[发明专利]一种低阶煤低温快速气化方法及鼓泡床反应系统

说明书

本发明涉及一种低阶煤低温快速气化方法及鼓泡床反应系统，低阶煤粉采用气吹方式进入反应器中的鼓泡床段，低阶煤粉在进入鼓泡床段前与浓度不高于13.5％的氧气接触以对低阶煤粉进行改性，增加低阶煤粉的半焦的比表面、含氧结构以及活性位；同时，鼓泡床段中设置有赤泥，赤泥作为气化剂中水蒸气和改性后的低阶煤粉之间反应的催化剂。改性后形成的低阶煤半焦的比表面、含氧结构、活性位显著增多，导致水蒸气气化反应的速率增大。而且用赤泥这种工业废料作为水蒸气气化的催化剂，也大大加速了气化速率。赤泥作为催化剂，赤泥和灰渣一并排出，无需回收，解决了赤泥这种工业废料的存放和环境污染问题，变废为宝。

技术领域

本发明涉及煤炭气化设备领域，具体涉及一种低阶煤低温快速气化方法及鼓泡床反应系统。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76％和69％。我国煤炭具有“三高”特点，高灰、高硫、高灰熔点，近年来，随着对其大规模开采利用，优质煤炭资源越来越少，大量的劣质煤资源，尤其是褐煤资源，在剩余资源中比例增大。国内已探明煤炭储量中杂质含量较高的褐煤、长焰煤等低阶煤占有较大比重。这些低阶煤虽然活性高，但是灰分高、水含量高、热值低，易风化，易碎裂，造成块煤量少，细粒煤和粉煤多，难以得到有效利用。如果对这些高灰粉煤进行大规模高效利用，将在一定程度上缓解能源危机且具创造可观的经济价值。鼓泡床气化是一种高效的煤炭气化方法，近年来获得较大发展，可以处理这些低阶煤，具有传质传热均匀的特点。但是，鼓泡床气化存在气化速率低、气化温度高(1000-1200℃)、气化效率低等问题。为此，研究者正在研究催化气化技术，但是催化剂的回收等问题成为制约催化气化的关键难题。

采用拜耳法生产氧化铝时，生产1吨氧化铝会产生1.1-1.5吨赤泥，目前全球每年的赤泥排放量已超过1.5亿吨。大量赤泥的堆放一方面占用大量土地，同时大量的废碱液渗透到地下，造成土壤碱化、地下水污染等生态环境问题，另一方面赤泥中有用成分也白白浪费。长期以来，一些学者对赤泥的利用进行了大量研究，但是由于技术及经济性的原因，都未能实现工业化利用。因此赤泥的堆存管理难度及环境风险越来越大，同时赤泥的堆放会花费大量的输送费用、堆场建设和维护费用。但是，赤泥中富含碱金属和碱土金属，如河南某氧化铝企业，赤泥中氧化铁16％、氧化钙17％、氧化钾钠9％。碱金属和碱土金属对C-H2O反应具有显著的催化作用，尤其是碱金属。

最新研究发现，在褐煤气化过程中，O₂+H₂O复合气氛下褐煤的转化率明显大于O₂气氛和H₂O气氛下褐煤转化率之和，所以目前的反应器都是同时通入O₂和H₂O的混合气作为气化剂，研究同时指出氧化反应对水蒸气气化反应具有促进作用，而现有的反应器在设计过程中均没有考虑C-O₂反应对C-H₂O反应的促进作用，导致C-H₂O的水蒸气气化反应的速率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低阶煤低温快速气化方法，以解决现有技术中反应器的气化速率低以及赤泥难以处理的问题；同时，本发明的目的还在于提供一种使用上述方法的低阶煤低温快速气化鼓泡床反应系统。

为实现上述目的，本发明的一种低阶煤低温快速气化方法采用如下技术方案：一种低阶煤低温快速气化方法，低阶煤粉采用气吹方式进入反应器中的鼓泡床段，低阶煤粉在进入鼓泡床段前与浓度不高于13.5％的氧气接触以对低阶煤粉进行改性，增加低阶煤粉的半焦的比表面、含氧结构以及活性位；同时，鼓泡床段中设置有赤泥，赤泥作为气化剂中水蒸气和改性后的低阶煤粉之间反应的催化剂。

所述气化剂进入鼓泡床段的表观气速不大于赤泥最小流化速度的3.0倍。

所述赤泥含水质量分数不大于10％，由压滤风干后的干赤泥经过1000℃以上温度煅烧1.5-2.5小时，然后用水喷洒激冷制得。

所述赤泥最小流化速度计算公式如下，