CN109575994A - 一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法 - Google Patents

一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，该方法两种方式进行：方法A：将煤、气态烃和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料进行气化反应；或者方法B：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将气态烃和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同进行气化反应。本发明将煤、气态烃和氧气共同引入气化炉中进行耦合气化反应，增强了物料的雾化程度，从而在气化炉中形成更合适的流场，延长了物料的停留时间，提高了气化反应程度，另一方面通过控制煤与气态烃的加入比例，从而有效调节了产物合成气中的氢碳比，实现碳氢互补、能量互补，节约了***能耗，有效降低装置运行成本。

Description

一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法
技术领域
本发明属于煤气化技术领域，具体涉及一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法。
背景技术
我国煤炭资源较为丰富，而天然气资源大都分布在塔里木盆地、陕甘宁、内蒙古、柴达木盆地等工业基础较薄弱的中西部地区，且通过管网输送造成天然气等价格偏高。碳一化工的原料是煤、天然气、煤层气、焦炉气、油田气等经过转化可以生产合成气的气液固各种含碳氢原料。其中，单一煤气化过程产生的合成气，氢碳比较低，用于甲醇合成或者F-T合成时需要通过变换反应来调整合成气中的氢碳比，以满足后续合成工段的工艺要求，即需减碳；而气态烃(天然气、煤层气、焦炉气等)转化产生的合成气氢碳比比较高，适合于制氢或合成氨工业，但用于甲醇合成时，总碳量仍然略显不足，需要补碳；因此，需要对煤气化过程和对气态烃转化过程进行调整，以得到合适氢碳比的合成气。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法。该方法将煤、气态烃和氧气共同引入气化炉中进行耦合气化反应，增强了物料的雾化程度，从而在气化炉中形成更合适的流场，延长了物料的停留时间，提高了气化反应程度，另一方面通过控制煤与气态烃的加入比例，从而有效调节了产物合成气中的氢碳比，实现碳氢互补、能量互补，节约了***能耗，有效降低装置运行成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，该方法通过以下这两种方式进行：方法A：将煤、气态烃和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料进行气化反应；或者方法B：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将气态烃和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同进行气化反应；所述气态烃包括天然气、煤层气或焦炉气，其中天然气与煤层气的主要组成类似；所述气化反应的温度为1150℃～1350℃，压力为3.0MPa～6.5MPa。
本发明采用上述方法A或者方法B将物料煤、气态烃和氧气共同引入气化炉中进行气化反应，一方面在传统单一煤气化的过程中引入气态烃及对应比例的氧气，增强了物料的雾化程度，从而在气化炉中形成更合适的流场，改善了气化炉内温度分布不均现象，延长了物料的停留时间，提高了气化反应程度，另一方面将煤气化过程与气态烃气化过程进行物质与热量的耦合，通过控制煤与气态烃的加入比例，从而有效调节了产物合成气中的氢碳比，同时本发明气态烃的转化主要包括CH4的蒸汽转化反应(CH4+H2O＝CO+3H2)、CH4与CO2的转化反应(CH4+CO2＝2CO+2H2)、CH4部分氧化反应(CH4+1/2O2＝CO+2H2)，气态烃的转化过程即为CH4-H2O转化和CH4-CO2转化等吸热过程与CH4-O2的部分氧化或完全燃烧过程的耦合，利用煤气化过程中产生的高温煤焦催化气态烃气化过程的产物CH4与CO2的转化，实现碳氢互补、能量互补，灵活调节合成气氢碳比，节约了***能耗，有效降低装置运行成本，减少了高温对气化炉烧嘴和耐火砖的损耗；其中，同等条件下方法B通过将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴、将气态烃和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，煤、气态烃和氧气的混合程度更为均匀，气化反应程度得到提高，最终方法B得到的合成气中氢碳比更高。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述天然气与煤层气的主要组成类似。扩大了本发明方法的应用范围。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法A采用的气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道。通过设置气态烃转化通道进一步增强了喷嘴雾化效果，延长物料在气化炉内停留时间，提高气化效率。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃转化通道中通入的气态烃为天然气或煤层气时，用于气态烃的氧气与气态烃的体积比为(0.55～0.75)：1；当所述气态烃转化通道中通入的气态烃为焦炉气时，用于气态烃的氧气与气态烃的体积比为(0.15～0.30)：1。通过调节方法A中氧气与气态烃的体积比来控制不同气态烃的转化率，当用于气态烃的氧气与天然气或煤层气的体积比为(0.55～0.75)：1时，天然气或煤层气的转化率较佳，当用于焦炉气的氧气与焦炉气的体积比为(0.15～0.30)：1时，焦炉气的转化率较佳。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法A和方法B中采用的气化炉的炉长与炉径比均不小于3:1。通过提高方法A和方法B中采用的气化炉的炉长与炉径比，进一步改善了气化炉喷嘴与气化炉匹配形成的流场及物料混合程度，延长了物料停留时间，提高了气化反应程度，有利于煤气化过程和气态烃气化过程的耦合。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃为天然气，且煤的干基质量与天然气的体积之比为(1.2～2.4)：1，则采用所述方法A气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.05～1.25)：1，当所述气态烃为焦炉气，且煤的干基质量与焦炉气的体积之比为(0.3～0.7)：1，采用所述方法A气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.35～1.75)：1，所述质量的单位为kg，体积的单位为m3。根据气态烃成分的不同，调整煤与气态烃的加入比例，从而控制了方法B得到的合成气中的氢碳比，避免了原料的浪费，同时增强了热量的耦合，减少了烧嘴和耐火砖的损耗。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法B中的气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈5°～15°夹角。上述设置增强了物料传热传质效率，延长了物料在气化炉内停留时间，提高了气化效率。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述方法B中的气态烃为天然气或煤层气时，用于气态烃的氧气与气态烃的体积比为(0.55～0.75)：1，当所述方法B中的气态烃为焦炉气时，用于气态烃的氧气与气态烃的体积比为(0.15～0.30)：1。通过调节方法B中氧气与气态烃的体积比来控制不同气态烃的转化率，当氧气与天然气或煤层气的体积比为(0.55～0.75)：1时，天然气或煤层气的转化率较佳，当氧气与焦炉气的体积比为(0.15～0.30)：1时，焦炉气的转化率较佳。
