MPa，生物質(zhì)及部分煤粉混合物在富甲烷高溫氣體氣氛下發(fā)生熱解 反應(yīng)，脫除水分及揮發(fā)分，得到焦油、富含甲烷熱解氣等產(chǎn)物，且富甲烷高溫氣體氣氛還為 生物質(zhì)熱解提供了小分子自由基，與脫揮發(fā)分過(guò)程中產(chǎn)生的自由基反應(yīng)，生成輕質(zhì)焦油，大 大提高了焦油產(chǎn)率，并且生物質(zhì)熱解脫揮發(fā)分過(guò)程中產(chǎn)生的氫及小分子自由基容易和煤熱 解自由基反應(yīng)，增加了煤的熱分解，同時(shí)提高了煤熱解焦油產(chǎn)物含量及輕質(zhì)化程度，阻止了 二次焦的形成，提高了焦的反應(yīng)性；同時(shí)，富甲烷高溫氣體夾帶的粉塵可在熱解裝置12中 分離下來(lái)，同熱解生物質(zhì)焦混合一同排出進(jìn)入氣化裝置15繼續(xù)進(jìn)行氣化反應(yīng)。經(jīng)熱解裝置 12頂部排出的出口產(chǎn)物后續(xù)進(jìn)入凈化分離系統(tǒng)。
[0077] 煤在預(yù)處理裝置13中經(jīng)破碎、篩分、干燥后，得到粒度小于5mm，含水量小于5wt% 的煤粉，該預(yù)處理裝置13可包含催化劑配置裝置，得到負(fù)載少量堿/堿土金屬催化劑的煤 粉。煤粉經(jīng)進(jìn)料裝置14通入氣化裝置15。氣化裝置15為流化床氣化爐，氣化劑過(guò)熱蒸汽、 O2經(jīng)氣化裝置15下部的分布板通入氣化裝置15中，煤粉同熱解裝置12排出的生物質(zhì)焦混 合，并利用生物質(zhì)焦中富含的堿/堿土金屬作為催化劑催化氣化反應(yīng)，煤粉在催化劑的作 用下同氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化爐反應(yīng)溫度為600~800°C，壓力為O~4. 9MPa，在02和 水蒸汽的作用下生成CH4, CO, H2等有效氣體成分及CO2、少量的H2S和冊(cè)13等。氣化后灰渣 經(jīng)氣化裝置15底部排渣系統(tǒng)20排出。
[0078] 實(shí)施例3
[0079] 采用負(fù)載碳酸鉀催化劑煤粉與生物質(zhì)和煤混合原料分別于流化床氣化熱解裝置 中進(jìn)行氣化評(píng)價(jià)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表1。
[0080] 表 1 :
[0081]
[0083] 由表1得出：烤煙秸桿中富含的K、Ca對(duì)煤氣化反應(yīng)有很好的催化作用，同時(shí)生物 質(zhì)熱解過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷熱解氣量明顯增多，使得產(chǎn)物中甲烷含量大大增加。同時(shí)，生物質(zhì) 中富含堿/堿土金屬催化劑，可成為煤催化氣化高效、廉價(jià)而無(wú)需回收的催化劑來(lái)源。
[0084] 實(shí)施例4
[0085] 采用低反應(yīng)活性的無(wú)煙煤為原料，負(fù)載不同種類催化劑（保證添加生物質(zhì)原料中 M/C摩爾比與負(fù)載10%碳酸鉀及負(fù)載8%氧化鈣煤粉一致，M代表K、Ca等堿/堿土金屬） 進(jìn)行催化氣化反應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表2。
[0086] 表 2 :
[0087]
[0088] 由表2可知，無(wú)煙煤變質(zhì)程度高，煤質(zhì)表面含氧官能團(tuán)少，催化劑有效負(fù)載量低， 相比2%的碳酸鉀添加，負(fù)載10%碳酸鉀煤粉，同一氣化條件下碳轉(zhuǎn)化率變化不大，可見(jiàn)添 加的碳酸鉀并沒(méi)有同煤質(zhì)表面結(jié)合形成有效催化活性組分，尚未起到催化作用；同樣負(fù)載 鈣基催化劑效果也較差；利用生物質(zhì)同高變質(zhì)程度、低反應(yīng)活性煤共氣化，協(xié)同作用明顯， 生物質(zhì)中富含的堿/堿土金屬催化劑可成為煤催化氣化反應(yīng)的催化劑，有利于降低反應(yīng)溫 度，提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0089] 實(shí)施例5
[0090] 采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的工藝方法，考察不同工藝條件對(duì)熱解產(chǎn)物特性的影 響，見(jiàn)表3。
[0091] 表3:
[0092]
[0093] 由表3可知，相比于生物質(zhì)在氮?dú)鈿夥障聼峤?，生物質(zhì)在水蒸氣、甲烷、氫氣氣氛 熱解，其熱解焦油產(chǎn)率得到了有效提高；此外，相比于同等條件下煤、生物質(zhì)單獨(dú)的熱解過(guò) 程而言，在煤與生物質(zhì)共熱解過(guò)程中，由于生物質(zhì)熱解脫揮發(fā)分過(guò)程中產(chǎn)生的氫及小分子 自由基容易和煤熱解自由基反應(yīng)，使得煤的熱分解效率得到了有效提高，同時(shí)，也提高了煤 熱解焦油產(chǎn)物含量，阻止了二次焦的形成，提高了焦的反應(yīng)性。
[0094] 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì) 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或 變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法，其特征在于，包括： a、 將煤粉和氣化劑供應(yīng)到氣化熱解裝置的氣化區(qū)內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成富甲烷高溫氣 體； b、 在富甲烷高溫氣體氣氛下，將生物質(zhì)供應(yīng)到所述氣化區(qū)上方的熱解區(qū)內(nèi)發(fā)生熱解反 應(yīng)，生成生物質(zhì)焦、熱解氣和焦油； c、 將所述生物質(zhì)焦直接通入所述氣化區(qū)內(nèi)與煤粉進(jìn)行混合，并利用所述生物質(zhì)焦中富 含的堿/堿土金屬催化所述煤粉的氣化、甲烷化反應(yīng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 