CN105062567A

CN105062567A - 水煤气的制备方法

Info

Publication number: CN105062567A
Application number: CN201510428809.9A
Authority: CN
Inventors: 李晓艳; 曹建新; 白乾坤; 雷朝红; 李民; 夏俊兵
Original assignee: SHAANXI SHENMU CHEMICAL INDUSTRIAL Co Ltd; China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd
Current assignee: SHAANXI SHENMU CHEMICAL INDUSTRIAL Co Ltd; China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2035-07-20
Also published as: CN105062567B

Abstract

本发明提供了一种水煤气的制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合，得到水煤浆；以及S2，将水煤浆与氧气进行气化反应，得到水煤气。将煤直接将油渣与原料煤一并作为气化反应的原料，制备水煤气，相比于将煤直接油渣与原料煤进行混合燃烧，本发明是将含碳量较高的有机物转化为含碳量较低的水煤气，然后再进行利用。这使得煤直接液化油渣能够得到更充分地利用，有利于提高煤直接液化油渣的能源转化率，同时也更环保，资源的利用率较高。

Description

水煤气的制备方法

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种水煤气的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，石油供需矛盾日益扩大，中国多煤、少油和缺气的能源结构决定了煤液化过程是中国能源战略的重要组成部分。煤直接液化过程是先把原料煤磨成粉，然后与自身产生的液化重油(循环溶剂)配成煤浆，在高温、高压及催化剂的作用下加氢，最终直接将煤转化成汽油、柴油等煤液化产品的过程。

不管煤直接液化过程采取哪种工艺，其碳转化率都不可能达到100％。少量未反应的煤、无机矿物以及催化剂粉末都是以固体形态和液化油渣夹杂在一起，经固液分离后，得到液相产物(液化油)以及固相产物(液化油渣)。液化油渣是一种高硫、高碳、高灰的物质，产量达到液化原料煤的30％左右。因此，如何合理利用液化油渣对煤制油液化工艺的经济性、环保性和资源的有效利用等都有着重要的意义。

对于煤直接液化油渣的利用方面，国内的科研工作者也贡献出一些研究成果。如专利CN200710120626.6B公开了一种液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法：将热熔态的油渣经泵加压、雾化与脱硫剂以及原料煤一起在锅炉中进行燃烧，为合理利用油渣提供了一种可行的方法。CN200710178082.9公开了一种将煤直接液化油渣作为道路沥青改性剂及其应用方法：将煤直接液化油渣粉碎在100目以下，温度控制在100～250℃，与沥青按比重5％～30％混合均匀，得到一种新的廉价的改性沥青。

现有的煤直接液化油渣利用的方法虽然思路很好，但是仍然存在能源转化率低的缺陷。基于此，有必要提供一种能够充分利用煤直接液化油渣的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水煤气的制备方法，以解决现有技术中的油渣能源转化率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明一个方面提供了一种水煤气的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合，得到水煤浆；以及S2，将水煤浆与氧气进行气化反应，得到水煤气。

进一步地，水煤浆中煤直接液化油渣的重量占原料煤重量的5％～15％，优选为5％～10％。

进一步地，步骤S1中，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合后，进一步向混合体系中加入添加剂，得到水煤浆；其中，添加剂包括分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调整剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂组成的组中的一种或多种。

进一步地，添加剂的用量为原料煤重量的3％～5％。

进一步地，水煤浆的pH为7～9，质量浓度为55％～65％，粘度为300～1500mpa·s，固态颗粒的粒度为325～20目。

进一步地，水煤浆的灰分为小于18wt％，灰熔点小于1280℃。

进一步地，步骤S2中，气化反应的反应温度为1100～1500℃，压力为2.5～8.5MPa。

进一步地，气化反应在德士古气化炉中进行。

应用本发明的技术方案，将煤直接液化油渣与原料煤一并作为气化反应的原料，制备水煤气。相比于将煤直接液化油渣与原料煤进行混合燃烧，本发明是将含碳量较高的有机物转化为含碳量较低的水煤气，然后再进行利用。这使得煤直接液化油渣能够得到更充分地利用，有利于提高煤直接液化油渣的能源转化率，同时也更环保，资源的利用率较高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例1至4中应用的水煤气制备装置的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

