CN109135838B - 一种水煤浆循环气化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水煤浆循环气化系统及方法，所述系统包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气（CO+H₂）以及碳黑浆的气化装置，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置，所述回收装置通过管道可将分离的可燃物颗粒返回到所述气化装置中继续进行气化处理，从而提升气化装置中进料的气化效率或转化率，所述非可燃物颗粒可通过压滤形成滤饼，作为一种宝贵的工程原料用于建材、路桥、回填等领域。

Description

一种水煤浆循环气化系统及方法

技术领域

本发明涉及水煤浆气化领域，尤其涉及一种水煤浆循环气化系统及方法。

背景技术

煤炭在未来相当长一段时期内仍将是我国的主要基础能源，煤炭的利用相比天然气和石油而言更加困难，污染也更大。实际上，目前我国的煤炭资源不仅利用率低，且开采和利用过程中，对环境产生了难以忽视的污染。为了维护国家能源安全和应对环境保护，节能减排、清洁高效是对煤炭资源利用的必然要求。为实现煤炭工业可持续发展，作为煤炭清洁利用的重要手段，煤气化技术得到了极大的重视和发展。

碳黑(细渣)滤饼是煤气化的副产物，主要组分为二氧化硅和氧化铝等矿物质(非可燃物)、少许残余碳(可燃物)，由煤气化装置碳黑水经沉降-压滤等工艺过程获得。碳黑滤饼的残余可燃物含量随气化炉类型、气化工艺、气化原料操作条件等的变化波动很大，其可燃物含量一般在10-30wt.％，在气化条件恶劣时，其可燃物含量可达60wt.％。

目前该部分碳黑滤饼的处理方式主要有用于建筑制品，烧砖，作为锅炉燃料和填埋四种，但这四种处理方式都存在很大的弊端。

若将其直接用于建材、建工、道路及回填工程，主要限制因素为固体可燃物量，由于气化装置系统的特殊工艺操作特性，所副产碳黑滤饼的残炭值远超过国家标准和相关行业标准限值，即使作为锅炉燃料也降低了煤炭的利用价值，同时需要增加锅炉烟气处理的配套环保投入。

随着国家新环保法的提出与实施，各地方对污染企业的查处力度不断加强，不符合环保要求的砖厂逐渐关闭，造成碳黑滤饼无处销售，而用作填埋场材料，并使用汽车运输至厂外，会造成二次污染，同时填埋的处理手段使碳黑中可燃物被废弃，热能无法释放，造成资源不能有效利用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水煤浆循环气化系统及方法，旨在解决现有技术无法对碳黑水中的可燃物和非可燃物进行有效分离，导致碳黑资源浪费以及水煤浆气化效率较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种水煤浆循环气化系统，其中，包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气以及碳黑浆的气化装置，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置；所述回收装置通过管道与所述气化装置连通，所述回收装置中的可燃物颗粒通过管道循环进入到所述气化装置中进行气化处理。

所述的水煤浆循环气化系统，其中，所述回收装置包括用于对碳黑浆进行研磨的第一湿磨机，以及用于对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离处理的分离塔，所述分离塔内部从下至上依次设置有与外界空气连通并生成微气泡的第一分布器、与所述第一湿磨机连通并用于通入碳黑浆的第二分布器以及用于喷水的第三分布器。

所述的水煤浆循环气化系统，其中，所述分离塔顶端和底部分别设置有可燃物浆液出口和非可燃物浆液出口，所述可燃物浆液出口通过管道与可燃物储存罐连通，所述可燃物储存罐通过管道与所述气化装置连通，所述非可燃物浆液出口通过管道与压滤机连通。

所述的水煤浆循环气化系统，其中，所述气化装置包括用于对煤粉以及回收的可燃物颗粒进行研磨处理得到水煤浆的第二湿磨机，用于对所述水煤浆进行气化处理生成粗合成气以及碳黑水的气化炉，用于对所述粗合成气进行洗涤生成合成气的洗涤塔，用于对所述碳黑水进行闪蒸处理的真空闪蒸罐，用于对所述碳黑水进行固液分离处理得到碳黑浆和灰水的沉降槽，所述第二湿磨机、气化炉、洗涤塔、真空闪蒸罐以及沉降槽通过管道依次连通。

