一种催化气化工艺的配煤方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种催化气化工艺的配煤方法，属于煤催化气化工艺领域，以拓宽适用于催化气化工艺的煤种范围，提高整体工艺的技术经济性。所述催化气化工艺的配煤方法，包括：对负载催化剂工艺待用煤进行低温灰化，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度和烧结温度；当所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度≤预设值一或烧结温度≤所述预设值二时，向所述负载催化剂工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得负载催化剂混配煤样；对负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度和烧结温度，并重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度＞所述预设值一且烧结温度＞所述预设值二。本发明可用于煤催化气化技术中。
【专利说明】一种催化气化工艺的配煤方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤催化气化工艺领域，尤其涉及一种减缓易结渣煤种结渣性的配煤方法。
【背景技术】
[0002]煤催化气化技术是指煤在相对较低的温度下与水蒸汽等气化剂在催化剂的催化作用下发生气化反应，以生成高浓度甲烷的气化技术。煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，与其他煤气化技术相比，煤催化气化技术具有制备得到的甲烷含量高、气化反应所需的温度低等优点。
[0003]但在该技术中，添加的碱金属、碱土金属等催化剂在一定的工艺条件、反应气氛下可能会与煤中的矿物质形成低温共融物，降低煤的灰熔点，尤其是针对灰中硅铝含量低、铁含量高的易结渣煤种，催化剂的添加还会导致煤灰颗粒相互粘结结渣，造成流化状态不好，严重时会出现排渣困难、甚至失流化等问题，致使反应器难以连续稳定运行，使得该煤种不适于催化气化工艺，进而使得工艺的煤种适用范围变窄。
[0004]专利申请200810117566.7公开了一种降低燃煤结渣性能的配煤方法，提供了一种根据燃煤结渣指数来决定掺烧比例的方法，该方法包括测定煤灰软化温度ST、煤灰成分，根据公式计算结渣指数 ，进而决定煤种掺烧比例。但该专利只适用于指导神华煤在不同锅炉掺烧中的掺烧比例及掺烧方式，而对其他煤种适用性较差，尤其是其在催化气化工艺中添加了大量的碱金属、碱土金属类催化剂，还会对煤种的灰熔融性、结渣性造成了很大影响，易使气化炉在低于灰熔点甚至200-300°C的温度下发生结渣，导致气化炉无法稳定运行。
[0005]针对以上问题，为工业生产装置提供质量稳定、符合要求的煤原料已是摆在面前一项十分迫切的任务，提供一种适用于催化气化工艺的配煤方法也将是本领域技术人员所面临的重要课题。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供了一种催化气化工艺的配煤方法，以拓宽适用于催化气化工艺的煤种范围，提高整体工艺的技术经济性。
[0007]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0008]一种催化气化工艺的配煤方法，包括:
[0009]对负载催化剂工艺待用煤进行低温灰化，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度和烧结温度；
[0010]当所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度 < 预设值一或烧结温度 < 所述预设值二时，向所述工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得负载催化剂混配煤样；对所述负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度和烧结温度，并重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度 > 所述预设值一且烧结温度>所述预设值二。
[0011]可选的，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度，
[0012]当其 >所述预设值一时，直接测定所述负载催化剂工艺待用煤的烧结温度；
[0013]当其 < 所述预设值一时，向所述负载催化剂工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得负载催化剂混配煤样，对负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度，并重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度 >所述预设值一时，再测定所述负载催化剂混配煤样的烧结温度。
[0014]可选的，当所述负载催化剂工艺待用煤或所述负载催化混配煤样的烧结温度 < 所述预设值二时，向所述负载催化剂工艺待用煤或所述混配煤样中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得所述负载催化剂混配煤样；对所述负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的烧结温度，重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的烧结温度>所述预设值二。
