一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法
【專利摘要】一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法是以負載催化劑的低灰熔點煤為原料，將其摻入添加劑混合而成為樣品，樣品重量百分比組成為負載催化劑的低灰熔點煤含量為90-95%，添加劑的添加量為5-10%，制備好的負載催化劑的樣品在流化床內(nèi)進行氣化。本發(fā)明具有是簡單實用，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)加入添加劑的量來提高煤灰熔點及燒結(jié)溫度，滿足高負載催化劑的煤在催化氣化工藝中的應用的優(yōu)點。
【專利說明】一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，占全世界煤產(chǎn)量的1/4。中國的煤炭資 源總量為5. 6萬億噸，己探明儲量超過一萬億噸，占世界總儲量的11%。煤炭是我國分布最 廣，最為豐富的礦物能源，當今以及未來相當長的一段時間內(nèi)，煤炭在我國一次性能源的生 產(chǎn)和消費中仍占主導地位。
[0003] 在我國由于以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和低效能源利用方式，煤炭的開發(fā)和加工利用己 經(jīng)成為環(huán)境污染物排放的主要來源。燃煤排放的S0 2占各類污染源總排放量的87%，粉塵占 60%，C0和C02分別占71%和85%。這種狀況嚴重制約了我國社會和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。發(fā)展 潔凈煤技術(shù)、提高煤炭利用率是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。煤炭氣化是煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù) 的一個重要部分，是潔凈、高效利用煤炭的重要技術(shù)之一。通過催化劑催化作用，可降低反 應溫度、提高反應速度、改善煤氣組成、提高熱值，引起了人們的廣泛關注。根據(jù)潔凈煤技術(shù) 的發(fā)展方向和世界低碳經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，利用我國資源優(yōu)勢相對較大的煤炭，尤其是褐煤 等劣質(zhì)煤炭通過催化氣化生產(chǎn)代用天然氣，不僅能促進煤炭的高效、清潔利用，而且以較低 的經(jīng)濟代價，有效緩解天然氣的供需矛盾，是適合我國國情、化解能源危機并保證能源安全 的有效途徑。
[0004] 煤的催化氣化是一種降低反應溫度、提高反應速率、改善煤氣成分的先進氣化方 法，煤催化氣化引入了可以同時催化c-H 2o氣化反應、水煤氣變換反應和C0/H2甲烷化反應 的催化劑，在較低溫度（650-750°C)、較高壓力（3. 0-4. OMPa)條件下在加壓流化床氣化爐 生成富含甲烷的合成氣。在催化氣化過程中，需要加入一定量的堿(堿土 )鹽作為催化劑，這 些助熔的堿(堿土）鹽催化劑會使煤灰的熔融溫度降低，在高溫下會加劇煤灰顆粒相互團聚 結(jié)渣，嚴重時排渣困難、甚至失流化等，致使反應器難于連續(xù)穩(wěn)定運行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服了上述技術(shù)不足之處，其目的在于使低灰熔點煤用于催化氣化的方 法。
[0006] 本發(fā)明是以負載催化劑的低灰熔點煤為原料，摻入一定比例的添加劑混合而成為 氧化氣化用煤。簡單實用，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)加入添加劑的量來提高煤灰熔點及燒結(jié)溫度， 滿足高負載催化劑的煤在催化氣化工藝中的應用。
[0007] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008] 以負載催化劑的低灰熔點煤為原料，將其摻入添加劑混合而成為樣品，樣品重量 百分比組成為負載催化劑的低灰熔點煤含量為90-95%，添加劑的添加量為5-10%，制備好 的負載催化劑的樣品在流化床內(nèi)進行氣化。
[0009] 如上所述的負載催化劑的低灰熔點煤中催化劑負載量為8_20wt%。
[0010] 如上所述的低灰熔點煤為煤的灰熔點溫度小于1200°c的煤樣，如王家塔煤，鄂爾 多斯煤等。
[0011] 如上所述的催化劑為堿金屬化合物，如K2C03、KOH、Na 2C03、Li2C03等。
[0012] 如上所述的添加劑可以為粘土、商嶺土、娃澡土等富含娃錯的物質(zhì)。
[0013] 如上所述的氣化條件為流化床進行氣化公知的條件，反應溫度650°C _750°C、反 應壓力3-4MPa，停留時間為l-3h，水蒸氣氣氛。
[0014] 本發(fā)明有如下優(yōu)點： (1)解決了易結(jié)渣煤種的結(jié)渣問題，使其適用于催化氣化工藝。
[0015] (2)本發(fā)明能廣泛適用于煤、生物質(zhì)(包括垃圾等）等的單獨氣化或燃燒及煤和 生物質(zhì)的共氣化以及催化氣化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是王家塔煤樣負載20% K2C03催化劑氣化漁，圖2是王家塔煤樣負載20% K2C03 催化劑添加10%的粘土添加劑后的氣化渣，圖3是鄂爾多斯煤樣負載10% K2C03催化劑氣化 渣，圖4是鄂爾多斯煤樣負載10% K2C03催化劑添加8%的粘土添加劑后的氣化渣。圖5是 王家塔煤負載10%K 2C03燒結(jié)溫度的確定圖。

【具體實施方式】
[0017] 煤灰的燒結(jié)是指相鄰的粉狀顆粒在過量的表面自由能的作用下的粘結(jié)，固態(tài)粉末 集合物加熱后，在低于其熔點或共熔點的高溫下，氣孔排除，體積收縮，成為致密的具有一 定強度的多晶體的過程。燒結(jié)是一個自發(fā)且不可逆的過程，系統(tǒng)表面能降低是推動燒結(jié)進 行的基本動力。粉體顆粒比表面積越大，其具有的表面能也就越高，根據(jù)最小能量原理，它 將自發(fā)地向最低能量狀態(tài)變化，同時系統(tǒng)的表面能減少。隨著煤灰燒結(jié)的進行，煤灰顆粒之 間的封閉孔變小，開放孔變大，逐漸形成了新的通道。當煤灰燒結(jié)發(fā)生時，灰柱會收縮，在灰 柱和管道之間以及灰柱內(nèi)部會形成新的氣體通道，從而導致壓差減少，所以發(fā)生燒結(jié)時，壓 差隨溫度的變化曲線上有個轉(zhuǎn)折點，此點對應的溫度即為煤灰的燒結(jié)溫度。煤灰利用壓降 法燒結(jié)溫度的確定如圖5所示。圖5為王家塔煤負載10%K 2C03燒結(jié)溫度的確定，從圖中可 以看出，當溫度超過650°C時，壓差迅速下降，說明這時煤灰開始發(fā)生燒結(jié)，從而判定該煤灰 的燒結(jié)溫度為650°C。
[0018] 實施例1 (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與1(20)3催化劑溶液按體積比為1:1進 行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中1〇)3催化劑負載量為20wt%。
[0019] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入粘土添加劑10wt%。
[0020] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度650°C、反應壓力3MPa，停留時 間為lh，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)明顯的結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為580°C，氣化后的氣體 組成見表1。
[0021] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度650°C、反應壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度為660°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0022] 實施例2 (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與1(20)3催化劑溶液按體積比為1:1進 行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中1〇)3催化劑負載量為15wt%。
[0023] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入高嶺土添加劑8wt%。
