專利名稱：一種低活性粉煤的催化氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種對(duì)揮發(fā)分小于7％低活性無(wú)煙粉煤或干餾煤焦采用工業(yè)廢堿催化劑進(jìn)行高效催化氣化以提高煤氣產(chǎn)率、改善煤氣熱值與堿性灰渣煅燒無(wú)害化的方法。
背景技術(shù)：
煤炭催化氣化是一種降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率，控制煤氣成分的先進(jìn)氣化方法。從1869年英國(guó)專利首次提出以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者曾就有關(guān)煤的催化氣化機(jī)理、多種催化劑的篩選、催化氣化工藝條件的優(yōu)化、生產(chǎn)代用天然氣的催化氣化工藝(ECCG)中間試驗(yàn)等進(jìn)行了廣泛的研究，但對(duì)低活性劣質(zhì)煤種經(jīng)催化氣化轉(zhuǎn)化為城市煤氣、合成氣、工業(yè)燃?xì)?、冶金還原氣等方面，卻未見報(bào)導(dǎo)；催化劑的廉價(jià)與回收、高效轉(zhuǎn)化與清潔生產(chǎn)是催化氣化工藝的瓶頸。我國(guó)3/4能源來自煤，煤炭?jī)?chǔ)量豐富，居世界第三，由于煤礦分布不均、地區(qū)差價(jià)很大、煤質(zhì)優(yōu)劣不等、塊煤開采有限等因素，嚴(yán)重地制約著以煤為源頭的鋼鐵、化肥、水泥、陶瓷、玻璃、建材等多種工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；以福建省煤炭?jī)?chǔ)量為例，98％以上是屬于揮發(fā)份低(Vad＜5％)、灰熔點(diǎn)低、著火點(diǎn)高(＞950℃)、燃燒性差、粉碎性強(qiáng)的低活性無(wú)煙煤，采用常規(guī)高溫(＞1000℃)流化床粉煤氣化技術(shù)，煤氣產(chǎn)率低(＜1Nm3/kg·煤)，煤氣成本高，不具工業(yè)化的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種對(duì)揮發(fā)份小于7％的低活性粉煤或干餾煤焦采用工業(yè)廢堿催化劑進(jìn)行高效催化氣化以提高煤氣產(chǎn)率、改善煤氣熱值、降低煤氣成本、同時(shí)實(shí)現(xiàn)堿性灰渣煅燒無(wú)害化的的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的第一階段—催化氣化階段包括低活性粉煤—工業(yè)廢堿催化劑的浸漬混合干燥(簡(jiǎn)稱煤樣預(yù)制階段)與混合煤樣在流化床氣化爐中的催化氣化(簡(jiǎn)稱氣化反應(yīng)階段)。
(1)煤樣預(yù)制階段將任一常溫下的工業(yè)廢堿液噴入一裝填低活性粉煤的攪拌床或轉(zhuǎn)筒干燥器中，煤粉在攪拌床中攪拌或轉(zhuǎn)筒干燥器中滾轉(zhuǎn)過程中為廢堿液淋濕與浸漬，并同時(shí)進(jìn)行混合與干燥，既可防止浸濕煤料間的團(tuán)聚與結(jié)餅，又能實(shí)現(xiàn)廢堿混合煤樣的制備與供給。
(2)氣化反應(yīng)階段干燥后的廢堿催化劑混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，可采用混合氣(空氣/水蒸氣)或水蒸汽進(jìn)行氣化，當(dāng)混合氣(空氣/水蒸氣)催化氣化時(shí)所產(chǎn)生的煤氣熱值為QLHV＞6MJ/m3，而水蒸汽催化氣化所產(chǎn)生的煤氣熱值為QLHV＞9MJ/m3，兩者煤產(chǎn)氣率可達(dá)Vg＞3m3/kg·煤。
第二階段—灰渣煅燒階段在灰渣煅燒階段，將固體脫堿助劑與催化氣化后堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐中，用來至流化床換熱器的預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，堿性物質(zhì)將與灰渣中多種氧化物發(fā)生?；磻?yīng)以生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，使灰渣脫堿率高達(dá)95％以上，并比工業(yè)高溫(＞1000℃)無(wú)催化氣化所得灰渣具有更低的無(wú)堿結(jié)果。