上述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃为煤层气时，且煤的干基质量与煤层气的体积之比为(1.2～2.4)：1，采用所述方法B气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.15～1.35)：1；当气态烃为焦炉气时，且煤的干基质量与焦炉气的体积之比为(0.3～0.7)：1，采用所述方法B气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.65～1.85)：1，所述质量的单位为kg，体积的单位为m3。根据气态烃成分的不同，调整煤与气态烃的加入比例，从而控制了方法B得到的合成气中的氢碳比，避免了原料的浪费，同时增强了热量的耦合，减少了烧嘴和耐火砖的损耗。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用将物料煤、气态烃和氧气共同引入气化炉中进行耦合气化反应，增强了物料的雾化程度，从而在气化炉中形成更合适的流场，改善了气化炉内温度分布不均现象，延长了物料的停留时间，提高了气化反应程度，另一方面通过控制煤与气态烃的加入比例，从而有效调节了产物合成气中的氢碳比(即合成气H2与CO比例)，实现碳氢互补、能量互补，节约了***能耗，有效降低装置运行成本。
2、本发明的两种方法中均可通过控制氧气与气态烃的体积比来控制气态烃的转化率，从而调节合成气的氢碳比，方法简单，易于实现。
3、本发明将煤气化过程与气态烃转化过程高度集成耦合，可获取氢碳比灵活可调的合成气，大大降低了下游工段的设备投资，***运行能耗亦大幅降低，经济效益显著。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例14及对比例1～对比例4中采用的煤的主要成分及含量见下表1，实施例1～实施例3中采用的天然气的主要成分及含量见下表2，实施例4～实施例6和实施例10～实施例14中采用的焦炉气的主要成分及含量见下表3，实施例7～实施例9中采用的煤层气的主要成分及含量见下表4。
表1实施例1～实施例12及对比例1～对比例4中采用的煤的主要成分及
含量
表2实施例1～实施例3中采用的天然气的主要成分及含量
成分 CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> N<sub>2</sub> H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 97.52 0.06 0.04 0.06 ＜2.1
表2中各成分的体积百分含量均以天然气的干基总体积组成计算。
表3实施例4～实施例6和实施例10～实施例14中采用的焦炉气的主要成分及含量
成分 CH<sub>4</sub> H<sub>2</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> 其他
体积百分含量(％) 26.07 57.93 5.92 2.78 3.86 ≤1
表3中各成分的体积百分含量均以焦炉气的总体积干基组成计算。
表4实施例7～实施例9中采用的煤层气的主要成分及含量
成分 CH<sub>4</sub> CO<sub>2</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> N<sub>2</sub>
体积百分含量(％) 97.36 0.11 0.91 0.16 1.26
表4中各成分的体积百分含量均以煤层气的干基总体积组成计算。
实施例1
本实施例的耦合气化方法为：将煤、天然气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，天然气的流量为19003.79Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于天然气气化过程的氧气流量为14252.84Nm3/h，所述合成气的生成量为103657.31Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见表5。
表5实施例1制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 39.16 48.95 9.93 0.25 ≤1
表5中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.25:1。
对比例1
本对比例的方法为：将煤和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，氧气流量为16012.64Nm3/h，所述合成气的生成量为53480.75Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表6。
表6对比例1制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 46.12 34.35 18.46 0.25 ≤1
表6中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本对比例得到的合成气的氢碳比为0.74:1。
实施例2
本实施例的耦合气化方法为：将煤、天然气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，天然气的流量为12002.39Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于天然气气化过程的氧气流量为7201.43Nm3/h，所述合成气的生成量为85167.06Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见表7。
表7实施例2制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 41.20 46.56 11.04 0.24 ≤1
表7中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.13:1。
实施例3
本实施例的耦合气化方法为：将煤、天然气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，天然气的流量为9501.67Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于天然气气化过程的氧气流量为5225.92Nm3/h，所述合成气的生成量为78565.16Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见表8。
表8实施例3制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 42.16 44.27 12.35 0.24 ≤1
表8中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.05:1。
实施例4
本实施例的耦合气化方法为：将煤、焦炉气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为76013.33Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为22804.00Nm3/h，所述合成气的生成量为152298.08Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表9。
