[发明专利]从焦炭中回收碱金属的催化气化方法

说明书

发明领域

本发明涉及包括从在碳质组合物的催化气化之后剩余的焦炭(char)中提取和回收碱金属的催化气化方法。此外，本发明涉及用于通过将焦炭颗粒的浆液与二氧化碳在适合的温度和压力下反应以将不可溶的焦炭颗粒中包含的不可溶碱金属化合物转化为可溶碱金属化合物而从焦炭中提取和回收碱金属的方法。

发明背景

由于多种因素(例如较高的能量代价和环境关注)，由较低燃料值的碳质原料(例如石油焦和煤)制备增值气态产物重新受到关注。例如在US3828474、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、US2007/0277437A1和GB 1599932中公开了此类材料制备甲烷和其他增值气体的催化气化。

能够通过用包含碱金属来源的催化剂负载该碳质材料来催化碳质材料(例如煤或石油焦)的气化。US2007/0000177A1和US2007/0083072A1(两者都通过引用引入此处)公开了碳质材料的碱金属催化气化。较低燃料值的碳来源(例如煤)典型地包含大量的无机物质，包括硅、铝、钙、铁、钒、硫等的化合物。该无机含量称作灰分。二氧化硅和氧化铝是特别常见的灰分组分。在超过500～600℃的温度下，碱金属化合物能够与氧化铝和二氧化硅反应以形成碱金属的铝硅酸盐。作为铝硅酸盐，该碱金属化合物基本不可溶于水，且作为气化催化剂具有很小的有效性。

在典型的催化温度下，灰分的大多数组分都不气化，由此与其他化合物一起作为称作焦炭的固体残余物累积在该气化反应器中。对于催化气化，焦炭通常包括灰分、未转化的碳质材料和碱金属化合物(来自催化剂)。该焦炭必须定期从该反应器中通过固体清除而除去。该焦炭可以包含大量的碱金属化合物。该碱金属化合物可以作为可溶物类(例如碳酸钾)存在于该焦炭中，但也可以作为不可溶物类(例如铝硅酸钾(例如钾霞石))存在。需要从该固体清除中回收该可溶和不可溶的碱金属化合物以随后重新用作气化催化剂。仍然需要用于从焦炭中回收可溶和不可溶碱金属化合物的有效方法。此类方法应当导致从焦炭中充分回收碱金属化合物，最小化处理步骤的复杂性，降低使用可消耗的原材料，并产生很少的需要丢弃的废产物。

发明概述

本发明提供了用于将碳质组合物转化为多种气态产物并回收能够重新用作气化催化剂的碱金属化合物的方法。本发明进一步提供从焦炭中包含的可溶和不可溶的碱金属化合物中提取和回收催化可用的碱金属化合物的方法，其中该方法包括在含水介质中对该焦炭热淬火，然后用二氧化碳气体在水热条件下处理该焦炭颗粒。

在方面，本发明提供了用于从焦炭中提取和回收碱金属的方法，该焦炭包括(i)一种或多种可溶碱金属化合物，和(ii)包括一种或多种不可溶碱金属化合物的不可溶物质，该方法包括以下步骤：(a)在50℃～约600℃范围的升高温度下提供该焦炭；(b)在含水介质中将该焦炭淬火，以使该焦炭破裂，并形成经淬火的焦炭浆液；(c)将该经淬火的焦炭浆液与二氧化碳在适合的压力和温度下接触以将至少一部分该不可溶碱金属化合物转化为一种或多种可溶碱金属化合物，并产生包含该可溶碱金属化合物和残余的不可溶物质的经沥滤(leach)的浆液；(d)在适合的压力和温度下将该经沥滤的浆液脱气以除去大部分的过量二氧化碳和如果存在的硫化氢，并产生经脱气的经沥滤的浆液；(e)将该经脱气的经沥滤的浆液分离成液流和残余的不可溶物质流，该液流包括来自该经脱气的经沥滤的浆液的主要部分的可溶碱金属化合物，且残余的不可溶物质流包括残余的可溶碱金属化合物和残余的不可溶碱金属化合物；(f)回收该液流；和(g)用含水介质洗涤该经提取的不可溶物质流，以产生包含来自该残余的不可溶物质流的基本所有的残余的可溶碱金属化合物的洗涤流，其中该淬火和接触是在基本不存在气态氧的情况下进行的。