[0024] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度700°C、反應壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)嚴重結(jié)渣現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為610°C，氣化后的氣體組 成見表1。
[0025] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度700°C、反應壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，灰渣未出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為740°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0026] 實施例3 (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與Na2C03催化劑溶液按體積比為1:1 進行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中Na2C03催化劑負載量為8wt%。
[0027] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入娃藻土添加劑5wt%。
[0028] (4)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度750°C、反應壓力4MPa，停留時 間為3h，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)嚴重結(jié)渣現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為685°C，氣化后的氣體組 成見表1。
[0029] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度750°C、反應壓力4MPa，停留時間 為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度為780°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0030] 實施例4 (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與K2C03催化劑溶液按體積比為1:1 進行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中1〇)3催化劑負載量為20wt%。
[0031] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入高嶺土添加劑10wt%。
[0032] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度650°C、反應壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)明顯的結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為560°C，氣化后的氣體組 成見表1。
[0033] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度650°C、反應壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度為655°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0034] 實施例5 (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與K2C03催化劑溶液按體積比為1:1 進行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中1〇)3催化劑負載量為15wt%。
[0035] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入粘土添加劑8wt%。
[0036] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度700°C、反應壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)嚴重結(jié)渣現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為600°C，氣化后的氣體組 成見表1。
[0037] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度700°C、反應壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，灰渣未出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為720°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0038] 實施例6 (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與Na2C〇Jt化劑溶液按體積比為1:1 進行浸漬負載，使負載催化劑王家塔煤樣中Na2C03催化劑負載量為8wt%。
[0039] (2)負載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入娃藻土添加劑5wt%。
[0040] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度750°C、反應壓力4MPa，停留時間 為3h，水蒸氣氣氛下進行氣化，出現(xiàn)嚴重結(jié)渣現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為660°C，氣化后的氣體組成 見表1。
[0041] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應溫度750°C、反應壓力4MPa，停留時間 為2h，水蒸氣氣氛下進行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度為760°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0042] 以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡是本發(fā)明技術(shù)方案所作的非實質(zhì)性改進，所產(chǎn)生 的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。

【權(quán)利要求】
1. 一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于包括如下步驟： 以負載催化劑的低灰熔點煤為原料，將其摻入添加劑混合而成為樣品，樣品重量百分 比組成為負載催化劑的低灰熔點煤含量為90-95%，添加劑的添加量為5-10%，制備好的負 載催化劑的樣品在流化床內(nèi)進行氣化。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的負 載催化劑的低灰熔點煤中催化劑負載量為8-20wt%。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的低 灰熔點煤為煤的灰熔點溫度小于1200°C的煤樣。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的低 灰熔點煤為煤的灰熔點溫度小于1200°C的煤樣為王家塔煤或鄂爾多斯煤。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種使低灰烙點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的催 化劑為堿金屬化合物為K2C03、KOH、Na2C03、Li 2C03等。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的添 加劑為粘土、高嶺土或硅藻土。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種使低灰熔點煤用于催化氣化的方法，其特征在于所述的氣 化條件在流化床進行氣化，反應溫度650°C _750°C、反應壓力3-4MPa，停留時間為l-3h，水 蒸氣氣氛。
【文檔編號】C10J3/54GK104449866SQ201410549554
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】畢繼誠, 蘆濤, 李克忠, 張 榮 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所