一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法
【专利摘要】一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法是以负载催化剂的低灰熔点煤为原料，将其掺入添加剂混合而成为样品，样品重量百分比组成为负载催化剂的低灰熔点煤含量为90-95%，添加剂的添加量为5-10%，制备好的负载催化剂的样品在流化床内进行气化。本发明具有是简单实用，可以根据需要调节加入添加剂的量来提高煤灰熔点及烧结温度，满足高负载催化剂的煤在催化气化工艺中的应用的优点。
【专利说明】一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法。
【背景技术】
[0002] 中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，占全世界煤产量的1/4。中国的煤炭资 源总量为5. 6万亿吨，己探明储量超过一万亿吨，占世界总储量的11%。煤炭是我国分布最 广，最为丰富的矿物能源，当今以及未来相当长的一段时间内，煤炭在我国一次性能源的生 产和消费中仍占主导地位。
[0003] 在我国由于以煤为主的能源结构和低效能源利用方式，煤炭的开发和加工利用己 经成为环境污染物排放的主要来源。燃煤排放的S0 2占各类污染源总排放量的87%，粉尘占 60%，C0和C02分别占71%和85%。这种状况严重制约了我国社会和经济的持续发展。发展 洁净煤技术、提高煤炭利用率是我国能源发展战略的必然选择。煤炭气化是煤炭转化技术 的一个重要部分，是洁净、高效利用煤炭的重要技术之一。通过催化剂催化作用，可降低反 应温度、提高反应速度、改善煤气组成、提高热值，引起了人们的广泛关注。根据洁净煤技术 的发展方向和世界低碳经济的发展趋势，利用我国资源优势相对较大的煤炭，尤其是褐煤 等劣质煤炭通过催化气化生产代用天然气，不仅能促进煤炭的高效、清洁利用，而且以较低 的经济代价，有效缓解天然气的供需矛盾，是适合我国国情、化解能源危机并保证能源安全 的有效途径。
[0004] 煤的催化气化是一种降低反应温度、提高反应速率、改善煤气成分的先进气化方 法，煤催化气化引入了可以同时催化c-H 2o气化反应、水煤气变换反应和C0/H2甲烷化反应 的催化剂，在较低温度（650-750°C)、较高压力（3. 0-4. OMPa)条件下在加压流化床气化炉 生成富含甲烷的合成气。在催化气化过程中，需要加入一定量的碱(碱土 )盐作为催化剂，这 些助熔的碱(碱土）盐催化剂会使煤灰的熔融温度降低，在高温下会加剧煤灰颗粒相互团聚 结渣，严重时排渣困难、甚至失流化等，致使反应器难于连续稳定运行。
【发明内容】
[0005] 本发明克服了上述技术不足之处，其目的在于使低灰熔点煤用于催化气化的方 法。
[0006] 本发明是以负载催化剂的低灰熔点煤为原料，掺入一定比例的添加剂混合而成为 氧化气化用煤。简单实用，可以根据需要调节加入添加剂的量来提高煤灰熔点及烧结温度， 满足高负载催化剂的煤在催化气化工艺中的应用。
[0007] 本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。
[0008] 以负载催化剂的低灰熔点煤为原料，将其掺入添加剂混合而成为样品，样品重量 百分比组成为负载催化剂的低灰熔点煤含量为90-95%，添加剂的添加量为5-10%，制备好 的负载催化剂的样品在流化床内进行气化。
[0009] 如上所述的负载催化剂的低灰熔点煤中催化剂负载量为8_20wt%。
[0010] 如上所述的低灰熔点煤为煤的灰熔点温度小于1200°c的煤样，如王家塔煤，鄂尔 多斯煤等。
[0011] 如上所述的催化剂为碱金属化合物，如K2C03、KOH、Na 2C03、Li2C03等。
[0012] 如上所述的添加剂可以为粘土、商岭土、娃澡土等富含娃错的物质。
[0013] 如上所述的气化条件为流化床进行气化公知的条件，反应温度650°C _750°C、反 应压力3-4MPa，停留时间为l-3h，水蒸气气氛。
[0014] 本发明有如下优点： (1)解决了易结渣煤种的结渣问题，使其适用于催化气化工艺。
[0015] (2)本发明能广泛适用于煤、生物质(包括垃圾等）等的单独气化或燃烧及煤和 生物质的共气化以及催化气化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是王家塔煤样负载20% K2C03催化剂气化渔，图2是王家塔煤样负载20% K2C03 催化剂添加10%的粘土添加剂后的气化渣，图3是鄂尔多斯煤样负载10% K2C03催化剂气化 渣，图4是鄂尔多斯煤样负载10% K2C03催化剂添加8%的粘土添加剂后的气化渣。图5是 王家塔煤负载10%K 2C03烧结温度的确定图。
【具体实施方式】
[0017] 煤灰的烧结是指相邻的粉状颗粒在过量的表面自由能的作用下的粘结，固态粉末 集合物加热后，在低于其熔点或共熔点的高温下，气孔排除，体积收缩，成为致密的具有一 定强度的多晶体的过程。烧结是一个自发且不可逆的过程，系统表面能降低是推动烧结进 行的基本动力。粉体颗粒比表面积越大，其具有的表面能也就越高，根据最小能量原理，它 将自发地向最低能量状态变化，同时系统的表面能减少。随着煤灰烧结的进行，煤灰颗粒之 间的封闭孔变小，开放孔变大，逐渐形成了新的通道。当煤灰烧结发生时，灰柱会收缩，在灰 柱和管道之间以及灰柱内部会形成新的气体通道，从而导致压差减少，所以发生烧结时，压 差随温度的变化曲线上有个转折点，此点对应的温度即为煤灰的烧结温度。煤灰利用压降 法烧结温度的确定如图5所示。图5为王家塔煤负载10%K 2C03烧结温度的确定，从图中可 以看出，当温度超过650°C时，压差迅速下降，说明这时煤灰开始发生烧结，从而判定该煤灰 的烧结温度为650°C。
[0018] 实施例1 (1)在灰熔点为1177°C的王家塔煤样中，以煤样与1(20)3催化剂溶液按体积比为1:1进 行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中1〇)3催化剂负载量为20wt%。
[0019] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入粘土添加剂10wt%。
[0020] (3)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度650°C、反应压力3MPa，停留时 间为lh，水蒸气气氛下进行气化，出现明显的结块现象，烧结温度为580°C，气化后的气体 组成见表1。
[0021] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度650°C、反应压力3MPa，停留时间 为lh，水蒸气气氛下进行气化，结渣现象得到明显改善，烧结温度为660°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0022] 实施例2 (1)在灰熔点为1177°C的王家塔煤样中，以煤样与1(20)3催化剂溶液按体积比为1:1进 行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中1〇)3催化剂负载量为15wt%。
