CN102080004B

CN102080004B - 一种生物油煤浆及其制备煤气的方法

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Publication number: CN102080004B
Application number: CN2009102412490A
Authority: CN
Inventors: 宋文立; 林伟刚; 汪永威; 王泽�; 都林; 姚建中
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: CN102080004A

Abstract

本发明公开了一种生物油煤浆，所述的生物油煤浆是由煤粉和生物油按照一定的比例搅拌或研磨混合制成；其中，煤粉的重量份比为20～80；生物油的重量份比为20～80。本发明还公开了一种制备煤气的方法，包括如下步骤：(1)将煤粉和生物油按照一定的比例混合，其中，煤粉的重量份比为20～80；生物油的重量份比为20～80，加入添加剂后经搅拌制成生物油煤浆；(2)制得的生物油煤浆通过输送泵经输送管路和雾化喷嘴雾化打入气化炉；雾化后的生物油煤浆和通入的气化剂在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应；(3)反应生成的气体即为粗煤气，反应中形成的残渣在气化炉底部以液态形式排出。本发明可以实现生物油和煤的共同气化。

Description

一种生物油煤浆及其制备煤气的方法

技术领域

本发明涉及生物质的能源领域，特别涉及一种生物油煤浆及其制备煤气的方法。

背景技术

生物质是一种广泛和大量存在的可再生能源，与化石燃料相比，生物质是一种能量密度低，原料分散的能源，虽然生物质的气化技术比较成熟，但若用来生产氢气或合成气，则因原料收集和运输困难而不易达到规模化生产。此外，生物质气化多是在高温、高压条件下进行的，由此带来的诸如带压进料困难、灰分熔化所带来的排渣及碱金属和卤化物的高温腐蚀等问题都不易解决，而且，由生物质直接气化所得气体不够纯净，会给后续的重整或变换工艺带来不便。

相比之下，生物质热解技术发展迅速，由于热解在中温常压下进行，工艺操作相对简单，热解所得液体产物(生物质热解油或简称生物油)产率较高，运输方便，因此，热解便于在小地区范围内建立热解装置，从而对多个地区所得的生物质热解液可以进行集中利用。生物油根据物料和热解条件不同呈现不同的性质，一般情况下是一种棕黑色的粘性液体，成分复杂，主要是水、少量焦炭和近300种含氧有机化合物(有机酸、醛、酮、醇及芳烃等)，含氧量高，其热稳定性很差，加热至80～120℃左右就会成为海绵状胶体，不能用蒸馏的方法除去油中的水分，使其利用受到很大限制，人们正在通过各种途径对其进行改质以期达到利用的目的。

另一方面，对于煤粉直接气化制备合成气存在诸如进料困难，设备投资高等一系列的问题，因此，开展了水煤浆气化技术，水煤浆气化技术解决了进料难的问题，但水煤浆气化技术一方面耗水量过大，另一方面能耗也较高，因此，其应用也受到一定的限制。