所述的水煤浆循环气化系统，其中，所述气化装置还包括设置在所述气化炉与洗涤塔之间的激冷水泵，所述沉降槽通过管道与一用于储存灰水的灰水箱连通，所述灰水箱通过管道与一灰水加热器连通，所述灰水加热器通过管道分别与所述真空闪蒸罐和洗涤塔连通。

一种水煤浆循环气化方法，其中，包括步骤：

将水煤浆通入气化装置中进行气化处理生成碳黑浆和合成气；

将所述碳黑浆通入回收装置对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离，将分离得到的可燃物颗粒通过管道循环输送到所述气化装置中进行气化处理生成合成气。

所述的水煤浆循环气化方法，其中，所述将所述碳黑浆通入回收装置对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的步骤具体包括：

向所述碳黑浆中加入亲水性颗粒、捕收剂以及表面活性剂并对所述碳黑浆进行研磨处理；

将微气泡强化器生成的微气泡通过管道输送到分离塔的第一分布器中，同时从分离塔的第二分布器和第三分布器中分别通入所述研磨后的碳黑浆和喷淋水，所述微气泡与碳黑浆中的憎水性可燃物颗粒结合上浮并从上流流出分离塔，所述碳黑浆中的亲水性非可燃物颗粒则下沉从底流流出分离塔。

所述的水煤浆循环气化方法，其中，所述碳黑浆研磨至颗粒粒径小于100微米。

所述的水煤浆循环气化方法，其中，所述捕收剂为有机物，所述亲水性颗粒的粒度为1-1000nm。

所述的水煤浆循环气化方法，其中，所述表面活性剂包括但不限于松树醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、仲辛醇、辛醉醇、醚醉醇和脂类物质中的一种或多种。

有益效果：本发明提供的水煤浆循环气化系统包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气以及碳黑浆的气化装置，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置，所述回收装置通过管道可将分离的可燃物颗粒返回到所述气化装置中继续进行气化处理，从而提升水煤浆的气化效率，所述非可燃物颗粒可通过压滤形成滤饼，作为一种宝贵的工程原料用于建材、路桥、回填等领域。

附图说明

图1为本发明一种水煤浆循环气化系统较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明分离塔较佳实施例的结构示意图。

图3为本发明一种水煤浆循环气化方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种水煤浆循环气化方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的一种水煤浆循环气化系统较佳实施例的结构示意图，如图所示，所述循环气化系统包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气以及碳黑浆的气化装置100，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置200；所述回收装置200通过管道与所述气化装置100连通，所述回收装置200中的可燃物颗粒通过管道循环进入到所述气化装置100中进行气化处理。

进一步地，在本发明中，可进入气化装置进行气化处理的不仅限于水煤浆，还包括由碳氢化合物料浆等，所述气化装置可对水煤浆或碳氢化合物料浆进行气化处理生成合成气(CO+H₂)，并且在气化处理过程中没有被高温气化反应转化剩余的碳可与在熔态渣冷却、合成气洗涤过程中的水形成碳黑浆。

具体来讲，碳黑浆是水煤浆经过气化处理生成的一种副产物，现有工艺由于无法实现对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行有效分离，故直接对所述碳黑浆进行压滤处理生成碳黑滤饼，并将所述碳黑滤饼用于建筑制品、烧砖、填埋或用作锅炉燃料。显然，现有的碳黑浆处理方式既浪费资源，又降低了水煤浆的气化效率，同时还污染环境。

基于此，本发明提供的水煤浆循环气化系统包括通过管道连通的气化装置和回收装置，通过所述回收装置对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离，然后将所述可燃物颗粒通过管道循环通入到所述气化装置中进行气化处理，从而提升水煤浆的气化效率。所述非可燃物颗粒则可通过压滤形成滤饼，作为一种宝贵的工程原料用于建材、路桥、回填等领域。