110、煤贮斗；120、煤称量给料机；130、磨煤机；140、磨煤机出料槽；150、低压煤浆泵；160、水煤浆槽；170、高压煤浆泵；180、气化反应装置；101、受煤口；102、第一搅拌器；103、第二搅拌器；104、皮带系统；105、滚筒筛。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中重复利用煤直接液化油渣时存在转化率低的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种水煤气的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合，得到水煤浆；以及S2，将水煤浆与氧气进行气化反应，得到水煤气。

本发明所提供的上述水煤气的制备方法中将煤直接液化油渣与原料煤一并作为气化反应的原料，制备水煤气。相比于将煤直接液化油渣与原料煤进行混合燃烧，本发明是将含碳量较高的有机物转化为含碳量较低的水煤气，然后再进行利用。这使得煤直接液化油渣能够得到更充分地利用，有利于提高煤直接液化油渣的能源转化率，同时也更环保，资源的利用率较高。

在上述制备方法中，将原料煤与煤直接液化油渣一并作为气化反应的原料制备水煤气能够有效利用煤直接液化油渣，减少资源浪费。在一种优选的实施方式中，水煤浆中煤直接液化油渣的重量占原料煤重量的5％～15％。煤直接液化油渣中含有一定量的硫，将水煤浆中煤直接液化油渣与原料煤之间的用量关系限定在上述范围内，有利于减轻后期脱硫以及硫回收系统的负荷。优选地，水煤浆中煤直接液化油渣的重量占原料煤重量的5％～10％。

在上述制备方法中，本领域技术人员可以选择添加剂的种类。在一种优选的实施方式中，步骤S1中，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合后，进一步向混合体系中加入添加剂，得到水煤浆；其中，添加剂包括但不限于分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调整剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂组成的组中的一种或多种。分散剂的加入有利于降低水的表面张力和提高煤粒表面的表面张力，使润湿接触角降至50度以下。从而借水化膜将煤粒隔离开，减少煤粒间的阻力，从而达到降低黏度的作用。总之，水煤浆分散剂吸附在煤表面，有利于提高煤的亲水性，并能在煤表面形成双电层和空间位阻，进而有利于提升原煤颗粒的分散性。常用分散剂按离解与否可分为离子型与非离子型两大类。离子型又可按电荷的属性分为阴离子型、阳离子型和两性型三类。两性型是指当溶液呈碱性时显示阴离子特性，呈酸性时显示阳离子特性。阴离子、非离子、阳离子、及两性分散剂的国际价格比为1:2:3:4。优选地，分散剂选自选择阴离子型分散剂。更有选地，萘磺酸盐、木质素磺酸盐、磺化腐值酸盐等。

稳定剂可以使煤浆中已分散的煤粒能与周围其他煤粒及水相互交联，形成一种较弱但又有一定强度的三维空间结构，从而有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离。优选地，稳定剂为聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素以及一些微细胶体粒子。

需要使用消泡剂的情况分为两种：一是分散剂为非离子型时，因它常常同时有很好的起泡性能，水煤浆中含过多气泡，特别是微泡时，流动性大受影响；二是制浆用煤为浮选精煤，当其表面残留起泡剂较多时，经搅拌充气也会产生大量气泡。优选地，阴离子型分散剂为萘磺酸盐类，同时有很好的消泡作用。其与非离子型分散剂联合使用，不仅能消泡，而且可降低价格昂贵的非离子型分散剂的用量。消泡剂用量大约是分散剂的十分之一，两者可同时加入。

加入pH调整剂，有利于制浆时水煤浆的分散性、稳定性等综合性能。防霉剂有利于抑制细菌生。

表面处理剂有利于改变煤粒表面特性，增强其成浆性，特别是对难成浆煤种。表面处理剂对提高难制浆煤种的成浆性作用明显，而对易制浆煤种作用不大或没有作用。

促进剂有利于降低水煤浆的黏度、提高其稳定性、改善流变特性、增强抗剪切能力。更为特别地，促进剂对水煤浆，特别是对难制浆煤种的成浆性具有显著效果。

本发明中的添加剂包括但不限于榆林市南大化工科技有限公司市售的水煤浆添加剂。在一种优选的实施方式中，水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的3％～5％。将水煤浆添加剂的用量控制在上述范围内，有利于提高水煤浆的流动性、稳定性等综合性能。