目前的粉煤和水煤浆气化炉大多采用加压气流床气化工艺，加压气流床气化工艺是目前国际上较先进的气化技术之一，在对含碳氢化合物进行加压气化的气流床气化工艺中，原料以粉状或浆态的料液进入气化炉，气化剂作为原料的输送介质经过喷嘴将原料夹带并流进入气化炉，经过喷嘴的雾化作用，被雾化的原料在气化炉内和气化剂进行充分的混合，进而发生热解、燃烧和气化反应。该技术在煤气化领域已经比较成熟，目前世界上已经商业化的大型(250MW以上)电站都采用气流床，并且在代表性的工业化气流床气化炉中，均采用加压气化，如Shell，GSP、GEGP(即Texaco)、Prenflo和DOW气化炉及工艺，另外，国内还有华东理工大学开发的多喷嘴对置式气化炉、二段加氧水煤浆气化炉技术及航天炉等气化炉及工艺。其中，最具代表性的也是最先进的是以干煤粉为原料的Shell和以水煤浆为原料的Texaco气化炉工艺，Shell气化炉采用干煤粉进料，氧耗比水煤浆低15％；碳转化率高，可达99％，煤耗比水煤浆低8％；调节负荷方便，关闭一对喷嘴，负荷则降低50％；炉衬为水冷壁，据称其寿命为20年，喷嘴寿命为1年，其主要缺点是设备投资大于水煤浆气化技术，喷嘴寿命太短，气化炉及废热锅炉结构过于复杂，加工难度加大。Texaco气化炉采用水煤浆进料，水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省，其主要缺点是不同煤种的制浆浓度不同，因此，其对煤种的适应范围相对较Shell气化炉低；另一方面，因汽化煤浆中的水量要耗去入炉煤的8％，比干煤粉为原料氧耗高12％～20％，所以效率比较低，且水煤浆中由于含有大量的水而造成原料热值较低，因此，水煤浆的气化炉不宜采用水冷壁而采用耐火材料层，耐火材料层寿命有限，不能长期运行，造成设备投资较高；另外，需以低灰、低灰熔点煤为原料，高温操作，虽气化强度和气体品质较高，但氧耗高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生物油煤浆及其制备煤气的方法。由于生物油本身具有较高的热值和含氧量，若能将生物油和煤粉混合制成易于流动和输送的生物油煤浆去气化炉气化，这样就十分有利于煤粉的气化，另一方面，由于生物油本身具有较高的热值，对于生物油煤浆的气化来说，可以在更高的温度下进行，因此，是可以采用水冷壁形式的气化炉的。将生物油与煤粉在适当添加剂的作用下按照一定比例制成生物油煤浆，制备的生物油煤浆易于流动，可用泵直接输送，并易于雾化和贮存，可广泛用作各种气化炉的气化原料，同时也可用于工业锅炉、电厂锅炉和工业窑炉上替代油或煤燃烧。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供的一种生物油煤浆，其特征在于：所述的生物油煤浆是由煤粉和生物油按照一定的比例搅拌或研磨混合制成；其中，煤粉的重量份比为20～80；生物油的重量份比为20～80。

所述的生物油煤浆中还包括添加剂，用于增加生物油煤浆的分散性或稳定性，其重量份比为0～5。

所述的添加剂选自包括木质素磺酸盐、腐植酸磺酸盐、萘磺酸盐或其甲醛缩聚物、聚氧乙烯高聚物中的一种或几种。

所述的煤粉的平均粒径为0.5～500微米。

所述的煤粉选自褐煤、烟煤、无烟煤或其混合物。

所述的生物油为生物质热裂解产生的液体产物或其中的部分组分。

为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种制备煤气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)将煤粉和生物油按照一定的比例混合，其中，煤粉的重量份比为20～80；生物油的重量份比为20～80，加入添加剂后经搅拌制成生物油煤浆；

(2)制得的生物油煤浆通过输送泵经输送管路和雾化喷嘴雾化打入气化炉；雾化后的生物油煤浆和通入的气化剂在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应；

(3)反应生成的气体即为粗煤气，反应中形成的残渣在气化炉底部以液态形式排出。

所述的气化炉采用水冷壁做炉衬。

所述的气化剂可以是氧气、空气、水蒸气、二氧化碳或富氧空气中的一种或几种。

本发明的优点在于，本发明提出了一种人工合成的生物油煤浆新能源及用其制备煤气的方法，可以实现生物油和煤的共同气化。

和现有技术相比，本发明将生物油和煤混合制备生物油煤浆，生物油特别是生物质快速热解油的制备过程中很关键的一步就是气固的快速分离和冷凝，而如果所得生物油用来制备生物油煤浆，对热解气的气固分离来说，要求就不是很高，只需分离出部分固体颗粒，然后快速冷凝即可得到含有少量焦炭的生物油，这种混有生物质焦炭的生物油热值更高，作为制备生物油煤浆的原料更为合适，这样就大大节省了制备生物油过程中的设备投资和运行成本。

本发明的优点还在于：本发明充分利用了生物油中的水分和有机质，可替代部分煤炭和水，节省了资源，实现了生物油的资源化利用，工业应用前景广阔。

本发明的生物油煤浆成浆浓度高、稳定性好，适合于泵送和易于雾化。

本发明所制备的生物油煤浆可直接作为燃料燃烧，更可作为气化原料制备煤气。

由于采用生物油煤浆作原料，因此，本发明的制备煤气的方法，其煤种适应性强、操作温度低、气化效率高。

本发明由于所用到的气化炉采用水冷壁，因此，采用这种气化方法的气化炉使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的制备煤气的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细地说明。

本发明的工艺流程图如图1所示，生物油和煤粉及添加剂经混合设备混合均匀制成生物油煤浆后经泵输送到气化设备，在气化设备反应后灰渣经设备排出，气体产品即为粗制煤气。

实施例1：

原料：

(1)大同煤粉，平均粒径为10微米；

(2)由锯末热解得到的热解液；

实施方法

1)将80重量份的混合煤粉，20重量份的热解液混合后，经搅拌制成生物油煤浆，制得的的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

