本發(fā)明涉及煤氣化技術領域，尤其涉及一種煤氣化用原料煤的預處理方法以及煤氣化用原料煤。

背景技術：

在煤氣化工藝中，通常將煤粉以高壓密相輸送的方式輸送入氣化爐中進行氣化反應，為了不影響高壓密相輸送的穩(wěn)定性，需要對原料煤進行脫水處理，使得原料煤中的水分含量滿足輸送要求。

在現(xiàn)有技術中，通常采用在氮氣保護下進行加熱干燥的方式或者采用飽和蒸汽間接干燥的方式對煤粉進行干燥處理，在此過程中，干燥溫度通常需要達到130-200℃，干燥溫度過高會使煤結構發(fā)生變化，例如，當對褐煤進行干燥時，若干燥溫度大于150℃，會使褐煤中的碳以二氧化碳的形式脫除，不利于碳的利用以及碳轉化率的提高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種煤氣化用原料煤的預處理方法以及煤氣化用原料煤，能夠在低溫下對原料煤進行脫水處理，實現(xiàn)對原料煤的干燥，同時還能夠提高原料煤的碳轉化率。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化用原料煤的預處理方法，包括：

采用有機溶劑對所述原料煤進行溶脹，在溶脹完成后在第一溫度下蒸發(fā)去除所述有機溶劑，以將所述原料煤中的水分帶出，對所述原料煤進行脫水處理；其中，所述第一溫度小于等于90℃。

可選的，所述原料煤為煤粉，所述有機溶劑與所述煤粉的質量比為10:1-30:1。

可選的，所述有機溶劑可與水形成共沸物；或/和，

所述有機溶劑含有孤對電子，且可與水分子形成氫鍵。

可選的，所述有機溶劑的極性小于等于7。

可選的，所述有機溶劑不含有氧元素。

可選的，所述有機溶劑選自吡啶、苯、苯胺和環(huán)己烷中的一種或者幾種。

可選的，在機械攪拌或者超聲振蕩下對所述原料煤進行溶脹2-6h。

可選的，所述方法還包括：對脫水處理后的原料煤進行至少兩次干燥處理，直至最后兩次干燥處理后的重量差值小于等于0.1g。

可選的，當所述有機溶劑的沸點小于等于90℃時，在0.1mpa下通過旋轉蒸發(fā)去除所述有機溶劑；

當所述有機溶劑的沸點大于90℃時，在減壓條件下旋轉蒸發(fā)去除所述有機溶劑。

第二方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化用原料煤，根據如上所述的預處理方法獲得。

第三方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化方法，包括：對如上所述的煤氣化用原料煤進行氣化反應。

本發(fā)明實施例提供了一種煤氣化用原料煤的預處理方法以及煤氣化用原料煤，通過采用有機溶劑對原料煤進行溶脹，在溶脹完成后低溫去除有機溶劑的方式將原料煤中的水分脫除，能夠避免現(xiàn)有技術中采用加熱干燥的方式對原料煤進行脫水而使得在高溫下容易將碳以二氧化碳的形式脫除，從而使得在煤氣化進程中碳轉化率降低的情況發(fā)生，同時，通過對原料煤進行溶脹，還能夠削弱原料煤結構中的非共價鍵，形成具有較低自由能的締合結構，提高原料煤的反應活性，使得原料煤在用于氣化反應時，能夠有效提高原料煤的碳轉化率。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例提供的一種煤氣化用原料煤的預處理方法以及煤氣化用原料煤進行詳細描述。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化用原料煤的預處理方法，包括：

采用有機溶劑對所述原料煤進行溶脹，在溶脹完成后在第一溫度下蒸發(fā)去除所述有機溶劑，以將所述原料煤中的水分帶出，對所述原料煤進行脫水處理；其中，所述第一溫度小于等于90℃。

