阅读说明：本技术 一种水煤浆制合成气的方法 (Method for preparing synthesis gas from coal water slurry ) 是由 彭绪亚 俞天明 陈锋江 吕彬峰 邱一鑫 李荣辉 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种水煤浆制合成气的方法,将低阶煤或者提质煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆,所述水煤浆在无氧或微氧条件下,加热至800-1300℃,制备得到包含CO和H<Sub>2</Sub>的合成气。本发明的方法,低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆,然后在无氧或者微氧条件下气化还原,制备得到包含CO和H<Sub>2</Sub>的合成气,所制备合成气中的杂质少,质量高,充分有效地利用了低阶煤中的煤物质,符合国家煤炭综合利用方向。(The invention discloses a method for preparing synthesis gas from coal water slurry, which comprises the steps of crushing and grinding low-rank coal or upgraded coal to obtain the coal water slurry, heating the coal water slurry to 800-1300 ℃ under the condition of no oxygen or micro oxygen to obtain the coal water slurry containing CO and H 2 The synthesis gas of (2). According to the method, the low-rank coal is prepared into the coal water slurry through crushing and grinding steps, and then the coal water slurry is gasified and reduced under the anaerobic or micro-aerobic condition to prepare the coal water slurry containing CO and H 2 The synthetic gas prepared by the method has less impurities and high quality, fully and effectively utilizes coal substances in low-rank coal, and accords with the national comprehensive utilization direction of coal.)

一种水煤浆制合成气的方法

技术领域

本发明涉及煤物质清洁利用技术领域，尤其涉及一种水煤浆制合成气的方法。

背景技术

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭消费量占一次能源消费量的60％以上，这决定了在相当长的一段时间内，以煤为主的能源结构难以改变。从已探明的煤矿品质看，我国煤炭中低阶煤所占比重非常大，因而合理而高效的利用中低阶煤生产高品质化工产品显得尤为重要。近些年来，煤气化、煤热解、煤气净化及煤气分离等技术的不断发展，使中低阶煤的清洁高效利用得到了越来越多的重视。

我国很多中低阶煤的品质差、灰分高、含水量高，低阶煤的利用通常是热解气化到粗制煤气和提质煤，一般热解是在有大量氧气(或空气)的条件下进行的，热解时一部分低阶煤将于氧气反应用于供热并且产生了大量的CO₂。由于CO₂不能燃烧，属于无效气体，并且因为有氧燃烧，粗制煤气中含氮量过高，降低了粗制煤气中H₂和CO能量密度，使粗制煤气热值降低，除了回炉燃烧外，热解产出粗制煤气难有其它经济价值。而且由于现有的低阶煤和提质煤制合成气，是有氧热解，导致低阶煤和提质煤得到的合成气中碳氢比低，从而最终用合成气制得的化工成品的量少之又少，极大的浪费了低阶煤中的有效的煤资源，低阶煤的利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种水煤浆制合成气的方法，通过将通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，然后在无氧或者微氧条件下气化还原，制备得到包含CO和H₂的合成气，所制备合成气中的杂质少，质量高，能耗低，充分有效地利用了低阶煤中的煤物质。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种水煤浆制合成气的方法，将低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，所述水煤浆在无氧或微氧条件下，加热至800-1300℃，制备得到包含CO和H₂的合成气。

本发明的原料低阶煤可以是粉煤也可以是块煤，当低阶煤采用块煤时，对过大块煤可以通过破碎、筛分处理以获得粒度较小的粉煤。通过烘干工艺烘干后的低阶煤进入至气化还原工艺进行反应，为了一进一优化工艺，在烘干后的低阶煤进入气化还原工艺前还可以增设气化进料工艺，以便将烘干后的低阶煤快速进入气化还原工艺，增大物料的表面积，有利于加快气化还原反应。

烘干工艺将低阶煤中大部分的水分去除，得到烘干后的低阶煤和废气，烘干后的低阶煤进入气化还原工艺发生反应得到高温的合成气和带有一定温度的提质煤。

其中，气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺。烘干后的低阶煤进入气化还原工艺，在烟气等加热介质的加热下，反应过程中无需加入添加剂等其他物质，温度一般为350℃-800℃，压力≤30Kpa下发生复杂化学反应的过程，得到固态的碳和高温的合成气，其中，固态的碳即为提质煤，提质煤中的挥发分8-15wt％。高温的合成气为包含CO、H₂、CO₂、烃类、煤焦油、萘、卤化物、灰尘和含硫化合物等的多杂质气体。优选地，所述水煤浆还含有提质煤，所述提质煤为低阶煤通过气化还原工艺制备得到。