2)取制得的的生物油煤浆，将其用输送泵经输送管路和喷嘴打入水冷壁做炉衬的气化炉，雾化后的生物油煤浆和空气在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应，反应后的灰渣以液态的形式经由液态排渣口排出，气体产品即为粗煤气。

实施例2：

原料：

(1)混合煤粉，平均粒径为500微米；

(2)由秸秆热解得到的热解液；

实施方法

1)将20重量份的混合煤粉，80重量份的热解液混合后经搅拌制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

2)取制得的生物油煤浆，将其用输送泵经输送管路和喷嘴打入水冷壁做炉衬的气化炉，雾化后的生物油煤浆和空气在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应，反应后的灰渣以液态的形式经由液态排渣口排出，气体产品即为粗制合成气。

实施例3：

原料：

(1)煤粉，平均粒径为100微米；

(2)由稻壳热解得到的热解液；

实施方法

1)将70重量份的混合煤粉，29重量份的热解液和1份的添加剂(木质素磺酸钠和磷酸酯1∶1的混合物)混合后经搅拌制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

2)取制得的生物油煤浆，将其用输送泵经输送管路和喷嘴打入水冷壁做炉衬的气化炉，雾化后的生物油煤浆和空气在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应，反应后的灰渣以液态的形式经由液态排渣口排出，气体产品即为粗制燃气。

实施例4：

原料：

(1)煤粉，平均粒径为50微米；

(2)由锯末热解得到的热解液；

实施方法

1)将75重量份的混合煤粉，20重量份的热解液和5重量份的添加剂(腐植酸磺酸盐和醇类1∶1的混合物)混合后经搅拌制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

2)取制得的生物油煤浆，将其用输送泵经输送管路和喷嘴打入水冷壁做炉衬的气化炉，雾化后的生物油煤浆和空气在气化炉内发生热解、气化和燃烧反应，反应后的灰渣以液态的形式经由液态排渣口排出，气体产品即为粗煤气。

实施例5：

原料：

(1)混合煤粉，平均粒径为200微米；

(2)由玉米芯热解得到的热解液；

实施方法

1)将40重量份的混合煤粉，60重量份的热解液混合后经搅拌制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

实施例6：

原料：

(1)霍林河煤粉，平均粒径为20微米；

(2)由玉米秸秆热解得到的热解液；

实施方法

1)将60重量份的混合煤粉，39重量份的热解液和1重量份的添加剂(萘磺酸盐类分散稳定剂和磷酸酯类消泡剂1∶1混合物)混合后经搅拌和研磨制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

实施例7：

原料：

(1)新疆煤粉，平均粒径为10微米；

(2)由锯末热解得到的热解液；

实施方法

1)将80重量份的混合煤粉，15重量份的热解液和5重量份的添加剂(聚丙烯酰胺絮凝剂)混合后经搅拌和研磨制成生物油煤浆，制得的生物油煤浆其用途在于作为燃烧燃料或者气化原料。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种生物油煤浆，其特征在于：所述的生物油煤浆是由煤粉和生物油按照一定的比例搅拌或研磨混合制成；其中，煤粉的重量份比为20～80；生物油的重量份比为20～80。

2.根据权利要求1所述的生物油煤浆，其特征在于：所述的生物油煤浆中还包括添加剂，用于增加生物油煤浆的分散性或稳定性，其重量份比为0～5。

3.根据权利要求2所述的生物油煤浆，其特征在于：所述的添加剂选自包括木质素磺酸盐、腐植酸磺酸盐、萘磺酸盐或其甲醛缩聚物、聚氧乙烯高聚物中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的生物油煤浆，其特征在于：所述的煤粉的平均粒径为0.5～500微米。

5.根据权利要求1所述的生物油煤浆，其特征在于：所述的煤粉选自褐煤、烟煤、无烟煤或其混合物。

6.根据权利要求1所述的生物油煤浆，其特征在于：所述的生物油为生物质热裂解产生的液体产物或其中的部分组份。

7.一种制备煤气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备煤气的方法，其特征在于：所述的气化炉采用水冷壁做炉衬。

9.根据权利要求7所述的制备煤气的方法，其特征在于：所述的气化剂可以是氧气、空气、水蒸气、二氧化碳或富氧空气中的一种或几种。