一种煤气化方法
阅读：37发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种煤气化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 煤 气化 方法，涉及 煤气化 技术领域，能够避免气化工艺中的结渣，以保证气化过程的连续稳定运行，拓宽气化工艺的煤种适用范围。本发明公开的煤气化方法包括：将煤、气化剂和含有 硅 铝 化合物的灰渣供应到气化设备内；所述煤和所述气化剂在所述气化设备内发生气化反应。本发明公开的煤气化方法适用于煤气化工艺过程中。，下面是一种煤气化方法专利的具体信息内容。
1.一种煤气化方法，其特征在于，包括：
将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内；
所述煤和所述气化剂在所述气化设备内发生气化反应。
2.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣中硅铝化合物的含量大于等于40wt％。
3.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，在所述煤和所述气化剂发生气化反应之前，所述方法还包括：
将催化剂供应到气化设备内。
4.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣的粒径范围与所述煤的粒径范围相同。
5.根据权利要求4所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣的粒径为0.01～10mm。
6.根据权利要求5所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣的粒径为0.01～2mm。
7.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣的添加量为所述煤的总质量的0.01～20％。
8.根据权利要求7所述的煤气化方法，其特征在于，所述灰渣的添加量为所述煤的总质量的2～6％。
9.根据权利要求1所述的煤气化方法，其特征在于，所述煤为易结渣煤种。
10.根据权利要求1～9任一项所述的煤气化方法，其特征在于，所述将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内具体包括：
将煤与含有硅铝化合物的灰渣在混合装置中混合均匀，然后将混合物供应到气化设备内，或者将煤、含有硅铝化合物的灰渣分别直接供应到气化设备内；
将气化剂供应到气化设备内。
一种煤气化方法
技术领域
背景技术
[0003] 煤气化工艺中存在的一个主要问题是煤灰的结渣问题。有些煤种的灰融温度较低、导致气化时容易结渣，煤灰的结渣会给操作带来不同程度的影响，结渣严重时将会导致停产。尤其是催化气化反应过程中，催化剂的加入可以催化气化反应、降低反应温度，使低温下获得较高的反应速率；但是添加的碱金属催化剂在催化气化过程中会同煤中矿物质反应形成低温共融物，降低煤的灰熔点，尤其对于灰中硅铝含量较低、铁钙含量较高的易结渣煤种，催化剂的添加会大大降低煤的灰熔点，从而导致煤灰颗粒相互粘结结渣，造成流化状况欠佳，严重时会造成排渣困难、甚至失流化等，致使反应器难以连续稳定运行，使得所使用的煤种不适于催化气化工艺，导致催化气化工艺的煤种适用范围较窄。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的在于，提供一种煤气化方法，能够避免气化工艺中的结渣，以保证气化过程的连续稳定运行，拓宽气化工艺的煤种适用范围。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一方面，本发明提供了一种煤气化方法，其中，包括：
[0007] 将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内；
[0008] 所述煤和所述气化剂在所述气化设备内发生气化反应。
[0009] 具体地，所述灰渣中硅铝化合物的含量大于等于40wt％。
[0010] 可选地，在所述煤和所述气化剂发生气化反应之前，所述方法还包括：
[0011] 将催化剂供应到气化设备内。
[0012] 优选地，所述灰渣的粒径范围与所述煤的粒径范围相同。
[0013] 可选地，所述灰渣的粒径为0.01～10mm。
[0014] 优选地，所述灰渣的粒径为0.01～2mm。
[0015] 可选地，所述灰渣的添加量为所述煤的总质量的0.01～20％。
[0016] 优选地，所述灰渣的添加量为所述煤的总质量的2～6％。