煤是由構成三維交聯(lián)網絡結構的大分子相通過氫鍵、范氏力等弱鍵形成的復雜混合物，具有類似于高聚物分子的結構，煤溶脹是煤的一種重要性質,它是利用煤所具有的供氫和受氫能力，在親電和親核試劑作用下，打破小分子相和結構單元間的弱鍵，使煤樣的體積膨脹，結構改變和重排。煤溶脹反應過程是不可逆的，其中非共價鍵的斷裂是主要特征。溶劑去除后，煤中的大分子結構發(fā)生重排，形成較強的π-π鍵，而小分子相與網絡結構相連的物理和化學力明顯減弱，煤結構的自由能降低。

本發(fā)明實施例提供了一種煤氣化用原料煤的預處理方法，通過采用有機溶劑對原料煤進行溶脹，并在溶脹完成后低溫去除有機溶劑的方式將原料煤中的水分脫除，能夠避免現(xiàn)有技術中采用加熱干燥的方式對原料煤進行脫水而使得在高溫下容易將碳以二氧化碳的形式脫除，從而使得在煤氣化進程中碳轉化率降低的情況發(fā)生，同時，通過對原料煤進行溶脹，還能夠削弱原料煤結構中的非共價鍵，形成具有較低自由能的締合結構，提高原料煤的反應活性，使得原料煤在用于氣化反應時，能夠有效提高原料煤的碳轉化率。

其中，在實際應用中，可以根據所需要達到的溶脹效果確定所選用的有機溶劑的種類和溶脹溫度。通常情況下，煤溶脹所采用的有機溶劑為親核試劑或者親電試劑，可以在常溫下進行溶脹，而對于沸點較高極性較弱的有機溶劑，為了提高溶脹效果，加快溶脹速度，也可以在加熱條件下進行溶脹。示例性的，當所述有機溶劑為苯胺、吡啶等時，可以在50-60℃對所述原料煤進行溶脹。

在本發(fā)明實施例中，主要的發(fā)明目的在于將原料煤中的水分通過有機溶劑在低溫下帶出，因此，優(yōu)選的，所述有機溶劑可與水形成共沸物；或/和，所述有機溶劑含有孤對電子，且可與水分子形成氫鍵。這樣一來，由于所述有機溶劑可與水形成共沸物，在將所述有機溶劑蒸發(fā)去除時，所述有機溶劑能夠將所述原料煤中的水帶出，例如，所述有機溶劑可以為乙醇、甲苯、苯、異丙醇、環(huán)己烷等；或者，由于所述有機溶劑含有孤對電子，且可與水分子形成氫鍵，因此，在蒸發(fā)去除有機溶劑時，能夠通過氫鍵作用將原料煤中的水帶出，例如，所述有機溶劑可以為甲醇、四氫呋喃等；當然，也可能所述有機溶劑既可與水形成共沸物，又含有孤對電子，且可與水分子形成氫鍵，同樣也能夠將原料煤中的水帶出，例如，所述有機溶劑可以為乙醇、吡啶等。

極性是指一根共價鍵或一個共價分子中電荷分布的不均勻性。有機溶劑的極性越高，對煤的溶脹作用效果越明顯，但同時越難于完全脫除。為了使有機溶劑可以有效脫除，優(yōu)選的，所述有機溶劑的極性小于等于7。

進一步優(yōu)選的，所述有機溶劑不含有氧元素。能夠避免有機溶劑中含有氧元素使得煤氣化過程中產生的煤氣中含氧氣體產量增大的情況發(fā)生，這在用于煤加氫氣化反應時，能夠提高反應活性，進而能夠進一步提高煤的碳轉化率。

示例性的，所述有機溶劑可以選自吡啶、苯、苯胺和環(huán)己烷中的一種或者幾種。當有機溶劑為吡啶時，吡啶的極性為5.3，吡啶與水可以形成共沸物，且吡啶上的氮上含有孤對電子，可以與水形成氫鍵，可以在低溫下將水有效帶出；環(huán)己烷的極性為0.1，苯的極性為3，環(huán)己烷和苯均為常用的帶水劑，可與水形成共沸物，能夠在低溫下將水帶出；苯胺的極性為6.3，且苯胺中的氮含有孤對電子，可與水形成氫鍵，能夠將水有效帶出，且吡啶、苯胺、環(huán)己烷和苯中均不含氧元素，能夠減少煤氣中含氧氣體的生成，這在用于煤加氫氣化反應時，能夠提高反應活性，提高煤的碳轉化率。