[0015]具体的，所述预设值一为900°C，所述预设值二为催化气化工艺温度。
[0016]可选的，所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样在氧等离子低温灰化仪中进行灰化，灰化温度为100°c -200°c。
[0017]进一步的，所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样在催化气化工艺气氛下进行灰化，工艺气氛温度为500°C -600°C。
[0018]可选的，利用压差法分别测定所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样的烧结温度。
[0019]可选的，所述高灰熔点含碳原料选自煤、高灰熔点碳质化合物和硅铝氧化物含量高于50%的硅铝系固体废弃物中的至少一种。
[0020]进一步的，所述硅铝氧化物含量高于50%的硅铝系固体废弃物与所述工艺待用煤的质量比为0-0.4:1。
[0021]可选的，利用催化剂对所述混配煤样进行催化剂负载，所述催化剂与所述工艺待用煤或所述混配煤样的质量比为0.01-0.3。
[0022]可选的，制得所述负载催化剂混配煤样的步骤具体包括:
[0023]向工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料以制得混配煤样，之后对混配煤样进行催化剂负载得到负载催化剂混配煤样；或
[0024]向负载催化剂工艺待用煤中加入负载催化剂的高灰熔点含碳原料以制得负载催化剂混配煤样。
[0025]本发明实施例提供了一种催化气化工艺的配煤方法，在该方法中指导了负载催化剂工艺待用煤与高灰熔点含碳原料进行混配，有效减缓催化气化工艺中因催化剂添加而加剧流化床气化炉易结渣的问题。通过该配煤方法的实施可拓宽催化气化流化床加压气化煤种适用范围、提高整体工艺技术经济性。该方法不仅指导煤的混配，还使可作为高灰熔点含碳原料的废弃物变废为宝，解决了现存的环境污染问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例提供的催化气化工艺的配煤方法的流程图；
[0027]图2为本发明实施例提供的用于实施例1的催化气化工艺示意图；
[0028]图3为本发明实施例提供的用于实施例2的催化气化工艺示意图；
[0029]图4为本发明实施例提供的用于实施例3的催化气化工艺示意图；
[0030]图例:
[0031]1-混合系统、2-催化剂负载系统、3-干燥系统、4-常压料仓、5-变压料仓、6-高压料仓、7-气化炉、8、9_渣斗、10-分离及净化系统；
[0032]21-煤储仓、22-催化剂负载系统、23-干燥系统、24-混合系统、25-常压料仓、26-变压料仓、27-高压料仓、28-气化炉、29、30-渣斗、3A-分离及净化系统；
[0033]31-煤储仓、32-催化剂负载系统、33-干燥系统、34-常压料仓、35-变压料仓、36-高压料仓、37-气化炉、38、39-渣斗、40-分离及净化系统。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]下面结合附图对本发明实施例提供的催化气化工艺的配煤方法进行详细描述。
[003 6]图1为本发明实施例提供的催化气化工艺的配煤方法的流程图。如图1所示，催化气化工艺的配煤方法，包括:
[0037]I)对负载催化剂工艺待用煤进行低温灰化，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度和烧结温度。
[0038]在本步骤中，可先取样催化气化工艺待用煤种，对其进行破碎、筛分、干燥处理，之后添加一定量催化剂水溶液进行催化剂负载，干燥后得到负载催化剂工艺待用煤。对负载催化剂工艺待用煤进行低温灰化，以得到煤灰。
[0039]在本实施例中，对得到的负载催化剂工艺待用煤采用低温灰化，由于在采用传统高温(800°C左右)灰化制灰时，灰样的组成和结构都已经发生变化，并不能完全代表灰在原煤中的本征性质和结构，且对于催化气化原料而言，煤中添加了一定含量的碱金属催化剂，在高温下易挥发损失，这样灰样分析测试得出的结果和实际偏差较大，因此采用低温灰化进行灰化制灰。
[0040]在本发明实施例中，低温灰化可利用等离子体低温灰化技术在氧等离子低温灰化仪进行低温灰化。利用等离子体低温灰化技术的优势在于在高频电场中，可将通至反应器中的低压氧气激发成为低温、低密度的等离子体，使其中的原子态氧接触有机试样，有机物缓慢氧化分解，其灰化温度一般在100°C -20(rc，试样整体并不加热，不致使组织结构发生变化(如熔解，焦化等)，从而保持煤中原态矿物质组份，从而有效保留了灰成份(包括催化剂)的原有组成、结构和性质。但需说明的是，利用等离子体低温灰化技术对煤进行低温灰化是一优选方式，本领域技术人员还可采用其他方式进行灰化制灰，如在催化工艺工艺气氛下进行灰化制灰，工艺气氛温度为500°C -600°C，优选550°C，本实施例对低温灰化的具体方式不作具体限定。可以理解的是，对后续所提及的负载催化剂混配煤样进行低温灰化也可在灰化温度为100°C _200°C的氧等离子低温灰化仪中进行，也可在工艺气氛温度为5000C _600°C的催化气化工艺气氛下进行，以下不再赘述。
[0041]待在低温灰化过程中制得煤灰后，对所述煤灰进行灰软化温度测定，以得到所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度。利用国家标准GB219-74煤灰熔融性的测定方法对上述步骤制备得到的煤灰进行灰软化温度测定，以测得所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度。