在上述制备方法中，本领域技术人员可以选择水煤浆的pH、质量浓度和粘度。在一种优选的实施方式中，水煤浆的pH为7～9，质量浓度为55％～65％，粘度为300～1500mpa·s。将水煤浆的pH、质量浓度和粘度控制在上述范围内，有利于进一步提高水煤浆中固体颗粒的流动性和稳定性。

在上述制备方法中，根据本发明的上述教导，本领域技术人员可以选择水煤浆中固态颗粒的粒度分布。在一种优选的实施方式中，水煤浆中固态颗粒的粒度为325～20目。将水煤浆中固态颗粒的粒度控制在上述范围内，有利于提高气化反应的反应效率。

在上述制备方法中，本领域技术人员可以选择水煤浆中的灰分和灰熔点。在一种优选的实施方式中，水煤浆的灰分为小于18wt％，灰熔点小于1280℃。水煤浆中灰分含量控制在较低的范围内，有利于提高气化反应的经济性，同时将灰熔点控制在上述范围内有利于降低操作温度，延长气化反应装置的使用寿命。

在上述制备方法中，气化反应可以选择本领域常用的工艺条件。在一种优选的实施方式中，步骤S2中，气化反应的反应温度为1100～1500℃，压力为2.5～8.5MPa。采用上述反应温度和压力有利于提高气化反应的反应速率。

在上述制备方法中，气化反应装置采用本领域常用的反应装置即可。在一种优选的实施方式中，气化反应在德士古气化炉中进行。其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤；气化操作温度高，液态排渣，单台气化炉生产能力大；碳转化率高，煤气质量好；三废处理简单，易于达到环境保护的要求；生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

原料煤及煤直接液化油渣的主要物化性质，见表1。

原料煤及煤直接液化油渣中各组分的质量分数见表2和表3。

原料哈氏可磨指数(HGI)越高，煤越易磨碎，在同等粒度分布条件下，磨煤电耗越低。原料煤及煤直接液化油渣分析哈氏可磨指数分析，见表4。

煤的反应活性是影响料浆制备和气化的重要指标之一，反应活性好的煤，在气化过程中，反应速度快，气化效率高，能提高碳的转换率和有效气体成分及产气量，降低氧耗、煤耗。原料煤及煤直接液化油渣二氧化碳的反应性分析，见表5。

本发明实施例1至4中气化反应装置180采用水煤浆入料25m³/h的德士古水煤浆气化炉。

表1

表2

表3

注：HGI为哈氏可磨指数，HGI越高，煤越易磨碎，在同等粒度分布条件下，磨煤电耗越低；TRD代表真相对密度，是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项指标。

表4

样品	哈氏可磨指数
		原料煤1	52
原料煤2	54
		煤直接液化油渣	132

表5

温度(℃)	800	850	900	950	1000	1050	1100
								原料煤1(％)	12.9	32.9	59.9	82.3	96.5	100.0	－
原料煤2(％)	31.1	56.7	95.3	100.0	－	－	－
								煤直接液化油渣(％)	6.4	12.1	37.2	65.8	84.8	94.6	99.2

实施例1

该实施例中制备了水煤气，具体制备工艺如下：

如图1所示，在气化反应装置180正常运行的过程中，将水煤浆槽160的液位降低至20％(高压煤浆泵170运行的最低液位)；将原料煤中和煤直接液化油渣混合(煤：油渣重量比为95：5)，由受煤口101经皮带系统104输送进入煤贮斗110，经煤称量给料机120称量后，送入磨煤机130；水和水煤浆添加剂，分别经泵送至磨煤机130；煤直接液化油渣、煤、水和水煤浆添加剂在磨煤机130中研磨成水煤浆；

经磨煤出口的滚筒筛105滤去大于4mm的大颗粒后，溢流至磨煤机出料槽140中。水煤浆经磨煤机出料槽140中的第一搅拌器搅拌均匀，由低压煤浆泵150加压，送至水煤浆槽160中贮存。磨煤机出料槽140和水煤浆槽160中均设有搅拌器(连续运行)，使煤浆始终处于均匀悬浮状态；逐渐提高水浆槽160液位至正常液位85％，运行24小时；

水煤浆槽160中，水煤浆的pH为8.04，煤和油渣的质量浓度为60.9％(油渣的用量占煤与油渣总重量的5％)，粘度为562mpa·s，灰分为13.24wt％，灰熔点为1222℃，水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的3％。