作为其中一实施方式，如图1所示，所述气化装置100包括用于对原煤和助熔剂进行粉碎生成煤粉的粉碎机10，通过管道与所述粉碎机连通并用于对煤粉以及回收的可燃物颗粒进行研磨处理得到水煤浆的第二湿磨机11，通过管道与所述第二湿磨机连通并用于储存水煤浆的水煤浆储罐12，通过管道与所述水煤浆储罐连通并用于对所述水煤浆进行气化处理生成粗合成气以及碳黑水的气化炉13，所述气化炉底部通过管道连通一锁斗14，所述锁斗正下方设置有用于承接渣水的渣池15，通过管道与所述气化炉连通并用于对所述粗合成气进行洗涤生成合成气的洗涤塔16，通过管道与所述洗涤塔连通并用于对所述碳黑水进行闪蒸处理的真空闪蒸罐17，通过管道与所述真空闪蒸罐底部连通并用于对所述碳黑水进行固液分离处理得到碳黑浆和灰水的沉降槽18。

进一步地，所述气化装置还包括设置在所述气化炉13与所述洗涤塔16之间的激冷水泵19，所述沉降槽通过管道与一用于储存灰水的灰水箱20连通，所述灰水箱通过管道与一灰水加热器21连通，所述灰水加热器通过管道分别与真空闪蒸罐的顶部以及洗涤塔的中上部连通。

具体来讲，当水煤浆和氧气共同进入到气化炉中后，在气化炉中发生水煤浆的部分氧化反应生成粗合成气并通过管道进入到洗涤塔中，其中所述气化炉中燃烧不完全的反应物以及矿渣通过管道进入锁斗并从所述锁斗排入到渣池中，所述燃烧不完全反应物以及矿渣在渣池中经过处理后分离成为固体渣和碳黑水，所述固体渣外排，而碳黑水则部分与来自洗涤塔底部的碳黑水混合，经过所述激冷水泵返回至气化炉中的激冷室，作为所述燃烧不完全反应物与矿渣的激冷水，剩下的碳黑水则进入下游的真空闪蒸罐中。

进一步地，所述从气化炉激冷室出来的粗合成气进入到洗涤塔底部，在洗涤塔内经下游返回的高压闪蒸冷凝液、预热过的补充新鲜水以及预热过的灰水洗涤后作为合成气排出装置系统；所述粗合成气的主要成分为CO、H₂及CO₂等，其含有粗渣、细灰等固体颗粒物，所述粗合成气经过洗涤塔洗涤后可除去其中的固体颗粒物，即得到所述合成气。所述真空闪蒸罐中的碳黑水以及来自渣池的部分碳黑水在所述真空闪蒸罐内闪蒸，经过闪蒸后的碳黑水从真空闪蒸罐的底部进入到所述沉降槽中，所述碳黑水在沉降槽内经过进一步的固液分离，澄清的灰水则进入灰水槽，而沉降槽底部的碳黑浆则通过管道进入到所述回收装置中。

作为其中一实施方式，如图1和图2所示，所述回收装置包括用于对碳黑浆进行研磨的第一湿磨机22，用于生成微气泡的微气泡强化器23，以及用于对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离处理的分离塔24，所述分离塔24内部从下至上依次设置有与外界空气连通并生成微气泡的第一分布器241、与所述第一湿磨机连通并用于通入碳黑浆的第二分布器242以及用于喷水的第三分布器243。较佳地，在所述第一湿磨机和所述分离塔之间还设置有一用于对碳黑浆进行搅拌的碳黑浆混合罐25。

所述分离塔顶端和底部分别设置有可燃物浆液出口244和非可燃物浆液出口245，所述可燃物浆液出口通过管道与一可燃物储存罐26连通，所述可燃物储存罐通过管道与所述气化装置中的第二湿磨机连通，所述非可燃物浆液出口通过管道与一压滤机27连通。

具体来讲，传统的水煤浆气化工艺并没有增加碳黑浆回收装置，在传统工艺中，水煤浆气化后的副产物碳黑浆直接从沉降槽底部进入压滤机，所述压滤机对碳黑浆进行压滤处理，得到滤饼，所述滤饼中的固体浓度百分比为75-95wt.％，所述固体中的可燃物颗粒占比为10-30wt.％。