水煤浆制备首先要将煤物质进行破碎并细磨，由于本发明所采用的原料，优选地，为烘干工艺过程中产生的废气中的低阶煤粉，经第一除尘工艺可回收废气中95％以上的低阶煤粉，低阶煤粉粒度一般小于3mm，优选低阶粒度小于1mm的煤粉作为后续制作水煤浆的原料，将低阶煤粉，与废水，添加剂混合，无须研磨处理，即可得到水煤浆，节省工艺步骤，而且大大降低了磨煤机的成本，提高了磨煤机的使用寿命。再进一步，所述低阶粉煤粒径≤50μm 的煤粉。优选地，所述低阶煤的经过粉碎工艺，使得所述低阶煤的颗粒粒度介于100目至300 目。进一步，所述低阶煤的经过粉碎工艺，使得所述提质煤的颗粒粒度介于100目至300目。优选地，所述水煤浆在研磨步骤中，加入提质煤，使得所述水煤浆的成浆率不低于55％。进一步，所述低阶煤粉与所述提质煤粉的重量比为1：(1-5)。

根据GB/T18856.1的规定的水煤浆质量标准，水煤浆中煤粉颗粒粒径＞1000μm质量百分数＞0.01％才算合格；一般的，水煤浆中，煤粉颗粒粒径要求为180-500μm占比15％～18％、 106-180μm占比约30％、75-106μm占比2％～5％、≤75μm占比约50％。

在无氧或微氧条件下，加热至800-1300℃，水煤浆中的低阶煤或者提质煤与H₂O(水蒸气)反应，即为将低阶煤或提质煤气化制备包含CO、CO₂和H₂的水煤气的过程，主要的反应方程式为C+H₂O＝CO+H₂。因为在气化还原工艺阶段烘干后的低阶煤中大部分挥发分、焦油等已经被气化除掉，所得提质煤中煤物质的含量较高，因此利用提质煤所得的水煤气中杂质气体较少。优选地，在无氧或微氧条件下，通过电阻丝加热，使得所述水煤浆在800-1300℃温度下和水蒸气反应。进一步，所述电阻丝含有镍和铬。优选地，所述水煤浆流经电极，所述电极上施加超过10KV的电压，使得水煤浆的颗粒带上电荷。优选地，在所述水煤浆制合成气过程中，通入预热至800-1300℃水蒸气,使得所述水煤浆在800-1300℃条件下反应。

低阶煤或提质煤气化制备所需水分可以来自于烘干低阶煤得到的水分，优选地，所述水煤浆在研磨步骤中，加入含有有机物的废水，使得所述水煤浆的成浆率不低于55％。

低阶煤分质利用的水煤浆制合成气的方法得到的合成气中的主要杂质气体为CO₂、H₂S、 COS等杂质，还有少量的粉尘。优选地，通过净化工艺将水煤气中是脱酸性气体和少量的粉尘等杂质出气，得到净化后的合成气。

基于以上技术方案，本发明中的方法，低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，然后在无氧或者微氧条件下气化还原，制备得到包含CO和H₂的合成气，所制备合成气中的杂质少，质量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤物质，充分有效地利用了低阶煤中的煤物质，符合国家煤炭综合利用方向。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明公开了一种水煤浆制合成气的方法，该包括以下工艺步骤；

一种水煤浆制合成气的方法，将低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，所述水煤浆在无氧或微氧条件下，加热至800-1300℃，制备得到包含CO和H₂的合成气。

本发明的原料低阶煤可以是粉煤也可以是块煤，当低阶煤采用块煤时，对过大块煤可以通过破碎、筛分处理以获得粒度较小的粉煤。优选采用粉煤作为原料，一方面是因为粉煤无需再经破碎、筛分处理，节省工艺步骤，烘干时受热面积大，烘干效率高，另一方面是粉煤相对块煤价格低廉。优选采用粒度小于20mm的粉煤，再进一步优选采用粒度小于6mm的粉煤。

低阶煤中挥发分含量一般为20％-55％，焦油的含量为3％-15％左右，固定碳的含量为 30％-60％、水的含量为10％-40％，剩余为灰尘等其他杂质。低阶煤的煤化程度低，但优选固定碳的含量为40％-60％之间的低阶煤。