上述水煤浆由高压煤浆泵170加压，将上述水煤浆送至气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应；空分装置送来的纯度为99.5％，压力为6.0～6.2MPa的氧气，也送入气化反应装置180(德士古气化炉)中。水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应；连续运行48小时。

水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应，得到以CO和H₂为有效成份的水煤气。其中，气化反应的工艺条件如下：温度为1320℃，压力为4.0MPa。

实施例2

该实施例中制备了水煤气，具体制备工艺如下：

如图1所示，在气化反应装置180正常运行的过程中，将水煤浆槽160的液位降低至20％(高压煤浆泵170运行的最低液位)；将原料煤中和煤直接液化油渣混合(煤与油渣的重量比为90：10)，由受煤口101经皮带系统104输送进入煤贮斗110，经煤称量给料机120称量后，送入磨煤机130；水和水煤浆添加剂分别经泵送至磨煤机130；煤直接液化油渣、煤、水和水煤浆添加剂在磨煤机130中研磨成水煤浆；

经磨煤出口的滚筒筛105滤去大于4mm的大颗粒后，溢流至磨煤机出料槽140中。水煤浆经磨煤机出料槽140中的第一搅拌器搅拌均匀，由低压煤浆泵150加压，送至水煤浆槽160中贮存。磨煤机出料槽140和水煤浆槽160中均设有搅拌器(连续运行)，使煤浆始终处于均匀悬浮状态；逐渐提高水浆槽160液位至正常液位85％，并运行24小时。

水煤浆槽160中，水煤浆的pH为8.30，煤和油渣的质量浓度为61.18％(油渣的重量占煤与油渣总重量的10％)，粘度为599mpa·s，灰分为12.02wt％，灰熔点为1204℃，水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的4％。

上述水煤浆由高压煤浆泵170加压，将上述水煤浆送至气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应；空分装置送来的纯度为99.5％，压力为6.0～6.2MPa的氧气，也送入气化反应装置180(德士古气化炉)中。水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应，得到以CO和H₂为有效成份的水煤气。连续运行48小时。

水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应，得到以CO和H₂为有效成份的水煤气。其中，气化反应的工艺条件如下：温度为1300℃，压力为4.0MPa。

实施例3

该实施例中制备了水煤气，具体制备工艺如下：

如图1所示，在气化反应装置180正常运行的过程中，将水煤浆槽160的液位降低至20％(高压煤浆泵170运行的最低液位)；将原料煤中和煤直接液化油渣混合(煤与油渣的重量比为85：15)，由受煤口101经皮带系统104输送进入煤贮斗110，经煤称量给料机120称量后，送入磨煤机130；水和水煤浆添加剂分别经泵送至磨煤机130；煤直接液化油渣、煤、水和水煤浆添加剂在磨煤机130中研磨成水煤浆。

经磨煤出口的滚筒筛105滤去大于4mm的大颗粒后，溢流至磨煤机出料槽140中。水煤浆经磨煤机出料槽140中的第一搅拌器搅拌均匀，由低压煤浆泵150加压，送至水煤浆槽160中贮存。磨煤机出料槽140和水煤浆槽160中均设有搅拌器(连续运行)，使煤浆始终处于均匀悬浮状态；逐渐提高水浆槽160液位至正常液位85％，运行24小时。

水煤浆槽160中，水煤浆的pH为8.25，煤和油渣的质量浓度为61％(油渣的用量占原料用量的15wt％)，粘度为599mpa·s，灰分为水煤浆的灰分为12.02wt％，灰熔点为1196℃。水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的5％。

水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应，得到以CO和H₂为有效成份的水煤气。其中，气化反应的工艺条件如下：温度为1290℃，压力为4.0MPa。

实施例4

该实施例中制备了水煤气，具体制备工艺如下：

如图1所示，在气化反应装置180正常运行的过程中，将水煤浆槽160的液位降低至20％(高压煤浆泵170运行的最低液位)；将原料煤中和煤直接液化油渣混合(煤与油渣的重量比为80:20)，由受煤口101经皮带系统104输送进入煤贮斗110后，经煤称量给料机120称量后，送入磨煤机130；水和水煤浆添加剂，分别经泵送至磨煤机130；煤直接液化油渣、煤、水和水煤浆添加剂在磨煤机130中研磨成水煤浆。