表9实施例4制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 31.90 55.83 9.28 2.25 ≤1
表9中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.75:1。
实施例5
本实施例的耦合气化方法为：将煤、焦炉气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为45609.1Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为9577.91Nm3/h，所述合成气的生成量为112772.58Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表10。
表10实施例5制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 34.85 52.63 9.53 2.24 ≤1
表10中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.51:1。
实施例6
本实施例的耦合气化方法为：将煤、焦炉气和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料，在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道，气化炉的炉长与炉径比为3:1，所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为32577.93Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为4886.69Nm3/h，所述合成气的生成量为95832.06Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表11。
表11实施例6制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 36.78 49.11 11.21 1.89 ≤1
表11中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.35:1。
实施例7
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将煤层气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，煤层气的流量为19003.79Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于煤层气气化过程的氧气流量为14252.84Nm3/h，所述合成气的生成量为103650.76Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表12。
表12实施例7制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 39.88 53.84 4.43 0.25 ≤1
表12中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.35:1。
实施例8
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将煤层气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，煤层气的流量为12002.39Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于煤层气气化过程的氧气流量为7201.44Nm3/h，所述合成气的生成量为85167.06Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表13。
表13实施例8制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 41.46 50.58 6.04 0.24 ≤1
表13中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.22:1。
实施例9
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将煤层气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1150℃，压力为3.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，煤层气的流量为9501.89Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于煤层气气化过程的氧气流量为5226.04Nm3/h，所述合成气的生成量为78565.74Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表14。
表14实施例9制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 41.97 48.26 6.21 2.34 ≤1
表12中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.15:1。
实施例10
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将焦炉气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为76015.17Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为22804.55Nm3/h，所述合成气的生成量为175105.02Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表15。
表15实施例10制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 31.74 58.71 6.26 2.25 ≤1
表15中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.85:1。
实施例11
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将焦炉气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为57011.38Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为14252.84Nm3/h，所述合成气的生成量为144698.96Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表16。
表16实施例11制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 32.81 58.08 6.74 2.21 ≤1
表16中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.77:1。
实施例12
