專(zhuān)利名稱(chēng):煤的氣化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及煤加工操作。
背景技術(shù):
通常,在進(jìn)一步加工煤之前,采用共混和清洗系統(tǒng)通過(guò)減少煤原料的礦物含量來(lái) 改善原礦煤原料的品質(zhì)。共混和清洗產(chǎn)生兩個(gè)產(chǎn)品料流,即低礦物(灰分)含量的第一脫 礦化料流,以及高礦物含量的第二廢棄料流,所述第一脫礦化料流通常進(jìn)一步用于單個(gè)下 游過(guò)程中,例如,采用特定的氣化技術(shù)。廢棄料流的產(chǎn)生是不合期望的。廢棄料流含有至少一些煤(碳),并且不利用該料 流會(huì)降低任何使用原礦煤的過(guò)程的總體碳效率。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明,提供一種煤加工操作,其包括在重介質(zhì)分選階段中,使包含礦物的煤原料經(jīng)受重介質(zhì)分選,產(chǎn)生第一煤料流和 第二煤料流,所述第一煤料流中的煤比所述第二煤料流中的煤灰分更低并具有更低的灰分 熔融溫度;在高溫煤加工操作中加工來(lái)自所述第一煤料流的煤;以及在中溫煤加工操作中加工來(lái)自所述第二煤料流的煤。本說(shuō)明書(shū)中的高溫煤加工操作通常是結(jié)渣煤加工操作,S卩,可以容許灰分結(jié)渣的 煤加工操作,而本說(shuō)明書(shū)中的中溫煤加工操作通常是無(wú)結(jié)渣煤加工操作,即,不能容許灰分 結(jié)渣的煤加工操作。高溫煤加工操作可以選自煤焦化操作、高溫煤氣化操作和用于產(chǎn)生熱和/或蒸汽 的煤燃燒操作。所有這些例子中,均發(fā)生煤灰分結(jié)渣,或者至少在原則上可以容許結(jié)渣。中溫煤加工操作可以是煤熱解操作或者中溫煤氣化操作。在這樣的中溫煤氣化操 作中,煤灰分的結(jié)渣不能被容許并且產(chǎn)生干灰分。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案,來(lái)自第一煤料流的煤在煤焦化操作中被加工,并且 來(lái)自第二煤料流的煤在中溫煤氣化操作中被加工。跟據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案,來(lái)自第一煤料流的煤在煤燃燒操作中被加工以產(chǎn)生 蒸汽,其中所述蒸汽被用于在中溫煤氣化操作中氣化第二煤料流。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,來(lái)自第一煤料流的煤在高溫煤氣化操作中被加 工,并且來(lái)自第二煤料流的煤在中溫煤氣化操作中被加工。在本說(shuō)明書(shū)中,高溫煤氣化操作是采用高溫氣化器的煤氣化操作,其中最高連續(xù) 操作溫度超過(guò)煤中包含的礦物的熔點(diǎn)。通常,這意味著最高連續(xù)操作溫度超過(guò)1300°C,更通 常地超過(guò)1400°C。中溫煤氣化操作是采用中溫煤氣化器的煤氣化操作,其中最高連續(xù)操作 溫度低于煤中包含的礦物的熔點(diǎn)。通常,這意味著最高連續(xù)操作溫度在1000°C和1400°C之 間。
有利地,本發(fā)明的煤加工操作允許從最初的共用煤原料平行操作兩個(gè)煤利用過(guò)程或操作,從而消除了煤廢棄料流的產(chǎn)生。高溫煤氣化操作可以采用至少一個(gè)高溫夾帶流氣化器。中溫煤氣化操作可以采用 至少一個(gè)固定床干底氣化器,或者至少一個(gè)中溫流化床氣化器。高溫夾帶流氣化器通常是用于在包括至少氧和可選的蒸汽的氣化劑的存在下通 過(guò)部分氧化原料來(lái)從諸如煤的固體含碳原料產(chǎn)生合成氣體的非催化、高溫、增壓或非增壓 (例如,大氣壓)氣化器,其中原料被研磨或粉碎得很細(xì)并且被夾帶在氣化劑中,并且所述 氣化器在高于煤中包含的礦物的熔點(diǎn)的溫度操作。非增壓高溫夾帶流氣化器的實(shí)例是大氣 夾帶流和大氣等離子氣化器。