第三階段—集成連續(xù)操作廢堿催化劑混合煤樣在流化床氣化爐850℃～870℃的較低溫度下與來自煅燒爐過熱蒸汽發(fā)生催化氣化反應(yīng)，排出的堿性灰渣在流化床煅燒爐870℃～900℃較高溫度下與空氣燃燒換熱產(chǎn)生過熱蒸汽，用于供給氣化爐，完成了氣化與燃燒的自熱供給平衡；低活性粉煤催化氣化及排出含堿灰渣煅燒工藝制度的一致性構(gòu)成了“催化氣化—灰渣煅燒”兩過程的集成組合與連續(xù)操作的模式。
本發(fā)明的方法包括如下步驟(1)將常溫下的工業(yè)廢堿液噴入一裝填粒徑為0.8～6mm與揮發(fā)份小于7％的低活性粉煤或干餾煤焦的攪拌床或轉(zhuǎn)筒干燥器，廢堿液總體積量以淹沒粉煤或干餾煤焦的裝填量為準(zhǔn)，其中Na含量以折算為NaOH量占粉煤或干餾煤焦重量的2％～5％，在110℃-130℃條件下進(jìn)行混合并干燥4～8小時(shí)，制得混合煤樣；(2)混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，在氣化溫度850℃～900℃、氣化時(shí)間30～60min條件下，與來自流化床煅燒爐的水蒸汽和預(yù)熱空氣混合后以水蒸汽/空氣＝1～1.6kg/m3及水/煤＝1.4～2.3kg/kg或水蒸汽以水/煤＝3～5kg/kg進(jìn)行催化氣化，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；(3)占?jí)A性灰渣重1％～3％的固體脫堿助劑與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，被來至流化床換熱器預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，在煅燒溫度870℃～900℃、煅燒時(shí)間30～60min條件下，生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，同時(shí)煅燒熱量經(jīng)換熱產(chǎn)生過熱蒸汽，用于供給氣化爐；(4)煅燒爐自動(dòng)排出的無(wú)堿殘?jiān)霉腆w氣動(dòng)閥進(jìn)入埋有空氣換熱管的淺層矩形流化床換熱器中，其熱量用于預(yù)熱空氣，而換熱降溫后的無(wú)堿殘?jiān)米鹘ㄖ牧稀?br> 如上所述的工業(yè)廢堿是指工廠副產(chǎn)廢堿、粘膠纖維廢堿、紙槳黑液廢堿等，甚至工業(yè)固堿或液堿也可。
如上所述廢堿液的噴入要保證煤樣的充分淋濕或浸漬。
如上所述的脫堿助劑是指含Si、Al、Ca、Fe、K等元素的多種廉價(jià)無(wú)機(jī)礦物，如鋁釩土，硅藻土，高嶺土，白云石，粘土等。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用多種工業(yè)廢堿液(工廠副產(chǎn)廢堿、粘膠纖維廢堿、紙槳黑液廢堿等)進(jìn)行低活性煤的催化氣化，廉價(jià)高效，減少污染，與多種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(纖維廠、纖維板廠、造紙廠等)結(jié)合，改變?nèi)济哄仩t的傳統(tǒng)供熱模式，降低成本，清潔生產(chǎn)，形成低活性煤種催化氣化聯(lián)產(chǎn)燃?xì)夂驼羝男鹿に嚶肪€。
(2)在催化氣化過程中，工業(yè)廢堿催化劑可與煤中多稠芳香環(huán)結(jié)構(gòu)上的邊緣碳原子形成活性中間絡(luò)合物、改變反應(yīng)途徑、降低反應(yīng)活化能，從而在適度較低溫度條件下，克服了煤反應(yīng)活性與灰熔點(diǎn)的限制，達(dá)到增加氣化反應(yīng)速率與煤氣產(chǎn)率的目的。