[0017] 具体地，所述煤为易结渣煤种。
[0018] 具体地，所述将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内具体包括：
[0019] 将煤与含有硅铝化合物的灰渣在混合装置中混合均匀，然后将混合物供应到气化设备内，或者将煤、含有硅铝化合物的灰渣分别直接供应到气化设备内；
[0020] 将气化剂供应到气化设备内。
[0021] 本发明提供的煤气化方法，向气化设备中添加了一定量的含有硅铝化合物的灰渣，灰渣中富含的硅铝成分有效地提高了气化设备内煤灰中的硅铝含量，从而提高了煤的灰熔点，在一定温度范围内有效地避免了煤灰颗粒相互粘结结渣，从而避免了流化状况欠佳、排渣困难或失流化等现象，保证了气化过程的连续稳定运行，大大拓宽了气化工艺的煤种适用范围。附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为本发明实施例提供的一种煤气化方法的流程图；
[0024] 图2为本发明实施例提供的一种煤气化方法的工艺流程图；
[0025] 图3为本发明实施例提供的另一种煤气化方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 如图1所示，本发明实施例提供了一种煤气化方法，其中，包括：
[0028] S1、将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内；
[0029] S2、煤和气化剂在气化设备内发生气化反应。
[0030] 本发明实施例提供的煤气化方法，向气化设备中添加了一定量的含有硅铝化合物的灰渣，灰渣中富含的硅铝成分有效地提高了气化设备内煤灰中的硅铝含量，从而提高了煤的灰熔点，在一定温度范围内有效地避免了煤灰颗粒相互粘结结渣，从而避免了流化状况欠佳、排渣困难或失流化等现象，保证了气化过程的连续稳定运行，大大拓宽气化工艺的煤种适用范围。
[0031] 需要说明的是，本发明实施例提供的煤气化方法，在催化剂存在的条件下也适用。即在步骤S2所述的煤和气化剂在气化设备内发生气化反应之前，所述方法还包括：
[0032] S1-1、将催化剂供应到气化设备内。
[0033] 也就是说，该方法也适用于煤的催化气化过程。其中，步骤S1和步骤S1-1可以同时发生，即可以同时将煤、气化剂、含有硅铝化合物的灰渣、催化剂供应到气化设备内。
[0034] 由于灰渣为高温产物，组分相对稳定，催化剂存在的条件下，灰渣也不易同催化剂组分反应，因而灰渣的添加对催化气化工艺催化性能、气化反应活性及催化剂回收亦不会造成不良后果。
[0036] 本发明实施例中所使用的灰渣，可以是任何工艺过程所产生的灰渣，只要其富含硅铝化合物即可，本发明实施例对此不作限定，比如可以为煤气化过程、炼钢过程等所产生的灰渣。本发明实施例所述的含有硅铝化合物的灰渣也可以用天然硅铝系非金属矿(比如粘土、高岭土、膨润土等)，富含硅铝矸石尾矿，高硅铝江河淤泥沙等来代替，只要其富含硅铝化合物即可。
[0037] 其中，灰渣中硅铝化合物的含量可以大于等于40wt％，优选大于等于50wt％，比如可以为40wt％、50wt％、60wt％、70wt％、80wt％或90wt％。
[0038] 灰渣的粒径范围与气化过程中所使用的煤的粒径范围相同。例如，气化工艺中，煤的粒径范围可以为0.01～10mm，优选为0.01～6mm，进一步优选为0.01～2mm，因此，灰渣的粒径可以为0.01～10mm，优选地为0.01～6mm，进一步优选地为0.01～2mm，比如，灰渣的平均粒径可以为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm、1.9mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
[0039] 需要说明的是，气化设备中的物料在流化过程中，颗粒粒径较大则最小流化速度也较大；在煤颗粒流化之前，随着气化剂的增加，较大的颗粒容易沉积在床层底部，而较轻颗粒会被带到床层上部，出现明显的颗粒分离现象。本发明实施例中，由于灰渣的粒径范围与煤的粒径范围相同，因此，灰渣和煤的混合颗粒在共流化时，灰渣能够与煤颗粒粒径良好的匹配，在气化过程中能够充分的均匀混合，而不会发生分层析出，从而有效地提高了气化设备内煤的灰熔点，避免了煤灰颗粒相互粘结结渣。
[0040] 具体地，通过控制灰渣的添加量，可以有效地提高气化设备内煤灰中硅铝含量进而提高易结渣煤种的灰熔点，例如，灰渣的添加量可以为气化过程中所使用的煤的总质量的0.01～20％，优选为1～10％，进一步优选为2～6％，比如0.01％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、15％、17％或20％。