固定床干底氣化器通常是用于在包括至少氧和蒸汽或者空氣和蒸汽的氣化劑的 存在下通過(guò)部分氧化原料來(lái)從諸如煤的固體含碳原料產(chǎn)生合成氣體的非催化、中溫、增壓 或非增壓(例如,大氣壓)氣化器,其中原料為團(tuán)塊或顆粒形式,并在固定床中與氣化劑接 觸,并且所述固定床在低于煤中包含的礦物的熔點(diǎn)的溫度操作。中溫流化床氣化器通常是用于在包括至少氧和蒸汽或者空氣和蒸汽的氣化劑的 存在下通過(guò)部分氧化原料來(lái)從諸如煤的固體含碳原料產(chǎn)生合成氣體的非催化、中溫、增壓 或非增壓(例如,大氣壓)氣化器,其中原料為團(tuán)塊或顆粒形式,并在流化床中與氣化劑接 觸,并且所述流化床在低于煤中包含的礦物的熔點(diǎn)的溫度操作。熱解過(guò)程是用于在提升的溫度下對(duì)包含揮發(fā)物的含碳原料進(jìn)行脫揮發(fā)成分作用 (例如通過(guò)閃熱解進(jìn)行)來(lái)產(chǎn)生固體炭產(chǎn)物和包含液體揮發(fā)物的產(chǎn)物的過(guò)程。燃燒過(guò)程是用于快速氧化含碳原料(例如在燃煤鍋爐中)來(lái)產(chǎn)生熱能的過(guò)程。熱 能可以用于產(chǎn)生蒸汽。焦化是用于在無(wú)氧氣氛中(并且可能在高于煤中包含的礦物的熔點(diǎn)的溫度)通過(guò) 高溫處理煤來(lái)驅(qū)除煤中的揮發(fā)性組分(包括水、煤氣和煤焦油),以將碳和殘留灰分融合到 一起的過(guò)程。本發(fā)明的中心是在灰分熔融溫度的基礎(chǔ)上,使用重介質(zhì)分選來(lái)分離煤,以使分離 過(guò)的高灰分熔融溫度煤和低灰分熔融溫度煤隨后用于采用不同技術(shù)的平行煤加工操作中。 可以采用任意的常規(guī)重介質(zhì)分選階段或技術(shù),只要其能夠使用1. 4到2. 1范圍的相對(duì)密度 分離來(lái)分離煤。煤源的灰分熔融溫度給出灰分團(tuán)聚、熔結(jié)或結(jié)渣在氣化器內(nèi)可能發(fā)生的程度的指 示。固定床氣化器內(nèi)部的灰分熔結(jié)可能造成通道燃燒、壓力降低問(wèn)題和氣化器操作不穩(wěn)定, 而在夾帶流氣化技術(shù)中,助熔劑的添加和爐渣粘度是受被氣化的煤的灰分熔融溫度影響的 關(guān)鍵操作參數(shù)。在灰分熔融溫度分析中,測(cè)量灰分隨著其通過(guò)各種溫度范圍加熱至特定溫度的軟 化和流動(dòng)(熔化或結(jié)渣)行為。一般地,取決于器械限制,該溫度在氧化條件下至多1600°C。 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)灰化程序,例如在ASTM方法D1875或ISO方法IS0540中所描述的,制備灰錐,并 隨后在氧化氣氛中以受控的速率加熱灰錐,以模擬灰分床中的氣化環(huán)境?;曳秩廴跍囟确?析的結(jié)果由四個(gè)溫度組成,即,灰錐的尖端發(fā)生第一次變圓時(shí)的初始變形溫度、錐高度等于 錐寬度時(shí)的軟化或球溫度、錐高度等于錐寬度的一半時(shí)的半球溫度以及錐高度等于1. 6mm 時(shí)的流體或流動(dòng)溫度。
盡管灰分熔融溫度測(cè)試被廣泛采用,但是它們并不總是精確預(yù)測(cè)灰分熔融溫度行 為。具有明顯相似礦物組成的兩種灰分可能具有顯著不同的熔化行為。標(biāo)準(zhǔn)灰分熔融測(cè)試 如ASTM D1857的優(yōu)點(diǎn)是,它們是被廣泛采用、標(biāo)準(zhǔn)化、廉價(jià)且能夠自動(dòng)化。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)灰分熔 融溫度測(cè)試的顧慮是,由于它們是基于觀察而非測(cè)量,因而它們是主觀的;它們的可再現(xiàn)性 差;初始變形溫度不是熔化開(kāi)始時(shí)的溫度;以及灰分熔融溫度是在短的時(shí)間段上測(cè)量的, 而沉積(通常積累數(shù)小時(shí))在冷卻期間形成?;曳秩廴跍囟瓤梢栽谘趸蛘哌€原條件,或者兩種條件下測(cè)量,其中氧化與還原 結(jié)果之間的差別常常與諸如鐵的助熔劑強(qiáng)相關(guān)。