(3)低活性無(wú)煙煤種(揮發(fā)份低Vad＜7％)經(jīng)工業(yè)廢堿常壓混合氣(空氣/水蒸氣)或水蒸氣流化床催化氣化，可獲得煤氣熱值＞6MJ/m3或＞9MJ/m3與煤氣產(chǎn)率均＞3Nm3/kg·煤的結(jié)果，其轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)氣率均達(dá)到無(wú)催化時(shí)的2倍以上。
(4)固體脫堿助劑與堿性灰渣混合后經(jīng)常壓空氣流化床煅燒，在煅燒溫度870℃～900℃條件下，堿性物質(zhì)與灰渣中多種氧化物發(fā)生玻璃化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，灰渣脫堿率95％以上，達(dá)到灰渣脫堿無(wú)害化與用作優(yōu)質(zhì)建筑材料的目的。
(5)催化氣化與灰渣煅燒工藝條件的一致性保證了固體物料在氣化爐與煅燒爐之間的連續(xù)循環(huán)與穩(wěn)定操作；通過流化床氣化爐、流化床煅燒爐、流化床換熱器等的優(yōu)化組合，使氣化爐中煤與高溫過熱蒸汽(來自煅燒爐)發(fā)生催化氣化反應(yīng)，煅燒爐中灰渣與空氣燃燒反應(yīng)經(jīng)換熱產(chǎn)生過熱蒸汽(供給氣化爐)，完成了系統(tǒng)氣化與燃燒的自熱供給平衡，進(jìn)行了“催化氣化—灰渣煅燒”兩個(gè)過程的集成組合，實(shí)現(xiàn)了高效氣化與殘?jiān)D(zhuǎn)化的潔凈生產(chǎn)技術(shù)。
具體實(shí)施例方式


圖1是本發(fā)明的工藝過程示意圖。
如圖所示，粉煤或干餾煤焦與廢堿催化劑經(jīng)浸漬干燥器1被熱空氣干燥后進(jìn)入流化床氣化爐2在混合氣(水蒸汽/空氣)或水蒸汽氣氛下進(jìn)行催化氣化，氣化需熱由高溫水蒸汽或混合氣來供給；氣化排出堿性灰渣連續(xù)氣動(dòng)輸送進(jìn)入流化床煅燒爐4發(fā)生高溫煅燒與?；呻y溶復(fù)合硅酸鹽無(wú)堿殘?jiān)唤又鴼鈩?dòng)輸送到流化床換熱器7以產(chǎn)生預(yù)熱空氣，而后無(wú)堿殘?jiān)暂^低溫度排出；催化氣化所產(chǎn)生的高溫煤氣可使置于流化床氣化爐2頂部的廢熱鍋爐3產(chǎn)生飽和蒸汽，再經(jīng)相關(guān)煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)一步降低溫度后送入氣柜；過熱蒸汽由置于煅燒爐4底部的蒸汽過熱器6產(chǎn)生，以供氣化爐2中氣化反應(yīng)所需的熱量；預(yù)熱空氣部分由流化床換熱器7產(chǎn)生，部分由置入流化床煅燒爐4頂部的空氣預(yù)熱器5產(chǎn)生，這些預(yù)熱空氣將分別供給浸漬干燥器1和流化床氣化爐2使用。
實(shí)施例1(1)將常溫下的工業(yè)廢堿液噴入一裝填粒徑為0.8～2.0mm與福建上京無(wú)煙粉煤(揮發(fā)分Vad％＝2.69％，灰分Aad％＝18.37％)攪拌床，其中廢堿液總體積量以淹沒粉煤或干餾煤焦的裝填量為準(zhǔn)，Na含量以折算為NaOH量占粉煤或干餾煤焦重量的3.8％，在110℃條件下進(jìn)行混合并干燥8小時(shí)，制得混合煤樣；(2)混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，在氣化溫度850℃、氣化時(shí)間50min條件下，與來自流化床煅燒爐的水蒸汽和預(yù)熱空氣混合后以水蒸汽/空氣＝1.4kg/m3及水/煤＝2kg/kg進(jìn)行催化氣化，經(jīng)測(cè)試可獲得煤氣產(chǎn)率3.18Nm3/kg·煤及煤氣熱值7.07MJ/m3的結(jié)果，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；(3)占?jí)A性灰渣重3％的硅藻土與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，被來至流化床換熱器預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，在