基本介紹
- 中文名：煤催化氣化
- 外文名：Catalytic coal gasification
- 原料：煤炭或其他碳質原料
簡介,定義,套用學科,國內外研究現狀,
簡介
煤催化氣化Catalytic coal gasification煤或焦炭、半焦在 有催化劑和高溫常壓或加壓條件「，與氣化劑反應。轉化為氣 體產物和少量殘渣的過程。氣化劑主要是水蒸氣、空氣〔或氧 氣)或它們的混合氣。在爐內同時發生氧化燃燒、還原、蒸汽 轉化、甲烷化等反應。其中的一氧化碳變換反應只有在催化 劑存在下才以顯著的速度進行。
定義
在多功能催化劑作用下，煤和氣化介質(水蒸汽、氫氣、一氧化碳)在一個加壓流化床反應器內同時發生煤氣化、變換和甲烷化三個反應，生成高濃度的甲烷(CH4)的過程。反應溫度為700-800℃，反應壓力為3.0-4.5MPa。煤催化氣化技術與其他煤氣化技術相比，具有氣化爐出口甲烷含量高(24%以上)、氣化反應所需的溫度低等優點，該技術將放熱反應和吸熱反應結合起來，大幅提高甲烷產率和系統能效，是煤制天然氣最有效的工藝途徑之一。
套用學科
煤炭科技(一級學科)，煤炭加工利用(二級學科)，煤轉化(三級學科)
國內外研究現狀
煤催化氣化技術最早源自美國Exxon公司。Exxon從1976年開始，歷時6年，經過小試試驗、中間試驗和PDU(1 t/D)試驗三個階段：小試試驗裝置採用固定床氣化器，操作壓力1-3.4MPa，溫度為700℃，碳轉化率可達90%;中間試驗裝置是流化床氣化爐，進煤量5kg/小時，操作壓力為0.7MPa，爐溫為700℃，碳轉化率為80-95%;1 t/D PDU裝置於1979年開工建設，採用K2CO3作為催化劑，氣化爐反應溫度為700℃，壓力為3.5MPa，氣化、變換、甲烷化同時進行, 最終產品為純甲烷。上世紀80年代初,由於石油價格大幅下跌，Exxon放棄了催化氣化的進一步研究。
美國巨點能源公司(GPE)成立於2005年，其在Exxon技術的基礎上，開發了“一步法低溫催化水解甲烷化”煤制天然氣技術，即“藍氣技術”(Blue Gas)。GPE公司對EXXON技術進行了部分最佳化，在催化劑反應性，催化劑回收，工藝最佳化和效率，原料多樣化，減排等領域獲得關鍵成果，並已經申請覆蓋多地理區域的60多個專利。GPE公司擁有大型冷模及3套中試示範裝置，建立了反應數學模型，並在中試裝置上得到了驗證，完成了用煤(石油焦)進行的2 700 h的試驗。近幾年，GPE公司積極在中國尋求合作夥伴，對藍氣技術進行工業示範推廣，已與萬向集團達成合作在中國新疆建設示範裝置;2016年1月同大唐簽署框架協定，雙方將在“藍氣技術”商業化示範裝置建設有關領域加強合作。
新奧自主開發的煤催化氣化技術於2008 年立項，先後完成了實驗室小試研究、反應器內流場和反應特性研究、處理規模為0.5t/d 和5t/d 中試裝置的建設及過程放大研究。在近十年的技術開發過程中，進行了催化劑開發、負載及回收技術、煤種選擇與催化劑匹配技術、計算機模擬輔助工程放大技術、加壓流態化穩定控制技術、油氣水塵複雜物相分離技術和流化床氣化爐整體設計方案等核心技術的開發和驗證，經過不懈的努力，新奧成功開發了完整的煤催化氣化工藝體系，形成了一系列具有自主智慧財產權的核心技術。該技術形成企業標準、地方標準多項，通過了河北省科技廳組織的成果鑑定，技術達到國際領先水平。自2013年起，啟動催化氣化千噸級示範項目，年投煤量50萬噸的工業裝置已在內蒙古達拉特旗開工建設，預計2017年底建成投產。
新奧煤催化氣化技術具有四大技術優勢：
一是煤種適應性廣：煙煤、次煙煤、褐煤及部分無煙煤均可採用該技術實現高效利用。
二是能量利用效率高：採用煤熱解、催化氣化、燃燒相結合的分級轉化技術，過程熱效率高達76%，比常規技術高15%左右，提高甲烷產率的同時，二氧化碳排放比傳統煤制氣降低37%以上。
三是過程經濟性好：甲烷和焦油聯產，大幅提高過程經濟性，相比等規模傳統煤制氣單方甲烷成本降低24%以上。
四是環境友好：煤氣降溫採用間接冷凝技術，不產生洗焦廢水，爐內未分解水用於催化劑回收，實現廢水近零排放。
經過長期試驗的穩定運行，在煤耗、水耗和經濟性方面，新奧煤催化氣化技術表現出巨大的優勢。煤耗和水耗均低於準入值，具有良好的經濟性，展現出卓越的競爭力。該技術具有顯著優勢，該技術在煤炭高效清潔利用、大氣污染防治等方面具有廣闊的市場前景和社會效益。
