一種煤催化氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤催化氣化方法，屬于煤催化氣化領(lǐng)域，能夠快速選擇適宜催化氣化工藝的煤種，避免氣化爐結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)氣化過程的穩(wěn)定運(yùn)行。所述煤催化氣化方法，包括：利用催化劑對(duì)煤進(jìn)行負(fù)載，以制成負(fù)載催化劑煤，將所述負(fù)載催化劑煤和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)；將氣化反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物通過出氣管線排出反應(yīng)器，并將固體產(chǎn)物通過氣控排渣裝置排出反應(yīng)器；其中，所述負(fù)載催化劑煤的焦渣特征≤3；所述負(fù)載催化劑煤的碳轉(zhuǎn)化率＞60％；所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣；和/或所述負(fù)載催化劑煤的催化劑的回收率＞90％。本發(fā)明可用于利用流化床反應(yīng)器的煤催化氣化技術(shù)中。
【專利說(shuō)明】一種煤催化氣化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤催化氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種煤催化氣化方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)在能源結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是“缺油、少氣、富煤”，發(fā)展煤基清潔能源是一條解決能源供應(yīng)問題的有效途徑。煤制天然氣的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式。
[0003]煤催化氣化工藝采用流化床氣化，結(jié)合流化床自身特點(diǎn)，選擇的煤種為不粘或弱粘結(jié)性煤，否則熱解易粘接，引發(fā)流化床失流化無(wú)法運(yùn)行；為了滿足產(chǎn)品氣中高含量甲烷的要求，受熱力學(xué)平衡限制，反應(yīng)需在較高壓力、較低溫度下進(jìn)行，低溫下反應(yīng)速率較低，因此選擇的煤種需反應(yīng)性較高才能獲得較高的碳轉(zhuǎn)化率，同時(shí)，引進(jìn)催化劑可催化氣化反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度、提高反應(yīng)速率；本工藝采用固態(tài)排渣，為了防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣引發(fā)失流化、裝置無(wú)法正常運(yùn)行，需選擇不易結(jié)渣，灰熔點(diǎn)相對(duì)較高、工藝氣氛下不易燒結(jié)的煤種；如果使用的催化劑較為昂貴、需要回收，還需選擇灰含量較低的煤種，以保證工藝的經(jīng)濟(jì)性?？紤]到煤的組成比較復(fù)雜，適用于每一種氣化爐的煤種的可選范圍較窄，加之煤的粘結(jié)性、反應(yīng)性、灰熔點(diǎn)、結(jié)渣性等指標(biāo)對(duì)氣化過程的影響至關(guān)重要，尤其是煤的反應(yīng)性及結(jié)渣性對(duì)加壓流化床煤催化氣化技術(shù)影響較大，使得在進(jìn)行催化氣化工藝時(shí)，需謹(jǐn)慎選擇原料，否則會(huì)嚴(yán)重地影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，甚至引發(fā)安全事故。
[0004]因此，提供一種能夠快速選擇適宜催化氣化煤種的煤催化氣化方法，降低氣化爐結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)，保證氣化過程的正常穩(wěn)定運(yùn)行是本領(lǐng)域技術(shù)人員所面臨的重要課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種煤催化氣化方法，能夠快速選擇適宜催化氣化的煤種，降低氣化爐結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)氣化過程的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種煤催化氣化方法，包括:
[0008]利用催化劑對(duì)煤進(jìn)行負(fù)載，以制成負(fù)載催化劑煤，將所述負(fù)載催化劑煤和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)；
[0009]將氣化反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物通過出氣管線排出反應(yīng)器，并將固體產(chǎn)物通過氣控排渣裝置排出反應(yīng)器；其中，
[0010]所述負(fù)載催化劑煤的焦渣特征≤3 ；
[0011]所述負(fù)載催化劑煤的碳轉(zhuǎn)化率> 60% ；
