[发明专利]一种利用煤中天然钾钠元素进行催化气化的方法

说明书

本发明公开了一种利用煤中天然钾钠元素进行催化气化的方法，该方法是将富含钾钠的原煤与普通原料煤混配成混配煤，将混配煤输送至气化炉中在钾钠催化作用下进行气化反应，得到粗合成气，钾钠富集在渣中随渣排出。该方法利用天然富含钾钠的原煤的催化特性，在无需外加钾钠催化剂的条件下，达到在相对较低的气化温度下，提升混配煤碳转化率、降低原煤消耗、保护气化炉的目的。

技术领域

本发明涉及一种煤催化气化的方法，特别涉及利用煤中天然钾钠元素进行催化气化的方法，属于煤炭气化技术领域。

背景技术

目前，气流床加压气化工艺是大规模工业化煤制粗合成气的主流工艺。气流床加压气化工艺采用原煤和纯氧反应，两者同时加压进入气流床气化炉内发生无催化气化反应，反应温度在1300℃～1700℃之间，生成以一氧化碳和氢气为主要产物的粗合成气。

煤气化反应为无催化反应，根据阿累尼乌斯方程和气体化学反应动力学理论，煤气化反应速度与反应温度、反应活化能、反应压力和反应物浓度有关。反应活化能与入炉煤反应活性(挥发分)有关，当入炉煤挥发分在一段时间保持稳定时，可以忽略其对煤气化反应速度的影响。反应压力在气化炉内保持相对稳定，可以忽略其对煤气化反应速度的影响。反应物浓度与气化反应负荷有关，当气化炉保持一定的负荷稳定运行，可以忽略其对煤气化反应速度的影响。因此，气化反应温度对煤气化反应速度有较大影响。

实践证明，反应温度每升高10℃，反应速度一般增大到原来速度的2～4倍。在煤气化反应的温度区间1300～1700℃，反应温度下降或升高10℃对碳转化率有明显影响，具体可以体现在渣中碳含量的变化。一般来说气化反应温度上升则渣中碳含量下降。

目前气流床煤气化工艺的气化反应温度很高，大约在1300℃～1700℃之间，灰渣中未完全转化为CO和CO₂的残碳质量含量一般在5％～25％，总体碳转化率低于98％。使用煤催化气化工艺可以降低气化反应温度，提高碳转化率，降低能耗。

但是较高的气化反应温度对耐火砖、碳化硅耐火材料、水冷壁寿命有不利影响。因此，气流床煤气化行业一直在研究如何利用合适的催化剂降低煤气化反应活化能，进而降低气化反应温度，但又确保碳转化率不下降。目前，煤催化气化生产粗合成气的工艺尚在研究中，无工业应用的报导。

大量文献和研究表明，钾钠等碱金属元素对煤气化反应具有催化气化作用。

目前煤催化气化技术研发普遍使用外加催化剂，依照一定比例负载在原料煤中，或者使用流化床技术将催化剂与原煤同时加入进行催化反应。这种外加催化剂的方法使用成本高、工艺复杂，催化剂回收或者处理技术难度大或者成本高。

中国专利CN110628465A介绍：将煤颗粒、水蒸气以及负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中发生催化气化反应，生成富含甲烷的产品气及固体颗粒，固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣。

中国专利CN108927189A涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤催化气化催化剂回收方法、回收系统以及煤催化气化系统，该专利介绍采用激冷水对煤催化气化灰渣进行激冷处理，利用所述煤催化气化灰渣中的余热，通过所述激冷水对所述煤催化气化灰渣进行水洗处理，并向激冷处理后的渣水混合物中加入消解剂，对所述煤催化气化灰渣进行消解处理，将消解处理后的产物进行固液分离，获得催化剂回收液与残渣。

中国专利CN109652152A介绍了一种煤催化气化制甲烷的装置及方法，解决了现有技术中存在的碳转化率低、甲烷产率低、能耗高、结构复杂的问题，该发明通过采用上下空间变径的鼓泡湍动床气化炉，包括以下步骤：原煤和催化剂在下层空间与气化剂进行催化气化反应，气化反应产生的合成气在上层空间与部分循环合成气、催化剂混合，进一步强化甲烷化反应，从而产生富含甲烷的合成气的技术方案，而整个系统反应所产生的灰渣及CO、H₂、CH₄均循环返回至气化炉的不同位置，强化系统的整体碳转化率和甲烷产率，可应用于煤制天然气领域。