一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法
【專利摘要】一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法是以高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤為原料，摻入自身的水洗渣混合而成樣品，樣品中高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤含量為80-95wt%，水洗渣含量為5-20wt%，制備好的樣品在流化床內(nèi)進(jìn)行氣化。本發(fā)明具有簡單實用，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)加入水洗渣的量來提高煤灰熔點及燒結(jié)溫度，滿足高負(fù)載催化劑的煤在催化氣化工藝中的應(yīng)用優(yōu)點。
【專利說明】一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在全球經(jīng)濟迅速發(fā)展的今天，石油供需矛盾日益突出，我國石油進(jìn)口依存度越來 越高，已嚴(yán)重威脅到我國能源安全和經(jīng)濟建設(shè)。尋求新的替代能源勢在必行，煤化工越來越 顯示出優(yōu)勢。煤炭氣化已經(jīng)有二百多年的歷史。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(yīng)溫度、提高反應(yīng) 速度、改善煤氣組成、提高熱值，引起了人們的廣泛關(guān)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(jìn)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。
[0003] 煤的催化氣化是一種降低反應(yīng)溫度、提高反應(yīng)速率、改善煤氣成分的先進(jìn)氣化方 法，煤催化氣化引入了可以同時催化C-H2O氣化反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)和C0/H2甲烷化反應(yīng) 的催化劑，在較低溫度￠50-7501:)、較高壓力（3. 0-4.OMPa)條件下在加壓流化床氣化爐 內(nèi)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 齊?，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(tuán)聚結(jié)渣，嚴(yán)重時排渣困難、甚至失流化等，致使反應(yīng)器難于連續(xù)穩(wěn)定運行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了上述技術(shù)不足之處，其目的在于提供一種防止催化氣化氣化爐結(jié)渣 的方法，該方法簡單實用，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)加入水洗渣的量來提高煤灰熔點及燒結(jié)溫度， 滿足高負(fù)載催化劑的煤在催化氣化工藝中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006] -種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，它以高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤為原料，摻 入自身的水洗渣混合而成樣品，樣品中高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤含量為80_95wt%，水洗渣 含量為5-20wt% (質(zhì)量百分比），制備好的樣品在流化床內(nèi)進(jìn)行氣化。
[0007] 如上所述的高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤中催化劑負(fù)載量為8-20wt%，其燒結(jié)溫度在 700°C以下。
[0008] 如上所述的易結(jié)渣煤為煤灰熔點溫度小于1200°C的煤樣，如王家塔煤，鄂爾多斯 煤等。
[0009] 如上所述的催化劑為堿金屬化合物，如K2C03、KOH、Na2C03、Li2CO3等。
[0010] 如上所述的氣化條件為流化床進(jìn)行氣化公知的條件，反應(yīng)溫度650°C_750°C、反 應(yīng)壓力3-4MPa，停留時間為l-3h，水蒸氣氣氛。
[0011] 負(fù)載催化劑煤的灰渣中也含有大量的Si、Al等耐熔物質(zhì)，同時也富含K、Ca、Fe等 助熔物質(zhì)，若灰渣經(jīng)水洗處理后，可以使煤灰中的大部分K、Ca等助熔物質(zhì)去除，從而使SiO2 和Al2O3發(fā)生富集。把水洗后的灰渣添加到原煤中，使原煤灰的化學(xué)成分和礦物組成發(fā)生改 變，從而使高負(fù)載催化劑煤的燒結(jié)溫度超過爐內(nèi)的操作溫度，預(yù)防了結(jié)渣。
[0012] 本發(fā)明有如下優(yōu)點：
[0013] (1)自身煤種解決自身的結(jié)渣問題，不需要添加外來的其它物質(zhì)。（1)灰渣的重復(fù) 利用。（3)添加的水洗灰渣對高負(fù)載催化劑煤的碳轉(zhuǎn)化率，催化劑回收率不會造成很大影 響。（4)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】
[0014] 圖1是王家塔煤樣負(fù)載20%K2CO3催化劑氣化渣。圖2是王家塔煤樣負(fù)載20% K2CO3催化劑添加10%的水洗渣后的氣化渣。圖3是鄂爾多斯煤樣負(fù)載10%K2CO3催化劑 氣化渣。圖4是鄂爾多斯煤樣負(fù)載10%K2CO3催化劑添加8%的水洗渣后的氣化渣。圖5 是王家塔煤負(fù)載10%K2CO3燒結(jié)溫度的確定圖。

【具體實施方式】：
[0015] 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(jìn) 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(jìn)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(dāng)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(dǎo)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(yīng)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(fù)載10%K2CO3燒結(jié)溫度的確定圖，從圖 中可以看出，當(dāng)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。
[0016] 本發(fā)明結(jié)合實施例詳細(xì)說明如下：
[0017] 實施例1
[0018] (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與K2CO3催化劑溶液按體積比為 1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中K2CO3催化劑負(fù)載量為20wt%。
[0019] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣10wt%。
[0020] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度650°C、反應(yīng)壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進(jìn)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⑵制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度650°C、反應(yīng)壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度為670°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
[0023] (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與K2CO3催化劑溶液按體積比為 1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中K2CO3催化劑負(fù)載量為15wt%。