[0012]所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣；和/或
[0013]所述負(fù)載催化劑煤的催化劑的回收率> 90%。
[0014]可選的，所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣具體表現(xiàn)為:
[0015]所述負(fù)載催化劑煤的灰軟化溫度及燒結(jié)溫度均 > 催化氣化工藝溫度。
[0016]進(jìn)一步的，所述催化氣化工藝溫度為650_850°C以內(nèi)的任意溫度。
[0017]所述負(fù)載催化劑煤的粒徑范圍為0-10mm。
[0018]所述催化劑與所述煤的質(zhì)量比為0.01-0.3。
[0019]所述氣化劑為過熱蒸汽，或所述過熱蒸汽與02、C0、H2、C02中的至少一種組成的混合氣體。
[0020]所述過熱蒸汽與所述負(fù)載催化劑煤的水碳摩爾比為0.5-3。
[0021]所述氣化劑的溫度為300-600°C。
[0022]利用壓差法測(cè)定所述負(fù)載催化劑煤的煤灰的燒結(jié)溫度。
[0023]所述方法的工藝壓力為0_5MPa。
[0024]所述煤為單一煤或由兩種或兩種以上混配得到的混配煤。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種煤催化氣化方法，該方法針對(duì)催化氣化工藝流化床特點(diǎn)，可快速選擇出適宜工藝的煤種，整體方法簡(jiǎn)便，僅需進(jìn)行系列小型測(cè)試即可完成煤種評(píng)價(jià)及篩選，避免直接將煤種用于大型工業(yè)化裝置上因煤種不適造成的生產(chǎn)不穩(wěn)定，采用該催化氣化方法篩選出的工藝適宜煤種進(jìn)行催化氣化反應(yīng)可有效降低氣化爐結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)氣化過程的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，該方法還可實(shí)現(xiàn)氣化原料的多樣化，拓寬煤種適用性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于實(shí)施例1、2的催化氣化工藝示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于實(shí)施例3的催化氣化工藝示意圖；
[0028]圖例:
[0029]1-催化劑負(fù)載系統(tǒng)、2-干燥系統(tǒng)、3-常壓料倉(cāng)、4-變壓料倉(cāng)、5-高壓料倉(cāng)、6-氣化爐、7、8_渣斗、9-分離及凈化系統(tǒng)；
[0030]21-混合系統(tǒng)、22-催化劑負(fù)載系統(tǒng)、23-干燥系統(tǒng)、24-常壓料倉(cāng)、25-變壓料倉(cāng)、26-高壓料倉(cāng)、27-氣化爐、28、29_渣斗、30-分離及凈化系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的煤催化氣化方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種煤催化氣化方法，包括:
[0034]I)利用催化劑對(duì)煤進(jìn)行負(fù)載，以制成負(fù)載催化劑煤，將所述負(fù)載催化劑煤和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。
[0035]在本步驟中，首先對(duì)選擇的工藝適宜煤種進(jìn)行破碎、篩分處理，以得到一定粒徑分布的煤，在本實(shí)施例中，所述煤的粒徑范圍可為0-10mm。優(yōu)選的，煤粒徑為0-2mm。將煤處理為該粒徑范圍，可使其更有利于發(fā)生氣化反應(yīng)。然后，利用預(yù)定量的催化劑對(duì)制得的煤進(jìn)行負(fù)載，其中，所述催化劑與所述煤的質(zhì)量比為0.01-0.3。優(yōu)選的，所述催化劑與所述煤的質(zhì)量比為0.02-0.15。將所述催化劑與所述煤的質(zhì)量比選在該范圍內(nèi)，既可促進(jìn)氣化反應(yīng)的發(fā)生，如若催化劑為貴重催化劑時(shí)，還可節(jié)省催化劑的用量，節(jié)約成本。
[0036]在本步驟中，所述氣化劑為過熱蒸汽，或所述過熱蒸汽與02、C0、H2、C02中的至少一種組成的混合氣體。其中，過熱蒸汽為氣化劑的必要組成成分，其可同煤在催化劑的催化作用下發(fā)生碳水反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。所述過熱蒸汽與所述煤的水碳摩爾比為0.5-3，優(yōu)選的，水碳摩爾比為1-2。在該比例下，可保證氣化劑與煤更好地發(fā)生氣化反應(yīng)，生成更多的目標(biāo)氣體。需要說(shuō)明的是，所述氣化劑的溫度為300-600°C，優(yōu)選400-500°C，其可通過將鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽同氣化爐出口的氣體產(chǎn)物換熱后得到，將回收的余熱返回氣化爐為爐內(nèi)氣化反應(yīng)提供熱量。