煅燒溫度870℃、煅燒時(shí)間40min條件下，生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，此時(shí)灰渣含堿量由煅燒前9.4×10-3克·堿/克·煤減為0.38×10-3克·堿/克·煤，灰渣脫堿率96％；同時(shí)煅燒熱量經(jīng)換熱產(chǎn)生過熱蒸汽，用于供給氣化爐；(4)煅燒爐自動(dòng)排出的無(wú)堿殘?jiān)霉腆w氣動(dòng)閥進(jìn)入埋有空氣換熱管的淺層矩形流化床換熱器中，其熱量用于預(yù)熱空氣，而換熱降溫后的無(wú)堿殘?jiān)米鹘ㄖ牧稀?br> 實(shí)施例2(1)將常溫下的2％紙漿黒液(折算為NaOH量占煤重)與粒徑為1.0～4.0mm的福建永定無(wú)煙粉煤(揮發(fā)分Vad％＝3.56％，灰分Aad％＝19.94％)進(jìn)行浸漬，然后在轉(zhuǎn)筒干燥器中扵120℃條件下干燥4小時(shí)，制得混合煤樣；(2)混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，在氣化溫度880℃、氣化時(shí)間40min條件下，與來自流化床煅燒爐的水蒸汽和預(yù)熱空氣混合后以水蒸汽/空氣＝1.1kg/m3及水/煤＝1.6kg/kg進(jìn)行催化氣化，經(jīng)測(cè)試可獲得煤氣產(chǎn)率4.33Nm3/kg·煤及煤氣熱值7.01MJ/m3的結(jié)果，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；
(3)占?jí)A性灰渣重2％的鋁礬土與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，被來至流化床換熱器預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，在煅燒溫度890℃、煅燒時(shí)間30min條件下，生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，此時(shí)灰渣含堿量由煅燒前9.4×10-3克·堿/克·煤減為0.38×10-3克·堿/克·煤，灰渣脫堿率96％；(4)煅燒爐自動(dòng)排出的無(wú)堿殘?jiān)霉腆w氣動(dòng)閥進(jìn)入埋有空氣換熱管的淺層矩形流化床換熱器中，其熱量用于預(yù)熱空氣，而換熱降溫后的無(wú)堿殘?jiān)米鹘ㄖ牧稀?br> 實(shí)施例3(1)將常溫下的粘膠廢堿液噴入一裝填粒徑為3.0～5.0mm福建上京無(wú)煙粉煤(揮發(fā)分Vad％＝2.69％，灰分Aad％＝18.37％)攪拌床，其中廢堿液總體積量以淹沒粉煤或干餾煤焦的裝填量為準(zhǔn)，Na含量以折算為NaOH量占粉煤或干餾煤焦重量的5.0％，在120℃條件下進(jìn)行混合并干燥6小時(shí)，制得混合煤樣；(2)混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，在氣化溫度900℃、氣化時(shí)間60min條件下，與來自流化床煅燒爐的水蒸汽(水/煤＝4.5kg/kg)進(jìn)行催化氣化，經(jīng)測(cè)試可獲得煤氣產(chǎn)率3.4Nm3/kg·煤及煤氣熱值9.3MJ/m3的結(jié)果，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；(3)占?jí)A性灰渣重1％的白云石與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，被來至流化床換熱器預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，在煅燒溫度900℃、煅燒時(shí)間60min條件下，生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，此時(shí)灰渣含堿量由煅燒前9.4×10-3克·堿/克·煤減為0.38×10-3克·堿/克·煤，灰渣脫堿率96％；(4)煅燒爐自動(dòng)排出的無(wú)堿殘?jiān)霉腆w氣動(dòng)閥進(jìn)入埋有空氣換熱管的淺層矩形流化床換熱器中，其熱量用于預(yù)熱空氣，而換熱降溫后的無(wú)堿殘?jiān)米鹘ㄖ牧稀?br> 權(quán)利要求