烘干一般只能除去低阶煤中大部分的自由水，而不能除掉低阶煤中的结合水，因此，低阶煤通过烘干工艺处理后得到烘干后的低阶煤和废气，所得烘干后的低阶煤依然含有一定量的水分，这部分剩余的水分可在后续的气化还原工艺中气化变成水蒸气。若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大，因此，本发明的技术方案首选对低阶煤通过烘干工艺进行处理先除掉低阶煤中的一部分水分。烘干工艺的烘干介质可为烟气或者水蒸气，烘干可分为直接烘干和间接烘干。当利用烟气作为烘干介质时，虽然烟气与低阶煤直接接触的烘干的效率是最高的，但是采用烟气进行烘干时要严格控制烘干工艺环境中氧气的体积百分比在***极限以下，以防止爆燃，烟气间接烘干的效率也并不理想，因此为了生产安全和烘干效率，优选水蒸气烘干。水蒸气直接烘干容易有可能导致水蒸气混入与低阶煤中，不仅造成了反应煤资源的消耗资，有降低了烘干效率，因此采用水蒸气间接烘干低阶煤的烘干方式，以防止水蒸气中的水分进入低阶煤中。另外，烘干过程中如果水蒸气压力过大，水蒸气带来的温度过高容易导致在烘干过程中，低阶煤中部分挥发分会逃逸出来，一方面挥发分的逸出会带来安全隐患，另一方面会影响后续气化还原工艺的产气量，因此烘干过程中烘干蒸汽压力不易过大，以保证既能保证烘干效果，又可以保证低阶煤中的挥发分不被气化。因此，优选的，烘干工艺采用水蒸汽间接烘干，水蒸汽的压力为0.3-1.5Mpa，水蒸汽的温度为105-250℃，在此工艺条件下可以最大化的降低低阶煤中的含水率，甚至可以使得从烘干工艺的出料口排出的低阶煤中的含水量降低至7wt％以下，此时大部分的水分伴随着煤粉等扬尘从低阶煤中逸出，并且以水蒸气的形式进入烘干后产生的废气中，烘干工艺的出口物料温度为50-150℃；再进一步优选，当水蒸气的压力为0.6-1.2Mpa，水蒸气的温度为120-200℃时，烘干后低阶煤的含水率将降低至6wt％以下，烘干工艺的出口物料温度为80℃-130℃。

本发明的烘干工艺可以为一级，也可以为多级，因为如果一级烘干工艺后低阶煤的含水率仍然达不到工艺的要求，可以采用二级烘干、三级烘干工艺等多级烘干继续进一步干燥，直到烘干后低阶煤的含水率符合工艺条件为止。另外，多级烘干工艺可以串联设置也可以并联设置，采用多级烘干工艺串联时可以加强干燥效果，并联时可以增大烘干工艺的处理量，因此根据实际生产工艺的需求，对多级烘干工艺是串联还是并联或者串联并联同时的设计，可以根据实际情况进行调整，只要能达到相同的技术效果即可，具体的，比如，当烘干工艺的进料量以20-30t/h的低阶煤计，可采用一级蒸汽烘干工艺；当烘干工艺的进料量以50-70t/h 的低阶计，可采用二级蒸汽烘干工艺，这样更经济合理些。

通过烘干工艺烘干后的低阶煤进入至气化还原工艺进行反应，在烘干后的低阶煤进入气化还原工艺前还可以增设气化进料工艺，以便将烘干后的低阶煤快速进入气化还原工艺，增大物料的表面积，有利于加快气化还原反应。

其中，气化还原工艺是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应工艺。烘干后的低阶煤进入气化还原工艺，在烟气等加热介质的加热下，反应过程中无需加入添加剂等其他物质，温度一般为350℃-800℃，压力≤30Kpa下发生复杂化学反应的过程，得到固态的碳和高温的合成气，其中，固态的碳即为提质煤，提质煤中的挥发分8-15wt％。高温的合成气为包含CO、H₂、CO₂、烃类、煤焦油、萘、卤化物、灰尘和含硫化合物等的多杂质气体。

在无氧或微氧条件下，加热至800-1300℃，水煤浆中的低阶煤或者提质煤与H₂O(水蒸气)反应，即为将低阶煤或提质煤气化制备包含CO、CO₂和H₂的水煤气的过程，反应方程式为C+H₂O＝CO+H₂。因为在气化还原工艺阶段烘干后的低阶煤中大部分挥发分、焦油等已经被气化除掉，所得提质煤中煤物质的含量较高，因此利用提质煤所得的水煤气中杂质气体较少。优选地，在无氧或微氧条件下，通过电阻丝加热，使得所述水煤浆在800-1300℃温度下和水蒸气反应。进一步，所述电阻丝含有镍和铬。优选地，所述水煤浆流经电极，所述电极上施加超过10KV的电压，使得水煤浆的颗粒带上电荷。