水煤浆槽160中，水煤浆的pH为8.38，煤和油渣的质量浓度为61.02％(油渣的用量占煤与油渣总重量的20％)，粘度为648mpa·s，水煤浆的灰分为11wt％，灰熔点为1185℃。水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的5％。

水煤浆和氧气在气化反应装置180(德士古气化炉)中进行气化反应，得到以CO和H₂为有效成份的水煤气。其中，气化反应的工艺条件如下：温度为1280℃，压力为4.0MPa。

对比例1

该实施例中制备了水煤气，具体制备工艺如下：

如图1所示，在气化反应装置180正常运行的过程中，将原料煤由受煤口101经皮带系统104输送进入煤贮斗110后，经煤称量给料机120称量后，送入磨煤机130；水以及质量浓度为3％的水煤浆添加剂，分别经泵送至磨煤机130；煤、水和水煤浆添加剂在磨煤机130中研磨成水煤浆。

经磨煤出口的滚筒筛105滤去大于4mm的大颗粒后，溢流至磨煤机出料槽140中。水煤浆经磨煤机出料槽140中的第一搅拌器搅拌均匀，由低压煤浆泵150加压，送至水煤浆槽160中贮存。磨煤机出料槽140和水煤浆槽160中均设有搅拌器(连续运行)，使煤浆始终处于均匀悬浮状态，运行24小时。

水煤浆槽160中，水煤浆的pH为7.81，原料煤的质量浓度为60.8％，粘度为454mpa·s，灰分为11.29wt％，灰熔点为1204℃。水煤浆添加剂的用量为原料煤重量的3％。

油渣与原料煤比例5～15wt％比例生产过程中，观察气化炉温度、压力、生产的水煤气指标均正常；气化灰水运行正常。对实施例1至4及对比例1制得的水煤气进行性能分析，得到各组分的质量分数见表6。

表6

实施例	CO₂％	(CO+H₂)％	N₂％	H₂S％	CH₄％
						指标	≤22	≥78	≤0.6	≤0.15	≤0.15
1	20.01	79.14	0.57	0.13	0.15
						2	18.57	80.78	0.43	0.14	0.08
3	19.79	79.51	0.46	0.15	0.09
						4	19.79	79.49	0.45	0.18	0.09
对比例1	19.50	79.77	0.56	0.08	0.09

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：实施例1至4中，原料组成为油渣5wt％～20wt％时，所制备的水煤浆的PH、粒度分布、质量浓度、灰熔点均在指标范围之内；与不含油渣的水煤浆相比较无明显变化。从表1中可以看出，相比于只使用煤进行气化反应的对比例1，实施例1至4中制备的水煤气除硫化氢略有浮动外，其他指标都在合格水煤气指标控制之内。由此可知：作为废物利用，采用本发明中的技术方案能够提高煤直接液化油渣的能源转化率，有利于使煤直接液化油渣更充分地利用，提高经济效益。

将煤直接液化油渣与原料煤一并作为气化反应的原料，制备水煤气，相比于煤直接液化油渣与原料煤进行混合燃烧，本发明是将含碳量较高的有机物转化为含碳量较低的水煤气，然后再进行利用。这使煤直接液化油渣能够得到更充分地利用，有利于提高煤直接液化油渣的能源转化率，同时也更环保以及资源的利用率高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水煤气的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1，将原料煤、煤直接液化油渣与水混合，得到水煤浆；以及

S2，将所述水煤浆与氧气进行气化反应，得到所述水煤气。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水煤浆中所述煤直接液化油渣的重量占所述原料煤重量的5％～15％，优选为5％～10％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述原料煤、所述煤直接液化油渣与水混合后，进一步向混合体系中加入添加剂，得到所述水煤浆；其中，所述添加剂包括分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调整剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂组成的组中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂的用量为所述原料煤重量的3～5％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水煤浆的pH为7～9，质量浓度为55～65％，粘度为300～1500mpa·s，固态颗粒的粒度为325～20目。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水煤浆的灰分为小于18wt％，灰熔点小于1280℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述气化反应的反应温度为1100～1500℃，压力为2.5～8.5MPa。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述气化反应在德士古气化炉中进行。