煤炭两段分级热解气化制备富甲烷合成气基础

构建高效、低成本煤制合成天然气产业要求煤气化生产的合成气中富含甲烷。由于鲁奇气化炉生产的合成气中富含10%以上的甲烷，因此目前投产运行和正在规划建设的煤制合成天然气项目大都采用鲁奇加压固定床气化炉，但仅适合处理6 mm以上块煤。随着机械化采煤程度的提高，块煤的生产量逐渐减少，而目前还没有成熟的利用10 mm以下碎煤生产富甲烷合成气的气化技术。本研究提出耦合流化床气化与输送床热解的技术路线，建立两段分级热解气化的加压实验装置，重点研究利用10 mm以下褐煤和烟煤生产富甲烷合成气并联产轻质热解油的新型工艺中的基础问题，揭示输送床热解反应器中合成气气氛下的煤热解行为、流化床气化反应器中热态半焦的气化特性、热解与气化的耦合匹配条件。掌握提高甲烷含量和轻质油品产率的热解反应控制机理，获得流化床气化和输送床热解的耦合匹配规律，为反应器的设计放大和操作控制提供理论依据和基础数据。

构建高效、低成本煤制合成天然气产业要求煤气化生产的合成气中富含甲烷。由于鲁奇气化炉生产的合成气中富含10%以上的甲烷，目前煤制合成天然气项目大都采用鲁奇加压固定床气化炉，但仅适合处理6 mm以上块煤。随着机械化采煤程度的提高，块煤的生产量逐渐减少，而目前还没有成熟的利用10 mm以下碎煤生产富甲烷合成气的气化技术。本研究提出耦合流化床气化与输送床热解的技术路线，研究利用10 mm以下低阶煤生产富甲烷合成气新型工艺中的基础问题，获得了以下三方面的主要研究结果。. (1) 复合流化床碎煤气力分级与输送特性。在集成流化床与输送床的连续进料冷态复合床分级实验装置中，考察了粒径小于10 mm碎煤的颗粒分级与输送特性。研究发现对于分离某一粒径的颗粒，都存在一个最优流化气速来实现最高牛顿分级效率。在复合床中自上部输送床段进料有利于颗粒的带出和提高1-4 mm颗粒的分级效率，且低颗粒进料速率时的分级效果更佳。. (2) 连续流化床中煤热解气化产物的分配规律。在连续进出料的流化床中考察了煤在复杂气氛下的热解气化特性。实验结果表明，在有氧气氛中，气体产率随过量氧气比升高而增加，半焦及焦油产率降低，氧气的存在使CO含量明显增加；反应气氛对产物分布和气体组成的影响与热解气体、半焦和焦油的氧化速率及气化反应速率紧密相关。. (3) 输送床和流化床耦合煤热解气化制备富甲烷合成气的最佳条件。设计建立了煤处理量6.0 kg/h、高7.5 m的流化床气化和输送床热解两段分级转化的加压复合床实验装置，实验验证了制备富甲烷合成气技术的可行性。结果表明，制备的合成气中甲烷含量随着过量氧气比的增大而减低、随流化床气化温度(850-950℃)和输送床热解温度(550-750℃)的增加而增加。填加水蒸气和提高操作压力有助于提高合成气中的甲烷含量。使用以1:1质量比混合的0.2-0.5 mm和1-2 mm的准东不粘煤颗粒，常压条件下从输送床加料，过量氧气比为0.1、流化床中气化温度为850℃、输送床热解温度为750℃时，制备的合成气中的甲烷含量达到约6%，与普通流化床气化气中甲烷含量约2%相比，增加了约3倍。通过操作条件的控制，本项目提出的新工艺使用低阶碎煤可以在获得富甲烷合成气的同时联产轻质热解油。