使用Sasol FBDB 氣化器的操作經(jīng)驗(yàn)已表明,當(dāng)氣化器內(nèi)獲得的最大溫度被維 持為高于初始變形溫度以獲得足夠的團(tuán)聚來(lái)改善床透氣性;和低于流體或流動(dòng)溫度以預(yù)防 過(guò)度熔結(jié)時(shí),獲得理想的氣化器操作。用于固定床干底氣化的理想煤源具有在初始變形溫 度和流體或流動(dòng)溫度之間的大的溫度范圍。目前在南非用于氣化的煤源具有高于1300°C的 流體或流動(dòng)溫度,以及高于1200°C但低于1400°C的初始變形溫度。本發(fā)明的額外或所伴隨優(yōu)點(diǎn)是,在諸如高溫夾帶流氣化器的高溫氣化器中使用較 低灰分熔融溫度煤可導(dǎo)致高溫氣化作用期間爐渣粘度較低。然而這并不總是這樣,因?yàn)闋t 渣粘度還取決于煤礦物組成,而不僅僅取決于灰分熔融溫度。在高溫氣化器中較低灰分熔 融溫度煤的使用不導(dǎo)致降低的爐渣粘度的情況中,為控制出渣可能有利地需要向氣化器添 加較少的助熔劑。第一煤料流可以具有低于1400°C,優(yōu)選地低于1380°C,更優(yōu)選地低于1350°C,例 如1320°C的灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原氣氛中測(cè)定)。第二煤料流可以具有高于1400°C,優(yōu)選地高于1450°C,更優(yōu)選地低于1500°C,例 如1550°C的灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原氣氛中測(cè)定)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,第一煤料流具有低于1380°C的灰分流體或流動(dòng)溫度 (在還原性氣氛中測(cè)定),并且第二煤料流具有高于1450°C的灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原 性氣氛中測(cè)定)。在重介質(zhì)分選階段中,為確保第一煤料流和第二煤料流具有期望的灰分熔融溫度 特性,將由此選擇相對(duì)密度分離。對(duì)于南非煤,典型的相對(duì)密度分離將是約1. 8或1. 9。針 對(duì)大多數(shù)原礦煤,或至少針對(duì)大多數(shù)從南非礦獲得的原礦煤,第二煤料流將顯著地小于第 一煤料流,例如在重量基礎(chǔ)上為第一煤料流的約四分之一。
現(xiàn)在將參照所附的示意性附圖和實(shí)施例,以舉例的方式描述本發(fā)明。附圖中,圖1示出根 據(jù)本發(fā)明用于加工煤的方法;圖2示出高溫夾帶流氣化器的典型溫度曲線;圖3示出固定床干底氣化器的典型溫度曲線;圖4示出累計(jì)產(chǎn)率和灰分含量作為針對(duì)典型的南非煤相對(duì)密度的函數(shù)的圖;圖5示出鈣含量和灰分流動(dòng)溫度作為圖4的典型南非煤相對(duì)密度的函數(shù)的圖;以 及
圖6示出鈣長(zhǎng)石(CaAl2Si2O8)和渣液在1250°C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為圖4的典型南非煤 相對(duì)密度的函數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖的圖1,附圖標(biāo)記10—般指示根據(jù)本發(fā)明用于加工煤的過(guò)程。過(guò)程10在 廣義上包括重介質(zhì)分選階段12、高溫夾帶流氣化器14和Sasol FBDB 氣化器16。原礦煤進(jìn)料管線18通向重介質(zhì)分選階段12。第一煤料流管線20從重介質(zhì)分選階 段12通向高溫夾帶流氣化器14,并且第二煤料流管線22從重介質(zhì)分選階段12通向固定床 干底氣化器16。原料合成氣體管線24和爐渣管線26離開(kāi)高溫夾帶流氣化器14。