將煤粉、生物質(zhì)供應(yīng)到所述氣化熱解裝置前，分別對(duì)所述煤粉、生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，使 所述煤粉的粒度小于5mm、含水量小于5wt%，所述生物質(zhì)的粒度小于10mm、含水量小于 5wt % 〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)與所述煤粉的質(zhì)量比為 1:10-2:1〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)焦中堿/堿土金屬的含量大于 10%〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化熱解裝置為一體式裝置，且所述 熱解區(qū)的直徑大于或等于所述氣化區(qū)的直徑。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱解區(qū)的直徑大于所述氣化區(qū)的直 徑時(shí)，所述氣化區(qū)采用流化床形式，所述熱解區(qū)采用低速流化床、移動(dòng)床或固定床形式。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化區(qū)和所述熱解區(qū)分別位于分體 連接的氣化裝置與熱解裝置內(nèi)，且所述熱解區(qū)內(nèi)的操作壓力小于所述氣化區(qū)內(nèi)的操作壓 力。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述富甲烷高溫氣體主要包括CH4、C0、H2、 〇) 2和水蒸氣，以及少量的h2s、nh3。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化熱解裝置內(nèi)的操作壓力為 0-5MPa，所述氣化區(qū)內(nèi)的反應(yīng)溫度為600-800°C，所述熱解區(qū)內(nèi)的反應(yīng)溫度為450-650°C。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述供應(yīng)到氣化熱解裝置的氣化區(qū) 的煤粉上負(fù)載有堿/堿土金屬催化劑，所述供應(yīng)到氣化熱解裝置的熱解區(qū)的生物質(zhì)中混有 煤。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c之后，在所述熱解區(qū)的頂部得到 出口產(chǎn)物，對(duì)所述出口產(chǎn)物進(jìn)行除塵、換熱、分離凈化，得到富甲烷氣。12. -種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的系統(tǒng)，其特征在于，包括氣化熱解裝置，所 述氣化熱解裝置包括氣化區(qū)以及位于所述氣化區(qū)上方的熱解區(qū)，所述氣化區(qū)用于使煤粉與 氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，生成富甲烷高溫氣體；所述熱解區(qū)用于使生物質(zhì)在富甲烷高溫氣體 氣氛下發(fā)生熱解反應(yīng)，生成生物質(zhì)焦、熱解氣和焦油，將所述生物質(zhì)焦直接與所述氣化區(qū)內(nèi) 的煤粉進(jìn)行混合，并利用所述生物質(zhì)焦中富含的堿/堿土金屬催化所述煤粉的氣化、甲烷 化反應(yīng)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣化熱解裝置為一體式裝置，且所 述熱解區(qū)的直徑大于或等于所述氣化區(qū)的直徑。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱解區(qū)的直徑大于所述氣化區(qū)的 直徑時(shí)，所述氣化區(qū)采用流化床形式，所述熱解區(qū)采用低速流化床、移動(dòng)床或固定床形式。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣化熱解裝置包括分體連接的氣 化裝置和熱解裝置，其中，所述氣化區(qū)位于所述氣化裝置內(nèi)，所述熱解區(qū)位于所述熱解裝置 內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法及系統(tǒng)，屬于催化氣化領(lǐng)域，能夠有效簡(jiǎn)化煤與生物質(zhì)共氣化工藝的工序，提高熱利用率及氣化效率，在富產(chǎn)甲烷產(chǎn)物的同時(shí)，得到大量高附加值的焦油副產(chǎn)物。所述煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法，包括：a、將煤粉和氣化劑供應(yīng)到氣化熱解裝置的氣化區(qū)內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成富甲烷高溫氣體；b、在富甲烷高溫氣體氣氛下，將生物質(zhì)供應(yīng)到所述氣化區(qū)上方的熱解區(qū)內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成生物質(zhì)焦、熱解氣和焦油；c、將所述生物質(zhì)焦直接通入所述氣化區(qū)內(nèi)與煤粉進(jìn)行混合，并利用所述生物質(zhì)焦中富含的堿/堿土金屬催化所述煤粉的氣化、甲烷化反應(yīng)。本發(fā)明可用于煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的過(guò)程中。
【IPC分類】C10J3/48, C10J3/84, C10J3/54, C10L3/08, C10J3/56, C10J3/46, C10J3/60
【公開(kāi)號(hào)】CN104974799
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510377742
【發(fā)明人】毛燕東, 李克忠, 武恒, 吳麗鋒
【申請(qǐng)人】新奧科技發(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日