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将焦炉气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1350℃，压力为6.5MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈15°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为3:1；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为32577.93Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为4886.69Nm3/h，所述合成气的生成量为105575.44Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表17。
表17实施例12制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 33.99 56.08 6.91 1.34 ≤1
表17中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.65:1。
实施例13
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将焦炉气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1250℃，压力为4.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈10°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为7:2；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为32577.93Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为4886.69Nm3/h，所述合成气的生成量为112375.27Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表18。
表18实施例13制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 33.08 56.99 6.73 1.52 ≤1
表18中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.72:1。
实施例14
本实施例的耦合气化方法为：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将焦炉气和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同在温度为1250℃，压力为4.0MPa的条件下进行气化反应，得到合成气和熔融热渣；所述气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈5°夹角，所述气化炉的炉长与炉径比为7:2；所述煤在进料前先制成质量浓度为60％的水煤浆，所述共同进料过程中水煤浆的流量为38007.58kg/h(折合干煤流量为22804.55kg/h)，焦炉气的流量为32577.93Nm3/h，用于水煤浆气化过程的氧气流量为16012.64Nm3/h，用于焦炉气气化过程的氧气流量为4886.69Nm3/h，所述合成气的生成量为101158.36Nm3/h，合成气的主要成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O，其主要成分及含量见下表19。
表19实施例14制备的合成气主要成分及含量
成分 CO H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> CH<sub>4</sub>和H<sub>2</sub>S
体积百分含量(％) 34.31 55.92 7.67 1.76 ≤1
表19中各成分的体积百分含量均以合成气的干基组成计算。
经计算得到，本实施例得到的合成气的氢碳比为1.63:1。
将实施例1～实施例14与对比例1比较可知，本发明的方法通过煤与气态烃的耦合气化控制了合成气的氢碳比。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，该方法通过以下这两种方式进行：方法A：将煤、气态烃和氧气从气化炉顶部的多通道气化喷嘴共同进料进行气化反应；或者方法B：将煤和氧气的混合物料从气化炉顶部的多通道气化喷嘴进料，将气态烃和氧气的混合物料从气化炉侧面的多通道转化喷嘴进料，共同进行气化反应；所述气态烃包括天然气、煤层气或焦炉气；所述气化反应的温度为1150℃～1350℃，压力为3.0MPa～6.5MPa。
2.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述天然气与煤层气的主要组成类似。
3.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法A采用的气化炉顶部的多通道气化喷嘴中设置有气态烃转化通道。
4.根据权利要求3所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃转化通道中通入的气态烃为天然气时，用于天然气的氧气与天然气的体积比为(0.55～0.75)：1；当所述气态烃转化通道中通入的气态烃为焦炉气时，用于焦炉气的氧气与焦炉气的体积比为(0.15～0.30)：1。
5.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法A和方法B中采用的气化炉的炉长与炉径比均不小于3:1。
6.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃为天然气，且煤的干基质量与天然气的体积之比为(1.2～2.4)：1，则采用所述方法A气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.05～1.25)：1，当所述气态烃为焦炉气，且煤的干基质量与焦炉气的体积之比为(0.3～0.7)：1，采用所述方法A气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.35～1.75)：1，所述质量的单位为kg，体积的单位为m3。
7.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，所述方法B中的气化炉的四个侧面对置分布四个多通道转化喷嘴，所述四个多通道转化喷嘴的入口均向上倾斜并与水平呈5°～15°夹角。
8.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述方法B中的气态烃为煤层气时，用于煤层气的氧气与煤层气的体积比为(0.55～0.75)：1，当所述方法B中的气态烃为焦炉气时，用于焦炉气的氧气与焦炉气的体积比为(0.15～0.30)：1。
9.根据权利要求1所述的一种调节合成气氢碳比的煤与气态烃耦合气化方法，其特征在于，当所述气态烃为煤层气时，且煤的干基质量与煤层气的体积之比为(1.2～2.4)：1，采用所述方法B气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.15～1.35)：1；当气态烃为焦炉气时，且煤的干基质量与焦炉气的体积之比为(0.3～0.7)：1，采用所述方法B气化反应得到的合成气的氢碳比为(1.65～1.85)：1，所述质量的单位为kg，体积的单位为m3。
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