類(lèi)似地,原料合 成氣體管線28和干灰分管線30離開(kāi)固定床干底氣化器16。使用中,原礦煤通過(guò)原礦煤進(jìn)料管線18被進(jìn)料至重介質(zhì)分選階段12。重介質(zhì)分選 階段12是包括重介質(zhì)容器的常規(guī)重介質(zhì)分選階段,煤被進(jìn)料至所述重介質(zhì)容器中。在重介 質(zhì)容器中維持向上的分離介質(zhì)順流。通常,來(lái)自原料煤篩和/或預(yù)濕篩(未示出)的煤與 通過(guò)可調(diào)節(jié)浸沒(méi)式折流板引導(dǎo)的、作為推動(dòng)介質(zhì)的大部分體積的循環(huán)分選介質(zhì)合并。煤被 深度進(jìn)料至重介質(zhì)容器中。剩余體積的循環(huán)分選介質(zhì)從重介質(zhì)容器底部的吹掃和排泄料斗 進(jìn)入。這在分離器中產(chǎn)生溫和的向上分離介質(zhì)順流,其防止重介質(zhì)分層和沉淀并合并為推 動(dòng)介質(zhì)的一部分?;诟〕练治?例如,使用諸如IS07936的方法),運(yùn)行重介質(zhì)分選階段12以產(chǎn)生 較低密度、較低灰分并具有較低灰分熔融溫度的第一煤料流或上浮級(jí)分,以及較高密度、較 高灰分并具有較高灰分熔融溫度的第二煤料流或下沉級(jí)分。針對(duì)典型的南非煤,可運(yùn)行重 介質(zhì)分選階段12以用約1. 8或1. 9的相對(duì)密度分離第一煤料流和第二煤料流。第一煤料流通過(guò)第一煤料流管20移除,并被進(jìn)料至高溫夾帶流氣化器14,在此, 煤以常規(guī)方式、利用如圖2中示出的典型的氣化器溫度特征被氣化,產(chǎn)生通過(guò)原料合成氣 體管線24收回的原料合成氣體,以及通過(guò)爐渣管線26收回的熔融爐渣。類(lèi)似地,第二煤料 流通過(guò)第二煤料流22被進(jìn)料至固定床干底氣化器,例如Sasol FBDB 氣化器,在此,煤以 常規(guī)方式、利用如圖3中示出的典型的氣化器溫度特征被氣化,產(chǎn)生通過(guò)原料合成氣體管 線28收回的原料合成氣體,以及通過(guò)灰分管線30收回的干灰分。通常,過(guò)程10將采用數(shù)個(gè)平行操作的高溫夾帶流氣化器,全部接收來(lái)自第一煤料 流的煤;以及數(shù)個(gè)平行操作的固定床干底氣化器,全部接收來(lái)自第二煤料流的煤。實(shí)施例1過(guò)程10可以用來(lái)氣化典型的南非高原礦煤源。在從1. 4到2. 1的相對(duì)密度范圍 上500kg樣品煤的不同上浮級(jí)分的煤的浮沉分析,以及灰分析和灰分熔融溫度(流動(dòng)溫度 或FT)分析提供以下結(jié)果描述F1.40F1.50Fl .60F1.70F1.80Fl .90F1.95F2.0F2.1S2.1
產(chǎn)率12.5829.3463.4277.6284.4085.6186.8188.7890.25100.00 灰分含量(質(zhì)量
%) 9.512.417.419.621.221.521.922.623.128.4 灰分煉融溫度-還
原 FT IC1400137013801370138014501400150015401400所給出的產(chǎn)率是累加的。煤的清洗是通過(guò)根據(jù)ISO 7936標(biāo)準(zhǔn)的浮/沉分析進(jìn)行 模擬,其中通過(guò)壓碎和篩分步驟制備-25mm+0. 5mm尺寸級(jí)分樣品。> 25mm的各個(gè)粒徑級(jí)分 被壓碎至-25mm并在清洗之前于0. 5mm篩分。煤樣品的清洗曲線以及煤的灰分含量(針對(duì)累加上浮級(jí)分),在圖4中給出。原礦煤料流的灰分含量是28. 4%并且灰分熔融溫度(流動(dòng)溫度)> 1450°C。為 了分離煤以具有最佳條件下的多于一種的煤料流上運(yùn)行的氣化技術(shù),煤可以以1. 8或1. 9 的相對(duì)密度使用重介質(zhì)分選階段12來(lái)分離。這將產(chǎn)生具有如下指示的顯著不同性質(zhì)的兩 個(gè)流。