[0042]在本实施例中需要说明的是，当所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度 > 预设值一时，还需测定其烧结温度，当煤灰的烧结温度 > 预设值二时，方可将该负载催化剂工艺待用煤投入到气化炉中使用。其中，所述预设值一为900°C，所述预设值二为催化气化工艺的温度，可以取值为700-850°C以内的任意温度，如，700 V、800°C、850°C，在该温度范围下，可保证催化气化工艺的进行。
[0043]其中，还要继续测定负载催化剂工艺待用煤的烧结温度主要是因为灰熔点测得的温度并不是灰团聚结渣的最低极限温度，通常气化炉在低于灰熔点甚至200-300°C的温度下也会发生结渣，由于煤灰的烧结特性是流化床气化系统中床料团聚、炉膛结渣等的主要影响因素之一，对流化床气化系统的设计和运行具有较大的影响，所以决定灰团聚结渣作用的其实是煤灰初始烧结温度。
[0044]进一步的，在本实施例中，是通过利用压差法来测定所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样的烧结温度。一般过程为:
[0045]采用压差法测煤灰烧结温度，将1.5g左右的煤灰制成灰柱，放入反应管中，反应管从环境温度升至高温，升温速率一般控制在10°c /min左右，实验装置水平放置，各气体经质量流量计控制流量及比例，模拟催化气化工艺反应气氛，通过测量灰柱两端的压差变化，进而得到煤灰的烧结温度。此方法是将灰柱内发生的变化以压差的形式表现出来，其理论基础是达西定律:
【权利要求】
1.一种催化气化工艺的配煤方法，其特征在于，包括: 对负载催化剂工艺待用煤进行低温灰化，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度和烧结温度； 当所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度<预设值一或烧结温度<预设值二时，向所述工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得负载催化剂混配煤样；对所述负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度和烧结温度，并重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度 > 所述预设值一且烧结温度 >所述预设值二。
2.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，测定所述负载催化剂工艺待用煤的灰软化温度， 当其 >所述预设值一时，直接测定所述负载催化剂工艺待用煤的烧结温度； 当其 <所述预设值一时，向所述工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得负载催化剂混配煤样，对负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度，并重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的灰软化温度 > 所述预设值一时，再测定所述负载催化剂混配煤样的烧结温度。
3.根据权利要求2所述的配煤方法，其特征在于， 当所述负载催化剂工艺待用煤或所述负载催化剂混配煤样的烧结温度<所述预设值二时，向所述工艺待用煤或混配煤样中加入高灰熔点含碳原料、催化剂以制得所述负载催化剂混配煤样；对所述负载催化剂混配煤样进行低温灰化，测定所述负载催化剂混配煤样的烧结温度，重复上述步骤，直至所述负载催化剂混配煤样的烧结温度>所述预设值二。
4.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，所述预设值一为900°C，所述预设值二为催化气化工艺温度。
5.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样在氧等离子低温灰化仪中进行灰化，灰化温度为100°c -200°c。
6.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样在催化气化工艺气氛下进行灰化，工艺气氛温度为500°C -600°C。
7.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，利用压差法分别测定所述负载催化剂工艺待用煤和所述负载催化剂混配煤样的烧结温度。
8.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，所述高灰熔点含碳原料选自煤、高灰熔点碳质化合物和硅铝氧化物含量高于50%的硅铝系固体废弃物中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的配煤方法，其特征在于，所述硅铝氧化物含量高于50%的硅铝系固体废弃物与所述工艺待用煤的质量比为0-0.4:1。
10.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，所述催化剂与所述工艺待用煤或所述混配煤样的质量比为0.01-0.3。
11.根据权利要求1所述的配煤方法，其特征在于，制得所述负载催化剂混配煤样的步骤具体包括: 向工艺待用煤中加入高灰熔点含碳原料以制得混配煤样，之后对混配煤样进行催化剂负载得到负载催化剂混配煤样；或 向负载催化剂工艺 待用煤中加入负载催化剂的高灰熔点含碳原料以制得负载催化剂混配煤样 。
【文档编号】C10L3/08GK104178222SQ201410395043
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】毛燕东, 金亚丹, 李克忠 申请人:新奥科技发展有限公司