氧碳质量比为0.7~0.9 ;进料蒸汽的压力为42~45atm，汽碳质量比为0.6~1.0 ;其中所述的气化反应装置可以采用现有技术常规的气化反应装置，本专利技术优选的是气流床气化炉，譬如本专利技术优选的气化炉是壳牌干粉进料、氧气和蒸汽吹扫式的气流床气化炉。根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术进一步优选步骤(2)所述富碳合成气中H2和CO摩尔比为0.25~0.80 ;其中优选为0.60~0.70 ;其中还可以更优选为0.60 ；根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术进一步优选步骤(2)中可根据系统设计的化动比(化工用合成气和发电用合成气的摩尔比)来灵活调节合成气进入发电装置或费托合成装置的比例，其比例(发电用合成气和化工用合成气摩尔比)一般可设定为0.20~0.80 ；根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术进一步优选步骤(2)是将生物质先进行预处理，再和步骤(1)得到的半焦产物、热解煤气进行气化得到富碳合成气；所述预处理可以为本领域常规的预处理操作，本专利技术优选的包括粉碎、筛分和干燥处理，预处理后生物质粒度分布为30mm~100mm,湿份质量含量低于10%。其中更优选步骤(2)在气化后还包括回收显热的步骤和/或富碳合成气净化的步骤； 其中进一步优选回收显热后富碳合成气温度为250°C~350°C ;其中优选为300 0C ；其中进一步优选回收的显热用于蒸汽轮机发电。其中还可以进一步优选所述净化包括酸性气体移除步骤；本专利技术进一步优选经过酸性气体移除后富碳合成气中的硫化物含量低于30ppm ；本专利技术所述的酸性气体移除可以采用现有技术常规的酸性气体移除技术，本专利技术所进一步优选采用的酸性气体移除技术是低温甲醇洗工艺或聚乙二醇二甲醚(NHD)脱硫工艺；本专利技术进一步优选在酸性气体移除工段后还可以设置一个克劳斯/斯托克特(Claus/SCOT)工段，先利用克劳斯装置将富硫化氢的酸性气体在氧气吹扫条件下转化并回收为单质硫，接着利用斯托克特工艺将克劳斯装置排出尾气中的少量氧硫化物加氢处理还原为硫化氢返回到克劳斯装置，以便使最后排出的烟气中硫化物含量低于30ppm。根据本专利技术前面任意所述的方法，本专利技术步骤(3)的天然气和低阶煤用量可以根据实际需要而进行调节，本专利技术为了进一步优化资源配置，降低成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将低阶煤通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；优选所述的焦化反应涉及到的催化氧载体选自FeO、FeSx和Fe2O3中的一种或多种组合；加氢催化剂为FeSx，NiSx和MnSx中的一种或多种组合，0<x<5；其中还优选步骤(1)是将低阶煤先进行预处理，再通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；优选所述的预处理包括粉碎、筛分和干燥处理；(2)将步骤(1)得到的半焦产物进行气化反应得到富碳合成气；将得到的富碳合成气与步骤(1)得到的热解煤气混合后分为两股，分别作为发电用合成气和化工用合成气；优选所述发电用合成气和化工用合成气的摩尔比为0.2～0.8；还优选富碳合成气中H2和CO摩尔比为0.25～0.80，更优选为0.60～0.70，最优选为0.60；(3)将天然气经过重整反应得到富氢合成气；优选所述富氢合成气中H2和CO摩尔比为2.0～5.0，优选为3；(4)将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；优选将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后H2和CO摩尔比为0.67～2.0；还优选费托反应条件为温度210℃～250℃或310℃～370℃，压力20atm～30atm；还优选步骤(3)将其中5％～20％的富氢合成气分流并依次进入合成气变换单元和变压力吸附单元制取氢气，然后再将剩余的富氢合成气和步骤(2)的化工用合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；其中优选氢气纯度为99.0％～99.9％；其中还优选所述氢气作为合成油精制装置的炼厂氢气；(5)将步骤(2)得到的发电用合成气和步骤(4)中得到的驰放气合并后用于发电。...

【技术特征摘要】
1.一种低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)将低阶煤通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；优选所述的焦化反应涉及到的催化氧载体选自FeO、FeSx和Fe2O3中的一种或多种组合；加氢催化剂为FeSx,NiSj^PMnSx中的一种或多种组合，0〈x〈5 ;其中还优选步骤(1)是将低阶煤先进行预处理，再通过焦化反应得到半焦产物、热解煤气和煤基合成油；优选所述的预处理包括粉碎、筛分和干燥处理； (2)将步骤(1)得到的半焦产物进行气化反应得到富碳合成气；将得到的富碳合成气与步骤(1)得到的热解煤气混合后分为两股，分别作为发电用合成气和化工用合成气；优选所述发电用合成气和化工用合成气的摩尔比为0.2~0.8 ;还优选富碳合成气中H2和CO摩尔比为0.25~0.80，更优选为0.60~0.70，最优选为0.60 ； (3)将天然气经过重整反应得到富氢合成气；优选所述富氢合成气中仏和⑶摩尔比为2.0~5.0，优选为3 ； (4)将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；优选将步骤(2)的化工用合成气和步骤(3)的富氢合成气混合后H2和CO摩尔比为0.67~2.0 ;还优选费托反应条件为温度210°C~250°C或310°C~370°C，压力20atm~30atm ;还优选步骤(3)将其中5%~20%的富氢合成气分流并依次进入合成气变换单元和变压力吸附单元制取氢气，然后再将剩余的富氢合成气和步骤(2)的化工用合成气混合后经过费托反应得到液体燃料和驰放气；其中优选氢气纯度为99.0%~99.9% ;其中还优选所述氢气作为合成油精制装置的炼厂氢气； (5)将步骤(2)得到的发电用合成气和步骤(4)中得到的驰放气合并后用于发电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)是将步骤(1)得到的半焦产物和生物质共同进行气化反应得到富碳合成气，其中优选控制生物质用量使得生物质低位热值不超过共气化进料时总热值的30% ;更优选生物质和低阶煤的进料的质量比为0.15~0.35。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)是将生物质先进行预处理，再和步骤(1)得到的半焦产物、热解煤气进行气化得到富碳合成气；优选生物质预处理后预处理后生物质粒度分布为30mm~100mm,湿份质量含量低于10% ;更优选步骤(2)在气化后还包括回收显热的步骤和/或富碳合成气净化的步骤；优选回收显热后富碳合成气温度为250°C~350°C，更优...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯霄，何畅，邓春，王彧斐，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11