描述F1.40 F1.50 F1.60 F1.70 F1.80 F1.90 F1.95 F2.0 F2.1 S2.1
產(chǎn)率12.58 29.3463.4277.62 84.40 85.61 86.81 88.78 90.25 100.00
權(quán)利要求
1.一種煤加工方法,其包括在重介質(zhì)分選階段中,使包含礦物的煤原料經(jīng)受重介質(zhì)分選,產(chǎn)生第一煤料流和第二 煤料流,與所述第二煤料流中的煤相比,所述第一煤料流中的煤的灰分更低并具有更低的 灰分熔融溫度;在高溫煤加工操作中加工來(lái)自所述第一煤料流的煤;以及在中溫煤加工操作中加工來(lái)自所述第二煤料流的煤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述高溫煤加工操作選自煤焦化操作、高溫煤氣 化操作和用于產(chǎn)生熱和/或蒸汽的煤燃燒操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中所述中溫煤加工操作是煤熱解操作或中溫煤 氣化操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法,其中來(lái)自所述第一煤料流的煤在煤焦化 操作中被加工,并且來(lái)自所述第二煤料流的煤在中溫煤氣化操作中被加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法,其中來(lái)自所述第一煤料流的煤在煤燃燒 操作中被加工以產(chǎn)生蒸汽,所述蒸汽被用于在中溫煤氣化操作中氣化所述第二煤料流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法,其中來(lái)自所述第一煤料流的煤在高溫煤 氣化操作中被加工,并且來(lái)自所述第二煤料流的煤在中溫煤氣化操作中被加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中所述高溫煤氣化操作采用至少一個(gè)高溫夾帶流氣 化器,并且其中所述中溫煤氣化操作采用至少一個(gè)固定床干底氣化器,或者至少一個(gè)中溫 流化床氣化器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述第一煤料流具有低于1400°C的 灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原性氣氛中測(cè)定)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述第二煤料流具有高于1400°C的 灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原性氣氛中測(cè)定)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述第一煤料流具有低于1380°C 的灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原性氣氛中測(cè)定),并且所述第二煤料流具有高于1450°C的 灰分流體或流動(dòng)溫度(在還原性氣氛中測(cè)定)。
全文摘要
煤加工操作方法(10),包括在重介質(zhì)分選階段(12),使包含礦物的煤原料(18)經(jīng)受重介質(zhì)分選,產(chǎn)生第一煤料流(20)和第二煤料流(22)。與第二煤料流(22)中的煤相比,第一煤料流(20)中的煤的灰分更低并具有更低的灰分熔融溫度。來(lái)自第一煤料流(20)的煤在高溫煤加工操作(44)中被加工,并且來(lái)自第二煤料流(22)的煤在中溫煤加工操作(16)中被加工。
文檔編號(hào)C10J3/54GK102131901SQ200980132944
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者弗蘭斯·鮑德溫·翁德斯, 約翰內(nèi)斯·克里斯托弗爾·萬(wàn)迪克 申請(qǐng)人:沙索技術(shù)有限公司