煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及催化氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及環(huán)保規(guī)定的日益嚴(yán)格，對天然氣這一清潔能源的需求量 呈爆炸式增長。催化氣化技術(shù)是潔凈高效利用煤的一種重要方式，采用催化氣化技術(shù)，煤與 氣化劑可在相對較低的溫度下在催化劑的催化作用下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成高濃度的甲烷， 但催化劑的添加成本、催化劑的回收等因素一直制約著煤炭催化氣化的工業(yè)化應(yīng)用。
[0003] 生物質(zhì)能源是一種可再生能源，凈增產(chǎn)量巨大，相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。 與煤炭相比，生物質(zhì)中富含堿/堿土金屬催化劑，且揮發(fā)分含量高、碳反應(yīng)活性高，硫、氮和 灰分含量低，但由于其分布的分散性以及在處理后形成為具有不規(guī)則性的顆粒，不易在流 化床氣化爐內(nèi)形成穩(wěn)定料層等原因限制了生物質(zhì)作為燃料的規(guī)?；?。
[0004] 因此，利用現(xiàn)已發(fā)展的煤炭轉(zhuǎn)化利用技術(shù)與設(shè)備，將生物質(zhì)與煤進(jìn)行共氣化反應(yīng)， 不僅可以解決生物質(zhì)單獨氣化存在的問題，還可實現(xiàn)生物質(zhì)資源的清潔高效資源化利用。 專利申請CN 102154034中提出了一種煙草秸桿廢棄物與煤共轉(zhuǎn)化催化氣化的方法，其首 先將秸桿預(yù)處理、熱解轉(zhuǎn)化為固相生物質(zhì)焦，之后將生物質(zhì)焦粉碎篩分后，與煤進(jìn)行濕法混 合、干燥，之后在氣化爐中于700-1200°C下氣化，利用煙草秸桿中富含的鉀催化煤與水蒸 氣、氧氣的氣化反應(yīng)制備燃?xì)饣蚝铣蓺狻?br>[0005] 但在上述工藝中，生物質(zhì)的熱解轉(zhuǎn)化過程需要提供單獨的熱源維持熱解溫度，并 且生物質(zhì)在熱解成焦后還需與煤進(jìn)行濕混、干燥等處理才可進(jìn)行氣化，整個氣化反應(yīng)過程 中所產(chǎn)生的熱量最終并沒有得到充分利用，且氣化溫度高，未利用秸桿中的鉀催化甲烷化 反應(yīng)進(jìn)而在低溫下獲取甲烷的同時利用甲烷化強放熱反應(yīng)放出的熱量。因此使得該工藝不 僅工序復(fù)雜，而且整體熱利用率及氣化效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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)，能夠有效地簡 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，得到 大量高附加值的焦油副產(chǎn)物。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法，包括：
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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)。
[0012] 可選的，在將煤粉、生物質(zhì)供應(yīng)到所述氣化熱解裝置前，分別對所述煤粉、生物質(zhì) 進(jìn)行預(yù)處理，使所述煤粉的粒度小于5_、含水量小于5wt%，所述生物質(zhì)的粒度小于10_、 含水量小于5wt%。
[0013] 可選的，所述生物質(zhì)與所述煤粉的質(zhì)量比為1:10-2:1。
[0014] 優(yōu)選的，所述生物質(zhì)焦中堿/堿土金屬的含量大于10%。
[0015] 可選的，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。
[0016] 進(jìn)一步的，所述熱解區(qū)的直徑大于所述氣化區(qū)的直徑時，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、移動床或固定床形式。
[0017] 可選的，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。
[0018] 具體的，所述富甲烷高溫氣體主要包括014、0)、!12、0) 2和水蒸氣，以及少量的!125、 NH3O
[0019] 可選的，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。
[0020] 可選的，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。
[0021] 可選的，在步驟c之后，在所述熱解區(qū)的頂部得到出口產(chǎn)物，對所述出口產(chǎn)物進(jìn)行 除塵、換熱、分離凈化，得到富甲烷氣。
[0022] 一種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的系統(tǒng)，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)。
[0023] 可選的，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。
[0024] 進(jìn)一步的，所述熱解區(qū)的直徑大于所述氣化區(qū)的直徑時，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、移動床或固定床形式。
[0025] 可選的，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)。
[0026] 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，該方法在將煤與生物 質(zhì)共氣化的同時，利用煤與氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)產(chǎn)生的富甲烷高溫氣體使生物質(zhì)發(fā)生熱解 反應(yīng)，并利用熱解反應(yīng)中由生物質(zhì)熱解生成的富含堿/堿土金屬的生物質(zhì)焦進(jìn)一步催化煤 粉氣化、甲烷化反應(yīng)，從而可有效提高甲烷及焦油副產(chǎn)物含量。該方法相比于現(xiàn)有技術(shù)中的 煤與生物質(zhì)共氣化方法而言，生物質(zhì)的熱解反應(yīng)在煤與氣化劑氣化產(chǎn)生的富甲烷高溫氣體 氣氛下即可發(fā)生，無需提供單獨的熱源，同時高溫氣體中存在的水蒸氣、氫氣、甲烷等氣體 為生物質(zhì)熱解提供了小分子自由基，大大提高了生物質(zhì)熱解輕質(zhì)焦油產(chǎn)率，且生物質(zhì)在熱 解后生成的生物質(zhì)焦直接與煤粉混合并同氣化劑在較低溫度范圍內(nèi)發(fā)生催化氣化反應(yīng)生 成富甲烷氣體，而無需再經(jīng)過復(fù)雜的前處理，具有工序簡單、整體熱利用率和氣化效率高、 技術(shù)經(jīng)濟性好等特點。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實施例提供的煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法的示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種煤和生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的系統(tǒng)及方法；
[0029] 圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種煤和生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的系統(tǒng)及方 法。
【具體實施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031] 圖1為本發(fā)明實施例提供的煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法的示意圖。如 圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種煤與生物質(zhì)共氣化制備富甲烷氣的方法，包括：
[0032] 步驟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。
[0033] 在本步驟中，煤粉通過進(jìn)料裝置供應(yīng)到氣化熱解裝置的氣化區(qū)內(nèi)，氣化劑通過氣 化熱解裝置下方的分布板通入氣化區(qū)內(nèi)，并與煤粉發(fā)生氣化反應(yīng)，生成包含ch4、4和CO等 有效氣體及未分解的水蒸氣的富甲烷高溫氣體。其中，氣化劑為過熱蒸汽，或〇2、C0、4和 〇)2中的至少一種與過熱蒸汽的混合氣體，煤粉可為無煙煤、次煙煤、煙煤、褐煤中的至少一 種，向氣化區(qū)內(nèi)通入的煤粉還可負(fù)載少量催化劑，從而可在反應(yīng)啟動之時即可發(fā)生催化氣 化反應(yīng)。
[0034] 步驟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。
[0035] 在本步驟中，生物質(zhì)經(jīng)氣化區(qū)上方的熱解區(qū)進(jìn)入氣化熱解裝置后，在上述富甲烷 高溫氣體氣氛下，發(fā)生熱解反應(yīng)，脫除水分及揮發(fā)分，生成0)、0)2、!12、014、焦油、生物質(zhì)焦等 物質(zhì)，然后在富甲烷高溫氣體氣氛進(jìn)一步提供的小分子自由基的條件下，與生物質(zhì)脫揮發(fā) 分過程中產(chǎn)生的自由基結(jié)合，生成輕質(zhì)焦油，大大提高焦油