[0024] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣Swt%。
[0025] (3)將步驟⑴制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度700°C、反應(yīng)壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，出現(xiàn)嚴(yán)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。
[0026](4)將步驟⑵制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度700°C、反應(yīng)壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，灰渣未出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為765°C，高于流化床內(nèi) 的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0027] 實施例3
[0028] (1)在灰熔點為1177°C的王家塔煤樣中，以煤樣與Na2CO3催化劑溶液按體積比為 1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中Na2CO3催化劑負(fù)載量為8wt%。
[0029] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣5wt%。
[0030] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度750°C、反應(yīng)壓力4MPa，停留時間 為3h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，出現(xiàn)嚴(yán)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。
[0031] (4)將步驟⑵制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度750°C、反應(yīng)壓力4MPa，停留時間 為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，結(jié)渣現(xiàn)象得到明顯改善，燒結(jié)溫度大于800°C，高于流化床 內(nèi)的操作溫度。氣化后的氣體組成見表1。
[0032] 實施例4
[0033] (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與K2CO3催化劑溶液按體積比為 1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中K2CO3催化劑負(fù)載量為20wt%。
[0034] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣10wt%。
[0035] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度650°C、反應(yīng)壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進(jìn)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。
[0036](4)將步驟⑵制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度650°C、反應(yīng)壓力3MPa，停留時間 為lh，水蒸氣氣氛下進(jìn)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。
[0037] 實施例5
[0038] (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與K2CO3催化劑溶液按體積比為 1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中K2CO3催化劑負(fù)載量為15wt%。
[0039] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣Swt%。
[0040] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度700°C、反應(yīng)壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，出現(xiàn)嚴(yán)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。
[0041] (4)將步驟（2)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度700°C、反應(yīng)壓力3. 5MPa，停留時 間為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，灰渣未出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，燒結(jié)溫度為745°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] 實施例6
[0043] (1)在灰熔點為1062°C的鄂爾多斯煤樣中，以煤樣與Na2CO3催化劑溶液按體積比 為1:1進(jìn)行浸漬負(fù)載，使負(fù)載催化劑王家塔煤樣中Na2CO3催化劑負(fù)載量為8wt%。
[0044] (2)負(fù)載催化劑后王家塔煤樣中，通過機械混合的方式摻入水洗渣5wt%。
[0045] (3)將步驟（1)制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度750°C、反應(yīng)壓力4MPa，停留時間 為3h，水蒸氣氣氛下進(jìn)行氣化，出現(xiàn)嚴(yán)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。
[0046] (4)將步驟⑵制備好樣品在流化床內(nèi)，反應(yīng)溫度750°C、反應(yīng)壓力4MPa，停留時間 為2h，水蒸氣氣氛下進(jìn)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。
[0047] 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(jìn)，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(hù)范圍。
[0048]表1
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于包括如下步驟： 以高負(fù)載催化劑的易結(jié)渣煤為原料，摻入自身的水洗渣混合而成樣品，樣品中高負(fù)載 催化劑的易結(jié)渣煤含量為80-95wt%，水洗渣含量為5-20wt%，制備好的樣品在流化床內(nèi)進(jìn) 行氣化。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于所述的高負(fù) 載催化劑的易結(jié)渣煤中催化劑負(fù)載量為8-20wt%，其燒結(jié)溫度在700°C以下。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于所述的易結(jié) 渣煤為煤灰熔點溫度小于1200°C的煤。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于煤灰溫度小 于1200°C的煤為王家塔煤或鄂爾多斯煤。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于所述的催化 劑為堿金屬化合物，如K2C0 3、KOH、Na2C03或Li2C03。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)防催化氣化氣化爐結(jié)渣的方法，其特征在于所述的氣化 條件在流化床進(jìn)行氣化，反應(yīng)溫度650°C _750°C、反應(yīng)壓力3-4 MPa，停留時間為l-3h，水蒸 氣氣氛。
【文檔編號】C10J3/54GK104263416SQ201410549576
【公開日】2015年1月7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(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所