阅读说明：本技术 一种将煤转化为气体的方法 (Method for converting coal into gas ) 是由 魏廷锦 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤资源转化为可燃气体进行高效利用的领域,提出了一种将煤转化为气体的方法；一种将煤转化为气体的方法,具体包含以下步骤：高温氢气和超细煤粉引入第一反应器,在高温环境下,超细煤粉发生热粉碎和脱挥发分,从第一反应器的产物中分离出甲烷和焦流,纯化富含甲烷的气体,将焦流引入第二反应器中并在高温下与氧气和蒸汽反应以形成合成气,除去炭的残余物,然后将处理后的合成气与蒸汽发生催化反应,其中CO与蒸汽反应产生H<Sub>2</Sub>,对H<Sub>2</Sub>进行处理,除去合成气中酸性气体并加入第一反应器中使其中加入的超细煤粉直接甲烷化,其目的是通过在高温环境下,将超细煤粉与高纯度的氢气进行反应,高效产出可利用的清洁燃料。(The invention belongs to the field of high-efficiency utilization of coal resources converted into combustible gas, and provides a method for converting coal into gas; a method for converting coal to gas, comprising the steps of: introducing high temperature hydrogen and ultra fine coal fines into a first reactor, thermally pulverizing and devolatilizing the ultra fine coal fines in a high temperature environment, separating methane and a char stream from the product of the first reactor, purifying the methane rich gas, introducing the char stream into a second reactor and reacting with oxygen and steam at high temperature to form a syngas, removing char residue, and catalytically reacting the treated syngas with steam, wherein CO reacts with steam to produce H 2 To H 2 The method comprises the steps of treating, removing acid gas in the synthesis gas, adding the synthesis gas into a first reactor to enable superfine coal powder added into the first reactor to be directly methanated, and reacting the superfine coal powder with high-purity hydrogen in a high-temperature environment to efficiently produce the available clean fuel.)

一种将煤转化为气体的方法

技术领域

本发明属于煤资源转化为可燃气体进行高效利用的领域，提出了一种将煤转化为气体的方法。

背景技术

煤炭的直接燃烧会带来严重的环境问题，如生成二氧化硫、一氧化硫等有害气体，大量的有害气体在高空聚集会导致酸雨形成，严重危害建筑物、农作物及人类的身体健康。用直接燃烧的方法不可能充分利用煤炭资源，炉烟带走大量的热量，炉渣中仍含有没有燃烧充分的炭，目前这些问题无法得到经济有效的解决，于是本发明提出了一种将煤炭转化为洁净的气体燃料然后在加以使用，煤炭气化后生成的可燃性气体经燃烧后只会生成水、二氧化碳，大大减轻了煤炭利用给环境带来的压力，可以说这种煤炭转化为气体的方法可以作为未来洁净利用的基础。煤炭的气化过程只生成少量的二氧化碳和水，大部分的煤炭都转化为可燃性气体，大大提高了煤炭利用效率，气体与空气更容易充分混合接触，燃烧的更加充分可以提供热效率，更加高效环保。

目前将煤转化为气体的处理方式是利用传统的物理方式进行操作，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重，为了帮助满足日益增长的清洁燃料需求，因此开发一种可高效利用能源、环保节能、低成本的煤转化为气体的技术是势在必行的。

发明内容

本发明提出了一种将煤转化为气体的方法，其目的是通过在高温环境下，将超细煤粉与高纯度的氢气进行反应，高效产出可利用的清洁燃料。

本发明是通过以下步骤来实现的：

一种将煤转化为气体的方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）将高温氢气和超细煤粉引入第一反应器，加热第一反应器使其保持高温，在高温环境下，第一反应器中的产物有H₂、CO、N₂、CO₂、H₂S、H₂O、亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，超细煤粉发生热粉碎和脱挥发分，其中产生的亚微米焦炭颗粒与氢气发生放热反应；