而本发明提供的水煤浆气化循环系统在传统水煤浆气化工艺流程基础上增加了碳黑浆回收工艺及装置，在本发明中，所述碳黑浆从气化装置的沉降槽中进入到回收装置中，所述回收装置对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行有效分离，所述非可燃物浆液经过压滤机压滤制成滤饼，所述滤饼中固体浓度百分比为75-95wt.％，所述固体中的可燃物百分比为0-5wt.％，而分离得到的可燃物浆液中固体浓度百分比为1-10wt.％，其中固体的可燃物百分比为70-95wt.％，所述可燃物颗粒溶液返回到所述气化装置中进行循环气化，从而提升水煤浆的气化效率。

更具体地，在所述回收装置中，当碳黑浆进入到第一湿磨机中进行研磨使碳黑浆中的固体颗粒平均粒径小于100微米，研磨后的碳黑浆进入到所述碳黑浆混合罐中搅拌均匀。

当所述搅拌均匀的碳黑浆通过管道进入到分离塔的第二分布器时，则将外界空气通入所述第一分布器中，从所述第一分布器中出来的空气在分离塔底部形成微气泡，同时从分离塔的第三分布器中通入喷淋水；在分离塔中，所述微气泡的存在将极大增加气水相中气相的比表面积，所述微气泡从分离塔底部上浮过程中，会吸附碳黑浆中憎水性的可燃物颗粒，而亲水性非可燃物颗粒则不会上浮，且由于非可燃物颗粒密度比水大，因此，所述非可燃物颗粒在分离塔内汇聚成底流出分离塔；所述上浮微气泡则携带可燃物颗粒进入上流收集槽，在上流收集槽内汇聚成上流出分离塔。所述非可燃物浆液直接进入压滤机中进行压滤，得到的滤饼外排；而分离得到的可燃物浆液则通过管道循环进入到所述气化装置中进行气化处理。

基于上述系统，本发明还提供一种水煤浆循环气化方法，其中，如图3所示，包括步骤：

S10、将水煤浆通入气化装置中进行气化处理生成碳黑浆和合成气；

S20、将所述碳黑浆通入回收装置对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离，将分离得到的可燃物颗粒通过管道循环输送到所述气化装置中进行气化处理生成合成气。

具体来讲，当水煤浆通过气化装置处理生成碳黑浆后，则将所述碳黑浆通入回收装置中，向所述碳黑浆中加入亲水性颗粒、捕收剂以及表面活性剂并通过第一湿磨机对所述碳黑浆进行研磨处理，优选将所述碳黑浆中的固体颗粒研磨至平均粒径小于100微米，例如，10微米、30微米、50微米、70微米、90微米等；在该粒径范围内，所述碳黑浆中的碳氢可燃物颗粒与不可燃矿物质颗粒在后续分离塔中能够得到有效分离，且当分离塔中的微气泡直径与所述碳黑浆固体颗粒直径相近时，则后续的分离效果越好。

在所述第一湿磨机中加入的亲水性颗粒优选为硅铝酸盐颗粒，但不限于此；所述亲水性颗粒的粒度为1-1000nm，其作用是可以附着在碳黑浆中的非可燃物颗粒表面，并将微细的非可燃物颗粒聚集成为大颗粒，便于在后续分离塔中沉降；在所述第一湿磨机中加入的捕收剂为有机物，优选为碱金属的烷基二硫代碳酸盐，例如烷基二硫代碳酸钠或烷基二硫代碳酸钾；所述表面活性剂为具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，优选为松树醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、仲辛醇、辛醉醇、醚醉醇和脂类物质中的一种或多种；所述捕收剂和表面活性剂的作用在于降低水溶液的表面张力，使充入水中的空气易于弥散成稳定气泡。

更进一步地，当研磨后的碳黑浆进入到所述碳黑浆混合罐中时，还可向所述碳黑浆混合罐中加入pH调整剂和絮凝剂，所述pH调节剂优选石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸中的一种或多种，其作用在于调节碳黑浆的酸碱度，用以控制颗粒表面特性、碳黑浆化学组成以及其他各种调节剂的作用条件，从而改善分离塔中的分离效果；所述絮凝剂优选为聚丙烯酰胺或淀粉，其作用在于使固体细颗粒聚集成大颗粒，从而加快其在水中的沉降速度。

在所述步骤S20中，当第一分布器通入空气并形成微气泡时，则同时从分离塔的第二分布器和第三分布器中分别通入所述研磨后的碳黑浆和喷淋水，所述微气泡与碳黑浆中的憎水性可燃物颗粒结合上浮并从上流流出分离塔，所述碳黑浆中的亲水性非可燃物颗粒则下沉从底流流出分离塔。