在实际生产过程中，一般采用连续不间断加热，以使得水煤浆中的提质煤或低阶煤与水蒸气反应不间断的制备合成气。低阶煤或提质煤气化制备所需水分可以来自于烘干低阶煤得到的水分，优选地，所述水煤浆在研磨步骤中，加入含有有机物的废水，使得所述水煤浆的成浆率不低于55％。

低阶煤分质利用的水煤浆制合成气的方法得到的合成气中的主要杂质气体为CO₂、H₂S、 COS等杂质，还有少量的粉尘。优选地，通过净化工艺将水煤气中是脱酸性气体和少量的粉尘等杂质出气，得到净化后的合成气。

实验例1

一种水煤浆制合成气的方法，将低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，所述水煤浆在无氧或微氧条件下，加热至800-1300℃，制备得到包含CO和H₂的合成气。

在实施例1中，低阶煤采用粒度小于20mm的粉煤；

在实施例1中，水煤浆的成浆率不低于55％，具体的是58％，水煤浆在气化炉中，从顶部喷下，在下落过程中，加热至800-1300℃，具体的，是约1000℃，使得水煤浆中的煤质与水蒸气反应生成CO和H₂。

实验例2

实验例2参考实验例1，不同的是，在实验例2中，在无氧或微氧条件下，通过电阻丝加热，使得水煤浆在800-1300℃温度下制备得到合成气。具体的，使得水煤浆中的低阶煤在约1000℃温度下和水蒸气反应，得到合成气。

实验例3

实验例3参考实验例1，不同的是，在实验例3中，所述水煤浆流经电极，所述电极上施加超过10KV的电压，使得水煤浆的颗粒带上电荷。目的在于，使得水蒸气在制备合成气过程中，能够有足够的时间贴附在低阶煤颗粒上及内部的缝隙里面，有利于合成气的生成。

对比例1

一种水煤浆制合成气的方法，成浆率58％的水煤浆，在通入氧气或空气的情况下，在气化炉中反应，使得水煤浆中的低阶煤在含氧气条件下和水蒸气反应，制备得到包含CO和H₂的合成气。

在对比例1中，需要持续不断通入O₂使得一部分水煤浆中的低阶煤燃烧放热，使得环境温度快速达到800-1300℃，另外一部分的水煤浆中的低阶煤与水蒸气在此温度下反应生成CO 和H₂，得到的气体为合成气，合成气气中主要包含CO、CO₂和H₂。采用连续不间断通入O₂合成气，以使得提质煤与水蒸气反应，温度维持在800-1300℃，不间断的制备合成气。

表2试验例1-3与对照例1生产的合成气气的成分分析表^*

组成	实验例1	实验例2	实验例3	对照例1
					CH<sub>4</sub>	37.42	38.03	38.55	0.67
H<sub>2</sub>	25.03	25.53	25.18	33.40
					CO	23.24	23.15	22.62	43.70
CO<sub>2</sub>	1.66	1.24	1.28	12.91
					N<sub>2</sub>	1.40	1.25	1.45	1.08
H<sub>2</sub>O	10.68	10.26	10.36	10.64
					其他*	0.57	0.54	0.56	0.60
硫含量	4200ppm	62ppm	31ppm	4500ppm
					H<sub>2</sub>/CO	1.08	1.10	1.11	0.70

注：1.含量为体积百分数含量；

2.其他包括其他烷烃和氨。

由表2的结果，分析得到的合成气气的成分，我们可以得到，首先，由于实验例1、实验例2和实验例3提质煤在无氧或微氧条件下和水蒸气反应，制备得到包含CO和H₂的合成气，所以在合成气中，H₂/CO，均高于1.0，且在实验例1、实验例2和实验例3的合成气中，二氧化碳的量明显低于对照例1。其次，我们意外的发现，在实验例2和实验例3中，得到的合成气中，硫含量明显减少，由此，通过电阻丝加热所述提质煤，使得水煤浆在约1000℃温度下制得合成气，和水煤浆流经电极，电极上施加超过10KV的直流电电压，使得水煤浆颗粒带上电荷，均有助于H₂S电离成单质硫，从而表现在制得的合成气中，硫含量明显降低。

综上所述，本发明中的方法，发明中的方法，低阶煤通过包括破碎和研磨步骤制备得到水煤浆，进一步，通过将低阶煤中气化还原获得提质煤，然后在无氧或者微氧条件下气化还原，制备得到包含CO和H₂的合成气，所制备合成气中的杂质少，质量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤物质，符合国家煤炭综合利用方向。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。