[0037]2)將氣化反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物通過出氣管線排出反應(yīng)器，并將固體產(chǎn)物通過氣控排渣裝置排出反應(yīng)器。
[0038]在本步驟中，氣化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)氣固分離、凈化處理等得到富含甲烷的產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣通過出氣管線排出反應(yīng)器，反應(yīng)后的氣化殘?jiān)?jīng)排渣系統(tǒng)排出氣化爐。
[0039]其中，a.所述負(fù)載催化劑煤的焦渣特征≤3 ；
[0040]首先，對(duì)負(fù)載催化劑煤進(jìn)行煤種粘結(jié)性測(cè)試，即在氣氛馬弗爐或小型加壓氣氛爐進(jìn)行熱解脫揮發(fā)份，設(shè)定條件為催化氣化工藝溫度、壓力及反應(yīng)氣氛，到達(dá)反應(yīng)條件后將煤樣置于爐中加熱7min后取出，收集脫揮發(fā)份后殘余焦渣，參照通用的焦渣特征八類標(biāo)準(zhǔn)獲得該煤種的焦渣特征，如其< 3，則該煤種可用于催化氣化工藝，否則需要進(jìn)行預(yù)氧化破粘處理降低煤種粘結(jié)性。可以理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可選擇其它方式對(duì)煤種進(jìn)行粘結(jié)性測(cè)試，本實(shí)施例只列舉了煤種粘結(jié)性測(cè)試的一般方法，此處不對(duì)粘結(jié)性測(cè)試方式作具體限定。
[0041]b.所述負(fù)載催化劑煤的碳轉(zhuǎn)化率> 60% ；
[0042]其次，對(duì)負(fù)載催化劑煤進(jìn)行煤種反應(yīng)性評(píng)價(jià)，可于加壓熱天平或小型固定床反應(yīng)裝置中進(jìn)行，設(shè)定條件為催化氣化工藝溫度、壓力，采用氣化劑為水蒸氣，控制水煤比為3(質(zhì)量比)，3h轉(zhuǎn)化率高于60%的煤種可選用于催化氣化工藝?？梢岳斫獾氖?，本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇其它方式測(cè)得煤的碳轉(zhuǎn)化率，此處不對(duì)煤種反應(yīng)活性測(cè)試方式作具體限定。
[0043]c.所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣；
[0044]在本步驟中，所選用的負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣，具體體現(xiàn)為:所述負(fù)載催化劑煤的灰軟化溫度及燒結(jié)溫度分別 >催化氣化工藝溫度，在本實(shí)施例中，所述工藝溫度為氣化爐內(nèi)發(fā)生催化氣化反應(yīng)的溫度，通常情況下是指650-850°C范圍以內(nèi)的任意溫度，如650°C、700°C、750°C、800°C、850°C等。只有當(dāng)煤的灰軟化溫度及燒結(jié)溫度分別>催化氣化工藝溫度時(shí)，方可較好地避免煤在氣化過程中在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生結(jié)渣。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例提供的煤催化氣化方法中，所述方法的工藝壓力為0-5MPa，優(yōu)選0.l-4MPa。
[0045] 在本步驟中，首先對(duì)得到的負(fù)載催化劑煤進(jìn)行低溫灰化制灰，需要說(shuō)明的是，采用低溫灰化制灰是由于在采用傳統(tǒng)高溫(800°C左右)灰化制灰時(shí)，灰樣的組成和結(jié)構(gòu)都已經(jīng)發(fā)生變化，并不能完全代表灰在原煤中的本征性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，且對(duì)于催化氣化原料而言，煤中添加了一定含量的堿金屬催化劑，在高溫下易揮發(fā)損失，如此灰樣分析測(cè)試得出的結(jié)果和實(shí)際偏差較大，因此采用低溫灰化進(jìn)行灰化制灰。在本發(fā)明實(shí)施例中，低溫灰化可利用等離子體低溫灰化技術(shù)在氧等離子低溫灰化儀中進(jìn)行低溫灰化。利用等離子體低溫灰化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于在高頻電場(chǎng)中，可將通至反應(yīng)器中的低壓氧氣激發(fā)成為低溫、低密度的等離子體，使其中的原子態(tài)氧接觸有機(jī)試樣，使有機(jī)物緩慢氧化分解，其灰化溫度一般在100-200°C，試樣整體并不加熱，不致使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(如熔解，焦化等)，從而保持煤中原態(tài)礦物質(zhì)組份，從而有效保留了灰成份(包括催化劑)的原有組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)?？梢岳斫獾氖?，利用等離子體低溫灰化技術(shù)對(duì)煤進(jìn)行低溫灰化是一優(yōu)選方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還采用其他方式進(jìn)行灰化制灰，如在催化工藝工藝氣氛下進(jìn)行灰化制灰，工藝氣氛溫度為500° -600° ,優(yōu)選550°C，本實(shí)施例對(duì)低溫灰化的具體方式不作具體限定。