[0042] 本发明实施例中，灰渣的加入，可大大提高气化原料煤的灰熔点，使气化反应的温度操作区间变宽，比如当有催化剂参与反应时，可以将催化气化反应温度由600～700℃变为600～800℃，因此，在工艺合理温度范围内可适当提高气化温度，进而可以有效地提高气化效率及碳转化率。
[0043] 需要说明的是，本发明实施例中，上述步骤S1所述的将煤、气化剂和含有硅铝化合物的灰渣供应到气化设备内具体可以包括：
[0044] 将煤与含有硅铝化合物的灰渣在混合装置中混合均匀，然后将混合物供应到气化设备内，或者将煤、含有硅铝化合物的灰渣分别直接供应到气化设备内；
[0045] 将气化剂供应到气化设备内。
[0046] 也就是说，本发明实施例中，可以先将煤与灰渣混合均匀后，再一起添加到气化设备中，也可以分别将煤、灰渣单独加入到气化设备中，并在气化剂的气流作用下相互混合均匀。由于灰渣的粒径范围与煤的粒径范围相同，因此，不论采用哪种混合方式，二者都会充分均匀混合，且在气化过程中不会出现分层析出等现象，从而能够有效地提高气化设备内煤的灰熔点。
[0047] 当有催化剂参与时，可以先将催化剂负载在煤上，然后再与灰渣混合均匀后一起添加到气化设备中，或者将负载有催化剂的煤、灰渣单独添加到气化设备中；也可以直接将催化剂、煤和灰渣混合均匀后一起添加到气化设备中，或者分别将催化剂、煤和灰渣单独添加到气化设备中，并在气化剂的气流作用下相互混合均匀。也就是说，可以不先将催化剂负载在煤上，而是将催化剂与煤一起直接添加。
[0048] 详细地，如图2所示，在备煤系统11中，将煤a′破碎、筛分，得到一定粒径分布的煤粉a，例如，煤的粒径范围可以为0.01～10mm，优选为0.01～6mm，进一步优选为0.01～2mm；将煤粉与一定量的催化剂或催化剂的水溶液b在催化剂负载单元12进行催化剂负载，催化剂b与煤粉a的质量比可以为0.01～0.3:1，优选为0.05～0.2:1，然后将制备好的湿煤粉在干燥系统13中进行干燥。
[0049] 将灰渣进行破碎、干燥、筛分预处理，得到粒径为0.01～10mm、优选为0.01～2mm的灰渣c；将干燥后的负载有催化剂的煤a+b与灰渣c在混合装置14中均匀混合，然后将混合物a+b+c加入变压料斗(未示出)、经高压料仓(未示出)，在给料器(未示出)的作用下加入气化设备15；然后向气化设备15输入气化剂d，以进行气化反应；气化后的气体产物e在分离净化系统16中经气固分离、净化处理等得到富含甲烷的产品气f，反应后的固体残渣g经催化剂回收单元17进行催化剂回收，回收后的催化剂b可以通入催化剂负载单元12进行下一次的催化剂的负载。
[0050] 或者，如图3所示，也可以将干燥后的负载有催化剂的煤a+b与灰渣c分别直接加入到气化设备15，即干燥后的负载有催化剂的煤a+b与灰渣c分别经一路进料系统单独加入到气化设备15，使其在气化剂d的气流作用下混合均匀，这样，还可以节省混合装置14。图3所示的实施例中，其他工艺流程与图2所示的实施例的工艺流程相同，本发明实施例对此不再重复赘述。
[0051] 具体地，本发明实施例所述的气化设备可以为流化床气化炉；催化剂负载单元为能够进行催化剂负载的设备，比如为带搅拌的混料器等；混合装置为能够将负载有催化剂的煤与灰渣充分混合的装置，比如为搅拌罐、流化床等；变压料斗、高压料仓和给料器为催化气化过程中常用的进料装置；分离净化系统主要用于将气化后的产物中携带的煤粉、煤灰和催化剂等粉尘过滤下来，以及对气化后的产物进行气体净化分离，以脱除酸性气体，具体地，分离净化系统可以包括气固分离系统比如多级旋风分离器、以及净化处理系统；催化剂回收单元主要在于对反应后的固体残渣进行催化剂回收，以降低成本，比如该催化剂回收单元可以包括水洗罐、消解釜等。
[0052] 下面将通过具体实验数据分析来说明本发明实施例的优势。
[0053] 采用煤种1作为实验分析原料，首先对其进行煤质分析，见表1，其中，表1a为煤种1的工业分析、元素分析；表1b为煤种1的灰成分分析。
[0054] 表1a
[0055]
[0056] 备注：表1a中，Mad代表空气干燥条件下水分含量；Aad代表空气干燥条件下灰分含量；Vad代表空气干燥条件下挥发分含量；FCad代表空气干燥条件下固定碳含量；Cd代表干燥条件下碳元素含量；Hd代表干燥条件下氢元素含量；Nd代表干燥条件下氮元素含量；Sd代表干燥条件下硫元素含量。
[0057] 表1b
[0058]
[0059] 对灰渣的灰成分进行分析，见表2。
[0060] 表2
[0061]