（2）然后从第一反应器中的产物中处理气体以除去C0₂和H₂S，并进一步处理被排出的酸性气体，将硫转化为其元素形式；将第一反应器中的产物通过过滤器和分离器分离亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，对亚微米焦炭颗粒进行焦流处理，从富含烃的气体中分离出甲烷，纯化甲烷，进行干燥后作为燃料气体；

（3）将第一反应器分离的焦流引入第二反应器中并在高温下与氧气和蒸汽反应以形成合成气，从合成气中除去含炭的残余物，最终合成气和蒸汽发生催化反应，其中CO与蒸汽发生放热反应产生H₂，对H₂进行处理，并除去最终合成气中的酸性气体，并高温下加入第一反应器中以使其中加入的超细煤粉直接甲烷化。

优选地，所述超细煤粉为小于等于直径为4微米的超细煤粉，亚微米焦炭颗粒小于等于1/100微米。

优选地，所述第二反应器中的合成气含有H₂、CO、N₂、CO₂和H₂O，产生的最终合成气作为第一反应器中使用的氢源。

优选地，所述第一反应器的高温为700℃~1200℃。

优选地，所述第一反应器的加热由电感应线圈进行快速加热或者引入高温氢气。

优选地，所述高温气体为100℃的氢气。

优选地，所述在引入超细煤粉前预先除去超细煤粉中包括黄铁矿硫的无机材料。

本发明具有的优点包括：

（1）通过将超细煤粉与氢气进行放热反应，使直接产生的甲烷量最大化，因此与传统工艺相比，该发明提高了超细煤粉的热效率；

（2）超细煤粉和亚微米焦炭颗粒的高反应性，系统的操作压力可低于替代气化过程所需的操作压力；

（3）可以使用任何类型的煤，将超细煤颗粒中含量较高的硫与反应器中的废气充分接触，极大程度上促进气体净化，将硫转化为元素形式，减少污染物的排出。

附图说明

图1为煤转化为气体的流程图。

具体实施方式

实施例1

一种将煤转化为气体的方法，图1为该方法的流程图，具体包含以下步骤：将高温氢气和超细煤粉引入第一反应器，加热第一反应器使其保持高温，在高温环境下，第一反应器中的产物有H₂、CO、N₂、CO₂、H₂S、H₂O、亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，超细煤粉发生热粉碎和脱挥发分，其中产生的亚微米焦炭颗粒与氢气发生放热反应；然后从第一反应器中的产物中处理气体以除去C0₂和H₂S，并进一步处理被排出的酸性气体，将硫转化为其元素形式；将第一反应器中的产物通过过滤器和分离器分离亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，对亚微米焦炭颗粒进行焦流处理，从富含烃的气体中分离出甲烷，纯化甲烷，进行干燥后作为燃料气体；将第一反应器分离的焦流引入第二反应器中并在高温下与氧气和蒸汽反应以形成合成气，从合成气中除去含炭的残余物，最终合成气和蒸汽发生催化反应，其中CO与蒸汽发生放热反应产生H₂，对H₂进行处理，并除去最终合成气中的酸性气体，并高温下加入第一反应器中以使其中加入的超细煤粉直接甲烷化。