1.一種低活性粉煤的催化氣化方法，其特征在于包括如下步驟(1)將常溫下的工業(yè)廢堿液噴入一裝填粒徑為0.8～6mm與揮發(fā)份小于7％的低活性粉煤或干餾煤焦的攪拌床或轉(zhuǎn)筒干燥器，廢堿液總體積量以淹沒粉煤或干餾煤焦的裝填量為準(zhǔn)，其中Na含量以折算為NaOH量占粉煤或干餾煤焦重量的2％～5％，在110℃-130℃條件下進(jìn)行混合并干燥4～8小時(shí)，制得混合煤樣；(2)混合煤樣進(jìn)入流化床氣化爐中，在氣化溫度850℃～900℃、氣化時(shí)間30～60min條件下，與來自流化床煅燒爐的水蒸汽和預(yù)熱空氣混合后以水蒸汽/空氣＝1～1.6kg/m3及水/煤＝1.4～2.3kg/kg或水蒸汽以水/煤＝3～5kg/kg進(jìn)行催化氣化，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；(3)占?jí)A性灰渣重1％～3％的固體脫堿助劑與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，被來至流化床換熱器預(yù)熱空氣進(jìn)行流化，在煅燒溫度870℃～900℃、煅燒時(shí)間30～60min條件下，生成穩(wěn)定、難溶與耐腐的復(fù)合硅酸鹽，同時(shí)煅燒熱量經(jīng)換熱產(chǎn)生過熱蒸汽，用于供給氣化爐；(4)煅燒爐自動(dòng)排出的無(wú)堿殘?jiān)霉腆w氣動(dòng)閥進(jìn)入埋有空氣換熱管的淺層矩形流化床換熱器中，其熱量用于預(yù)熱空氣，而換熱降溫后的無(wú)堿殘?jiān)米鹘ㄖ牧稀?br> 2.如權(quán)利要求1所述的一種低活性粉煤的催化氣化方法，其特征在于上所述的工業(yè)廢堿是指工廠副產(chǎn)廢堿、粘膠纖維廢堿、紙槳黑液廢堿。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低活性粉煤的催化氣化方法，其特征在于上所述的工業(yè)廢堿液的噴入要保證煤樣的充分淋濕或浸漬。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低活性粉煤的催化氣化方法，其特征在于上所述的脫堿助劑是指含Si、Al、Ca、Fe或K元素的無(wú)機(jī)礦物。
5.如權(quán)利要求4所述的一種低活性粉煤的催化氣化方法，其特征在于上所述的無(wú)機(jī)礦物是鋁釩土，硅藻土，高嶺土，白云石或粘土。
全文摘要
一種低活性粉煤的催化氣化方法是將工業(yè)廢堿液噴入低活性粉煤或干餾煤焦混合干燥，之后進(jìn)入流化床氣化爐中，在一定氣化溫度、氣化時(shí)間條件下與空氣/水蒸氣或水蒸汽進(jìn)行催化氣化，氣化爐底部或側(cè)面可自動(dòng)排出堿性灰渣；將固體脫堿助劑與堿性灰渣混合后一起進(jìn)入流化床煅燒爐，在一定煅燒溫度、煅燒時(shí)間條件下生成復(fù)合硅酸鹽，同時(shí)煅燒熱量經(jīng)換熱產(chǎn)生過熱蒸汽，用于供給氣化爐。本發(fā)明具有轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)氣率均達(dá)到無(wú)催化時(shí)的2倍以上，“催化氣化—灰渣煅燒”兩個(gè)過程的集成組合，實(shí)現(xiàn)了高效氣化與殘?jiān)D(zhuǎn)化的潔凈生產(chǎn)技術(shù)，達(dá)到灰渣脫堿無(wú)害化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10B53/04GK1570025SQ20041001227
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者張濟(jì)宇, 林駒, 林誠(chéng), 曠戈, 林榮英 申請(qǐng)人:福州大學(xué)