為了降低有機溶劑對人體的傷害，進一步優(yōu)選地，所述有機溶劑選自吡啶和環(huán)己烷中的一種或者兩種。

本發(fā)明的又一實施例中，所述原料煤為煤粉，所述有機溶劑與所述煤粉的質量比為10:1-30:1。有利于煤粉與有機溶劑充分接觸，便于煤溶脹的進行。

為了更好地促進煤與有機溶劑之間的溶脹作用，進一步優(yōu)選的，在機械攪拌或者超聲振蕩下對所述原料煤進行溶脹2-6h。

本發(fā)明的一實施例中，所述方法還包括：對脫水處理后的原料煤進行至少兩次干燥處理，直至最后兩次干燥處理后的重量差值小于等于0.1g。能夠更好、更快地對有機溶劑進行脫除，避免有機溶劑殘留。

本發(fā)明的又一實施例中，當所述有機溶劑的沸點小于等于90℃時，在0.1mpa下通過旋轉蒸發(fā)去除所述有機溶劑；當所述有機溶劑的沸點大于90℃時，在減壓條件下旋轉蒸發(fā)去除所述有機溶劑。

在本發(fā)明實施例中，能夠在低溫下對有機溶劑進行脫除，進而能夠進一步有效防止溫度較高所帶來的原料煤脫碳問題。

示例性的，當所述有機溶劑為吡啶時，可以在0.09mpa的減壓條件下，溫度為60℃時將其旋轉蒸發(fā)去除。

第二方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化用原料煤，根據如上所述的預處理方法獲得。

本發(fā)明實施例提供一種煤氣化用原料煤，采用如上所述的預處理方法對原料煤進行預處理，能夠在低溫下將原料煤中的水分有效脫除，能夠避免現(xiàn)有技術中采用加熱干燥的方式對原料煤進行脫水而使得在高溫下容易將碳以二氧化碳的形式脫除，從而使得在煤氣化進程中碳轉化率降低的情況發(fā)生，同時，通過對原料煤進行溶脹，還能夠削弱原料煤結構中的非共價鍵，形成具有較低自由能的締合結構，提高原料煤的反應活性，使得該煤氣化用原料煤在用于氣化反應時，能夠有效提高原料煤的碳轉化率。

第三方面，本發(fā)明實施例提供一種煤氣化方法，包括：對如上所述的煤氣化用原料煤進行氣化反應。

本發(fā)明實施例提供一種煤氣化方法，由于該煤氣化用原料煤通過如上所述的預處理方法獲得，在預處理過程中，通過有機溶劑對原料煤進行溶脹，在溶脹完成后低溫去除有機溶劑的方式將原料煤中的水分脫除，能夠避免現(xiàn)有技術中采用加熱干燥的方式對原料煤進行脫水而使得在高溫下容易將碳以二氧化碳的形式脫除，從而使得在煤氣化進程中碳轉化率降低的情況發(fā)生，同時，通過對原料煤進行溶脹，還能夠削弱原料煤結構中的非共價鍵，形成具有較低自由能的締合結構，提高原料煤的反應活性，因此，通過將如上所獲得的煤氣化用原料煤進行氣化反應，能夠有效提高所述煤氣化用原料煤的碳轉化率。

以下，本發(fā)明實施例將通過對比例和實施例對本發(fā)明進行說明。這些實施例僅是為了具體說明本發(fā)明而提出的示例，本領域技術人員可以知道的是本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制。

為了客觀地對本發(fā)明的技術效果進行評價，對比例和實施例中所選用的煤種、干燥程度以及煤氣化條件均相同。

對比例

煤氣化用原料煤的脫水干燥：采用褐煤作為煤氣化用原料煤，將所述煤氣化用原料煤破碎、篩分為粒狀，對所述原料煤在氮氣保護下進行加熱干燥3h，干燥溫度為190℃，將原料煤中的水分脫除，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為8％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為50％。