[0046]需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，當(dāng)所述負(fù)載催化劑煤的灰軟化溫度> 催化氣化工藝溫度時(shí)，還要繼續(xù)測(cè)定負(fù)載催化劑煤的燒結(jié)溫度。這主要是因?yàn)榛胰埸c(diǎn)測(cè)得的溫度并不是灰團(tuán)聚結(jié)渣的最低極限溫度，通常氣化爐在低于灰熔點(diǎn)甚至200-300°C的溫度下也會(huì)發(fā)生結(jié)渣，由于負(fù)載催化劑煤的燒結(jié)特性是流化床氣化系統(tǒng)中床料團(tuán)聚、爐膛結(jié)渣等的主要影響因素之一，對(duì)流化床氣化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有較大的影響，所以決定灰團(tuán)聚結(jié)渣作用的其實(shí)是負(fù)載催化劑煤初始燒結(jié)溫度。
[0047]在本實(shí)施例中，是通過利用壓差法來(lái)測(cè)定所述負(fù)載催化劑粉的煤灰的燒結(jié)溫度。一般過程為:
[0048]采用壓差法測(cè)煤灰燒結(jié)溫度，將1.5g左右的煤灰制成灰柱，放入反應(yīng)管中，反應(yīng)管從環(huán)境溫度升至高溫，升溫速率一般控制在10°c /min左右，實(shí)驗(yàn)裝置水平放置，各氣體經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)控制流量及比例，模擬催化氣化工藝反應(yīng)氣氛，通過測(cè)量灰柱兩端的壓差變化，進(jìn)而得到煤灰的燒結(jié)溫度。此方法是將灰柱內(nèi)發(fā)生的變化以壓差的形式表現(xiàn)出來(lái)，其理論基礎(chǔ)是達(dá)西定律:

【權(quán)利要求】
1.一種煤催化氣化方法，其特征在于，包括: 利用催化劑對(duì)煤進(jìn)行負(fù)載，以制成負(fù)載催化劑煤，將所述負(fù)載催化劑煤和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)； 將氣化反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物通過出氣管線排出反應(yīng)器，并將固體產(chǎn)物通過氣控排渣裝置排出反應(yīng)器；其中， 所述負(fù)載催化劑煤的焦渣特征< 3 ； 所述負(fù)載催化劑煤的碳轉(zhuǎn)化率> 60% ； 所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣；和/或 所述負(fù)載催化劑煤的催化劑的回收率> 90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載催化劑煤不易結(jié)渣具體表現(xiàn)為: 所述負(fù)載催化劑煤的灰軟化溫度及燒結(jié)溫度均>催化氣化工藝溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化氣化工藝溫度為650-850°C以內(nèi)的任意溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述負(fù)載催化劑煤的粒徑范圍為0-10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化劑與所述煤的質(zhì)量比為0.01-0.3ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化劑為過熱蒸汽，或所述過熱蒸汽與02、CO、H2, CO2中的至少一種組成的混合氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述過熱蒸汽與所述負(fù)載催化劑煤的水碳摩爾比為0.5-3 ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化劑的溫度為300-600°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用壓差法測(cè)定所述負(fù)載催化劑煤的煤灰的燒結(jié)溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的工藝壓力為0-5MPa。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤為單一煤或由兩種或兩種以上煤種混配得到的混配煤。
【文檔編號(hào)】C10J3/54GK104178223SQ201410397867
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】毛燕東, 金亞丹, 裴增凱, 李克忠, 鄭巖 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司