[0023] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入高岭土添加剂8wt%。
[0024] (3)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度700°C、反应压力3. 5MPa，停留时 间为2h，水蒸气气氛下进行气化，出现严重结渣现象，烧结温度为610°C，气化后的气体组 成见表1。
[0025] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度700°C、反应压力3. 5MPa，停留时 间为2h，水蒸气气氛下进行气化，灰渣未出现结块现象，烧结温度为740°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0026] 实施例3 (1)在灰熔点为1177°C的王家塔煤样中，以煤样与Na2C03催化剂溶液按体积比为1:1 进行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中Na2C03催化剂负载量为8wt%。
[0027] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入娃藻土添加剂5wt%。
[0028] (4)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度750°C、反应压力4MPa，停留时 间为3h，水蒸气气氛下进行气化，出现严重结渣现象，烧结温度为685°C，气化后的气体组 成见表1。
[0029] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度750°C、反应压力4MPa，停留时间 为2h，水蒸气气氛下进行气化，结渣现象得到明显改善，烧结温度为780°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0030] 实施例4 (1)在灰熔点为1062°C的鄂尔多斯煤样中，以煤样与K2C03催化剂溶液按体积比为1:1 进行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中1〇)3催化剂负载量为20wt%。
[0031] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入高岭土添加剂10wt%。
[0032] (3)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度650°C、反应压力3MPa，停留时间 为lh，水蒸气气氛下进行气化，出现明显的结块现象，烧结温度为560°C，气化后的气体组 成见表1。
[0033] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度650°C、反应压力3MPa，停留时间 为lh，水蒸气气氛下进行气化，结渣现象得到明显改善，烧结温度为655°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0034] 实施例5 (1)在灰熔点为1062°C的鄂尔多斯煤样中，以煤样与K2C03催化剂溶液按体积比为1:1 进行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中1〇)3催化剂负载量为15wt%。
[0035] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入粘土添加剂8wt%。
[0036] (3)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度700°C、反应压力3. 5MPa，停留时 间为2h，水蒸气气氛下进行气化，出现严重结渣现象，烧结温度为600°C，气化后的气体组 成见表1。
[0037] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度700°C、反应压力3. 5MPa，停留时 间为2h，水蒸气气氛下进行气化，灰渣未出现结块现象，烧结温度为720°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0038] 实施例6 (1)在灰熔点为1062°C的鄂尔多斯煤样中，以煤样与Na2C〇Jt化剂溶液按体积比为1:1 进行浸渍负载，使负载催化剂王家塔煤样中Na2C03催化剂负载量为8wt%。
[0039] (2)负载催化剂后王家塔煤样中，通过机械混合的方式掺入娃藻土添加剂5wt%。
[0040] (3)将步骤（1)制备好样品在流化床内，反应温度750°C、反应压力4MPa，停留时间 为3h，水蒸气气氛下进行气化，出现严重结渣现象，烧结温度为660°C，气化后的气体组成 见表1。
[0041] (4)将步骤（2)制备好样品在流化床内，反应温度750°C、反应压力4MPa，停留时间 为2h，水蒸气气氛下进行气化，结渣现象得到明显改善，烧结温度为760°C，高于流化床内 的操作温度。气化后的气体组成见表1。
[0042] 以上是本发明的较佳实施例，凡是本发明技术方案所作的非实质性改进，所产生 的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于包括如下步骤： 以负载催化剂的低灰熔点煤为原料，将其掺入添加剂混合而成为样品，样品重量百分 比组成为负载催化剂的低灰熔点煤含量为90-95%，添加剂的添加量为5-10%，制备好的负 载催化剂的样品在流化床内进行气化。
2. 如权利要求1所述的一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的负 载催化剂的低灰熔点煤中催化剂负载量为8-20wt%。
3. 如权利要求2所述的一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的低 灰熔点煤为煤的灰熔点温度小于1200°C的煤样。
4. 如权利要求3所述的一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的低 灰熔点煤为煤的灰熔点温度小于1200°C的煤样为王家塔煤或鄂尔多斯煤。
5. 如权利要求1所述的一种使低灰烙点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的催 化剂为碱金属化合物为K2C03、KOH、Na2C03、Li 2C03等。
6. 如权利要求1所述的一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的添 加剂为粘土、高岭土或硅藻土。
7. 如权利要求1所述的一种使低灰熔点煤用于催化气化的方法，其特征在于所述的气 化条件在流化床进行气化，反应温度650°C _750°C、反应压力3-4MPa，停留时间为l-3h，水 蒸气气氛。
【文档编号】C10J3/54GK104449866SQ201410549554
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】毕继诚, 芦涛, 李克忠, 张 荣 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所