實施例1

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用吡啶在50℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹2h(吡啶與煤氣化用原料煤的質量比為10:1)，在0.09mpa下、60℃旋蒸蒸發(fā)除去吡啶，并將除去吡啶之后的產物放入鼓風干燥箱中在65℃干燥兩次，一次2h，兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.1g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為5％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為56％。

實施例2

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用甲醇在25℃對所述煤氣化用原料煤在超聲振蕩下進行溶脹6h(甲醇與煤氣化用原料煤的質量比為30:1)，在0.1mpa下旋蒸蒸發(fā)除去甲醇，并將除去甲醇之后的產物放入鼓風干燥箱中在50℃干燥兩次，一次2h，兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.05g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為4％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為54％。

實施例3

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用乙醇和環(huán)己烷在25℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹4h(乙醇和環(huán)己烷的混合溶劑與煤氣化用原料煤的質量比為20:1)，在0.02mpa下、50℃旋蒸蒸發(fā)除去乙醇和環(huán)己烷，并將除去乙醇和環(huán)己烷之后的產物放入鼓風干燥箱中在65℃干燥三次，一次2h，最后兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.04g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為)3％。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為56％。

實施例4

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用吡啶和環(huán)己烷在60℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹3h(吡啶和環(huán)己烷與煤氣化用原料煤的質量比為15:1)，在0.02mpa下、60℃旋蒸蒸發(fā)除去吡啶和環(huán)己烷，并將除去吡啶和環(huán)己烷之后的產物放入鼓風干燥箱中在70℃干燥三次，一次2h，最后兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.1g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為5％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為58％。

實施例5

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用四氫呋喃在50℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹2h(四氫呋喃與煤氣化用原料煤的質量比為30:1)，在65℃旋蒸蒸發(fā)除去四氫呋喃，并將除去四氫呋喃之后的產物放入鼓風干燥箱中在70℃干燥兩次，一次2h，兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.05g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為5％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為55％。

實施例6

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用苯胺在50℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹6h(苯胺與煤氣化用原料煤的質量比為20:1)，在0.09mpa，90℃旋蒸蒸發(fā)除去苯胺，并將除去苯胺之后的產物放入鼓風干燥箱中在80℃干燥四次，一次2h，最后兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.08g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為5％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為57％。

實施例7

煤氣化用原料煤的脫水干燥：將與對比例中相同的煤粉作為煤氣化用原料煤，采用四氫呋喃在50℃對所述煤氣化用原料煤在攪拌下進行溶脹2h(四氫呋喃與煤氣化用原料煤的質量比為30:1)，在65℃旋蒸蒸發(fā)除去四氫呋喃，并將除去四氫呋喃之后的產物放入鼓風干燥箱中在70℃干燥兩次，一次2h，兩次所獲得的干燥產物的質量差為0.05g，獲得所述原料煤中的水分含量滿足輸送要求(所述原料煤的水分含量約為5％)。

煤加氫氣化反應過程：將滿足輸送要求的原料煤和氫氣在氣化爐中與對比例在同等的條件下進行加氫氣化反應，獲得粗煤氣，對粗煤氣進行成分分析，并通過計算獲得煤加氫氣化反應的碳轉化率為55％。

綜上所述，采用本發(fā)明實施例提供的預處理方法對原料煤進行預處理，能夠在低溫下將原料煤中的水分有效脫除，避免現(xiàn)有技術中采用加熱干燥的方式對原料煤進行脫水而使得在高溫下容易將碳以二氧化碳的形式脫除，從而使得在煤氣化進程中碳轉化率降低的情況發(fā)生，同時，通過對原料煤進行溶脹，還能夠削弱原料煤結構中的非共價鍵，形成具有較低自由能的締合結構，提高原料煤的反應活性，使得該煤氣化用原料煤在用于氣化反應時，能夠有效提高原料煤的碳轉化率。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。