[0062] 将煤种1进行粉碎、筛分处理，得到40～80目的煤粉，将这些煤粉平均分成三份，其中一份标记为YL；将另一份煤粉进行催化剂负载，催化剂添加量为该份煤粉质量的10％，干燥，得到气化原料，标记为YL-K；将最后一份煤粉进行催化剂负载，催化剂添加量为该份煤粉质量的10％，干燥，然后添加粒径为40～80目的灰渣，灰渣的添加量为该份煤粉质量的5％，混合均匀，得到气化原料，标记为YL-T。然后使用灰熔点测定仪分别对样品YL、YL-K、YL-T进行灰熔点分析。分析结果见表3：
[0063] 表3
[0064]
[0065] 可见，添加催化剂后，明显降低了煤的变形温度、软化温度、半球温度及流动温度，即催化剂添加后煤的灰熔点明显降低；而添加灰渣后，煤的变形温度、软化温度、半球温度及流动温度明显上升，即添加灰渣有效地提高了煤的灰熔点。
[0066] 分别将样品YL、YL-K、YL-T在气化设备流化床反应器中进行气化反应，其中，气化反应时，流化床反应器内压力为3.5MPa、温度为700℃，气化剂采用水蒸气，水蒸气同煤粉质量比控制为1.5:1，反应后样品YL依然为颗粒状，未结渣；样品YL-K严重结渣；而YL-T也没有结渣。
[0067] 因此，由上述可知灰渣中富含的硅铝可以有效地提高煤灰中硅铝含量进而提高易结渣煤种的灰熔点，可以达到在一定温度范围操作避免结渣的目的，有效地拓宽工艺煤种适用性，从而保证气化反应可以稳定进行。
[0068] 将煤种1进行粉碎、筛分处理，得到40～80目的煤粉，将这些煤粉平均分成三份，将其中一份煤粉进行催化剂负载，催化剂为碳酸钾，添加量为该份煤粉质量的10％，干燥，得到气化原料，标记为原料1；将另一份煤粉进行催化剂负载，催化剂为碳酸钾，添加量为该份煤粉质量的10％，干燥，然后添加粒径为40～80目的灰渣，灰渣的添加量为该份煤粉质量的5％，混合均匀，得到气化原料，标记为原料2；将最后一份煤粉进行催化剂负载，催化剂为碳酸钾，添加量为该份煤粉质量的10％，干燥，然后添加粒径为40～80目的三氧化二铝，三氧化二铝的添加量为该份煤粉质量的5％，混合均匀，得到气化原料，标记为原料3。
[0069] 对比原料1、2、3催化气化过程中的反应活性，并对反应后产生的灰渣进行催化剂回收，以考察灰渣及三氧化二铝的添加对催化剂回收率的影响。
[0070] 将原料1、2、3在流化床反应器中进行气化评估实验，其中，气化反应时，流化床反应器内压力为3.5MPa、温度为700℃，气化剂采用水蒸气，水蒸气同煤粉质量比控制为1.5:1。反应后的结果见表4：
[0071] 表4
[0072]
[0073] 备注：表4中，水洗催化剂回收率是指气化反应结束后，将产生的灰渣进行水洗以回收可溶性催化剂，回收的催化剂与气化反应前催化剂负载时添加的催化剂的比值即水洗催化剂回收率。本发明实施例中，水洗催化剂回收率用来考察灰渣的添加对催化剂回收的影响。
[0074] 由表4可知，添加灰渣后，碳转化率相对稳定，由78％提高为80％，水洗催化剂回收率稍有提高，由75％提高为80％，并且避免了反应过程中的结渣。因此，在气化原料煤中添加灰渣，能够利用灰渣中富含的硅铝等组分来提高煤灰中的硅铝含量，进而提高了煤的灰熔点，有效地避免了煤灰颗粒相互粘结结渣；并且，由于灰渣为高温产物，组分相对稳定，不易同催化剂组分反应，对催化气化工艺催化性能、气化反应活性及催化剂回收亦不会造成不良后果。
[0075] 但是，当添加三氧化二铝时，碳转化率由78％降低为70％，水洗催化剂回收率由75％降低为60％，可见，三氧化二铝的添加虽然可以改善煤种结渣问题，但对气化活性及催化剂回收影响较大。这可能由于三氧化二铝与煤中添加的钾盐催化剂发生反应生成了不溶性化合物硅铝酸钾，导致催化剂催化性能降低，煤的气化活性下降，同时，不溶性化合物硅铝酸钾还大大降低了水洗催化剂回收率。
[0076] 综合上述，本发明实施例中，在气化原料煤中添加灰渣，有效地提高了煤的灰熔点，避免了煤灰颗粒相互粘结结渣，并且对催化气化工艺催化性能、气化反应活性及催化剂回收亦不会造成不良后果，并且灰渣比较廉价，因此，灰渣的添加，可以以较低的成本高效地解决灰渣结渣问题，经济实用，适于工业化应用，也就是说，本发明实施例为解决催化气化工艺存在的结渣问题提供了一种简单经济、通用可行的高效防结渣剂。
[0077] 本发明实施例提供的煤气化方法，向气化设备中添加了一定量的含有硅铝化合物的灰渣，灰渣中富含的硅铝成分有效地提高了气化设备内煤灰中的硅铝含量，从而提高了煤的灰熔点，在一定温度范围内有效地避免了煤灰颗粒相互粘结结渣，从而避免了流化状况欠佳、排渣困难或失流化等现象，保证了气化过程的连续稳定运行，大大拓宽催化气化工艺的煤种适用范围。
[0078] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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