综上所述，本发明提供的水煤浆循环气化系统包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气以及碳黑浆的气化装置，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置，所述回收装置通过管道可将分离的可燃物颗粒返回到所述气化装置中继续进行气化处理，从而提升水煤浆的气化效率，所述非可燃物颗粒可通过压滤形成滤饼，作为一种宝贵的工程原料用于建材、路桥、回填等领域。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种水煤浆循环气化系统，其特征在于，包括用于对水煤浆进行气化处理生成合成气以及碳黑浆的气化装置，以及用于对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的回收装置；所述回收装置通过管道与所述气化装置连通，所述回收装置中的可燃物颗粒通过管道循环进入到所述气化装置中进行气化处理,其中，所述回收装置包括用于对碳黑浆、亲水性颗粒、捕收剂以及表面活性剂进行研磨的第一湿磨机，以及用于对碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离处理的分离塔，所述分离塔内部从下至上依次设置有与外界空气连通并生成微气泡的第一分布器、与所述第一湿磨机连通并用于通入碳黑浆的第二分布器以及用于喷水的第三分布器，所述气化装置包括用于对煤粉以及回收的可燃物颗粒进行研磨处理得到水煤浆的第二湿磨机，用于对所述水煤浆进行气化处理生成粗合成气以及碳黑水的气化炉，用于对所述粗合成气进行洗涤生成合成气的洗涤塔，用于对所述碳黑水进行闪蒸处理的真空闪蒸罐，用于对所述碳黑水进行固液分离处理得到碳黑浆和灰水的沉降槽，所述第二湿磨机、气化炉、洗涤塔、真空闪蒸罐以及沉降槽通过管道依次连通。

2.根据权利要求1所述的水煤浆循环气化系统，其特征在于，所述分离塔顶端和底部分别设置有可燃物浆液出口和非可燃物浆液出口，所述可燃物浆液出口通过管道与可燃物储存罐连通，所述可燃物储存罐通过管道与所述气化装置连通，所述非可燃物浆液出口通过管道与压滤机连通。

3.根据权利要求1所述的水煤浆循环气化系统，其特征在于，所述气化装置还包括设置在所述气化炉与洗涤塔之间的激冷水泵，所述沉降槽通过管道与一用于储存灰水的灰水箱连通，所述灰水箱通过管道与一灰水加热器连通，所述灰水加热器通过管道分别与所述真空闪蒸罐和洗涤塔连通。

4.一种采用权利要求1-3任一项所述的水煤浆循环气化系统进行水煤浆循环气化的方法，其特征在于，包括步骤：

将水煤浆通入气化装置中进行气化处理生成碳黑浆和合成气；

将所述碳黑浆通入回收装置对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离，将分离得到的可燃物颗粒通过管道循环输送到所述气化装置中进行气化处理生成合成气。

5.根据权利要求要求4所述的水煤浆循环气化的方法，其特征在于，所述将所述碳黑浆通入回收装置对所述碳黑浆中的可燃物颗粒和非可燃物颗粒进行分离的步骤具体包括：

向所述碳黑浆中加入亲水性颗粒、捕收剂以及表面活性剂并对所述碳黑浆进行研磨处理；

将微气泡强化器生成的微气泡通过管道输送到分离塔的第一分布器中，同时从分离塔的第二分布器和第三分布器中分别通入所述研磨后的碳黑浆和喷淋水，所述微气泡与碳黑浆中的憎水性可燃物颗粒结合上浮并从上流流出分离塔，所述碳黑浆中的亲水性非可燃物颗粒则下沉从底流流出分离塔。

6.根据权利要求5所述的水煤浆循环气化的方法，其特征在于，所述碳黑浆研磨至颗粒粒径小于100微米。

7.根据权利要求5所述的水煤浆循环气化方法，其特征在于，所述捕收剂为有机物，所述亲水性颗粒粒度为1-1000nm。

8.根据权利要求5所述的水煤浆循环气化方法，其特征在于，所述表面活性剂包括但不限于松树醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、仲辛醇、辛醉醇、醚醉醇和脂类物质中的一种或多种。

Images