实施例2

一种将煤转化为气体的方法，具体包含以下步骤：引入超细煤粉前预先除去超细煤粉中包括黄铁矿硫的无机材料，然后将高温氢气和超细煤粉引入第一反应器，由电感应线圈进行快速加热，使第一反应器保持高温，在高温700℃~1200℃的环境下，第一反应器中的产物有H₂、CO、N₂、CO₂、H₂S、H₂O、亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，超细煤粉为小于等于直径为4微米的超细煤粉，亚微米焦炭颗粒小于等于1/100微米，超细煤粉发生热粉碎和脱挥发分，其中产生的亚微米焦炭颗粒与氢气发生放热反应；然后从第一反应器中的产物中处理气体以除去C0₂和H₂S，并进一步处理被排出的酸性气体，将硫转化为其元素形式；将第一反应器中的产物通过过滤器和分离器分离亚微米焦炭颗粒和富含烃的气体，对亚微米焦炭颗粒进行焦流处理，从富含烃的气体中分离出甲烷，纯化甲烷，进行干燥后作为燃料气体；将第一反应器分离的焦流引入第二反应器中并在高温下与氧气和蒸汽反应以形成合成气，合成气含有H₂、CO、N₂、CO₂和H₂O，从合成气中除去含炭的残余物，最终合成气和蒸汽发生催化反应，其中CO与蒸汽发生放热反应产生H₂，对H₂进行处理，产生的最终合成气作为第一反应器中使用的氢源，并除去最终合成气中的酸性气体，并高温下加入第一反应器中以使其中加入的超细煤粉直接甲烷化。

实施例3

将煤进行机械粉碎处理成小于4微米的超细煤粉，除去超细煤粉中的黄铁矿硫，将煤进行净化使灰分膜对气化反应的影响最小化，并提高下游流程的整体热效率。流过管道降低温度的氢气用于加压进入超细煤粉在管道中，并且将混合物通过第一反应器入口时引入到反应器中，超细煤粉物料与通过管引入的混合气体中的大部分氢气结合，然后将混合物快速加热至700℃~1200℃。引发甲烷形成反应的700~1200℃这种加热可以通过用电感应线圈加热或者通过引入高温气体来实现。超细煤粉的快速加热伴随着同时脱挥发分，将煤粉的尺寸减小到小于1/100微米，并形成活性的甲烷化，使其与水反应产生甲烷，甲烷形成反应是放热的，一旦开始，反应就会自我维持，因为产生的热量超过快速加热供给混合物进行反应所需的热量，通过排热系统从加系统中除去过量的热量。在第一反应器的操作下，超细煤粉原料中存在的氧气转化为蒸汽，一氧化碳和二氧化碳，氮主要以游离氮的形式从煤中释放出来，煤硫与氢气反应形成硫化氢，碳反应形成甲烷和碳氧化物。气化碳的百分比取决于加氢气化器的操作压力和引入所述第一反应器中的氢气量。控制氢气流向和第一反应器的操作压力以允许取出未反应的炭，其量等于产生该方法的氢要求所需的量。

在升高的温度下离开加氢气化器的气体流出物流通过过滤器和分离器系统以提供富含甲烷的气流和亚微米炭（碳）颗粒组成的单独的流。富含甲烷的气体在用于去除二氧化碳和硫化氢的多种气体净化方法中的一种，进一步处理废弃的酸性气体以将硫转化为其元素形式，降低污染，可以进一步处理系统尾气以获得更高的硫去除程度。通过气体干燥器干燥净化的富含甲烷的气体，以控制产物气体的热值，减少毒性气体，低温分离过程可用于通过管道排出氢气和通过管道排出一氧化碳。从管道气流中低温回收的氢气被再循环并用于加压超细煤进料，低温回收的一氧化碳用于生产氢气的过程。

离开第一反应器的亚微米焦炭用于生产直接甲烷化所需的氢气，在从流出的气体中分离出的焦炭被送入焦化气化器反应器，并与蒸汽在升高的温度下反应形成氢气，该反应是吸热的，并且所需的热量由一部分焦炭和氧气之间的放热反应提供以形成二氧化碳。在反应器中的操作温度和压力下，进一步的反应导致形成一氧化碳，该反应发生在二氧化碳和一部分焦炭的反应之间。

第二反应器中的废气在分离成少量的焦炭和合成气流组成残余物，合成气与来自低温分离系统的一氧化碳和一氧化碳混合，流过管道后合成气流在第二反应器中与蒸汽催化反应产生氢气和二氧化碳，反应放热。随后在20℃处理含有氢气的气体以除去酸性气体，相对纯的氢气通过管道送入加氢气的装置中，用于超细煤原料的甲烷化。