催化气化飞灰利用方法及催化气化系统

技术领域

本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种催化气化飞灰利用方法及催化气化系统。

背景技术

煤催化气化制天然气技术是煤制天然气最高效的途径之一。在煤中添加催化剂，可同步催化煤气化、水煤气变换和甲烷化反应，实现吸放热反应耦合，大幅提高系统能效，提高产品气中甲烷浓度。

煤催化气化原煤粒径分布宽，同时在备煤及催化剂负载过程中，会产生大量细颗粒煤粉，并且煤粉在气化炉内热反应及机械碰撞下，也会发生破碎形成细颗粒。这些细颗粒煤粉在进入气化炉后，来不及发生气化反应，就被流化气夹带出床层，并随合成气携带进入后续的工段中，成为气化飞灰。通常采用旋风分离器进行粗除尘，并将飞灰返回气化炉。后续通过过滤器进行粗除尘，尽可能脱除合成气中的超细飞灰，使气体含尘量达到工艺要求。过滤器收集的飞灰碳含量高达50％，且粒径非常细，流动性不好，返炉较困难。及时将飞灰返回气化炉，也很容易被气流夹带出去，造成无效循环。飞灰直接排放，造成能源浪费，降低整体能源转化效率，并且催化气化过滤器飞灰中含有大量催化剂，易造成环境污染。

气化飞灰碳含量较高，再次返炉气化利用价值较高。但是由于飞灰颗粒细，飞灰直接返炉易造成输送管道堵塞，同时，飞灰进入气化炉易被带出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种催化气化飞灰利用方法及催化气化系统。

第一方面，本发明提供了一种催化气化飞灰利用方法，包括以下步骤：

S100将气化飞灰和含钙、镁的矿物粉末通入流化床中，在流化介质的流化下，使矿物粉末呈流化状态，从而使矿物粉末与气化飞灰混合均匀形成混合物料，矿物粉末中的氧化钙、氧化镁与流化气中的水蒸气完全反应，全部转化为氢氧化钙、氢氧化镁；

S200向流化床喷入水，使混合物料颗粒表面被吸附水和薄膜水覆盖，以使混合物料浸润到最大分子结合水后，开始成球；

S300调节流化床气流，使混合物料颗粒达到预设大小后排出。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S100中，所述矿物粉末包括白云石、石灰石或菱镁矿。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S100中，以质量百分比计，所述矿物粉末的添加量为所述气化飞灰质量的20％～50％。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S200中，以质量百分比计，水的添加量为所述气化飞灰质量的8％～12％，例如8％、9％、10％、11％或12％。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S200中，混合物料成球之前，控制流化床气流速度小于0.05m/s。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S300中，混合物料开始成球后，控制流化床气流速度为0.1m/s～0.5m/s，例如0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s或0.5m/s。

作为本发明所述方法的优选技术方案，流化床温度保持在80℃～180℃，例如80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃，使钙离子或镁离子在蒸汽气氛中，与飞灰中的碱金属催化剂发生反应，碱金属全部转化为水溶性碱金属盐类，如氢氧化物或碳酸盐，具有高催化活性和反应速率。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤S100中，所述混合物料中，质量分数超过50％混合物料颗粒的粒径小于15μm。

作为本发明所述方法的优选技术方案，还包括步骤S400，将步骤S300中排出的混合物料颗粒输送至气化炉进行气化反应。

第二方面，本发明提供了一种催化气化系统，应用第一方面所述的催化气化飞灰利用方法。

与已有技术相比，本发明具有如下技术效果：

(1)本公开实施例利用流化床造粒技术将过滤器飞灰造粒后再返炉气化，解决了由于飞灰颗粒细，飞灰直接返炉易造成输送管道堵塞，同时，飞灰进入气化炉易被带出的技术问题，通过将细粉尘颗粒成型为较大颗粒，并将催化剂转化为高活性碱金属盐，同步实现飞灰的成型和预处理，提高了飞灰利用效率，同时简化催化剂回收工艺。换言之，本公开实施例提供的催化气化飞灰利用方法可以高效利用气化飞灰并同步回收催化剂。

(2)通过将气化飞灰通过喷嘴喷入流化床，同时加入含钙、镁矿物粉末作为添加剂，在流化床中实现预处理和造粒。可以使气化飞灰中的催化剂都转化为高活性可溶性盐。

(3)通过加入含钙、镁矿物粉末作为添加剂，可以解决气化飞灰颗粒浸润性差，与粘结剂、水混合成型操作困难的问题，利于气化飞灰成型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述催化气化飞灰利用方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

气化飞灰碳含量较高，再次返炉气化利用价值较高。鉴于飞灰颗粒细，飞灰直接返炉易造成输送管道堵塞，同时，飞灰进入气化炉易被带出。为了解决上述飞灰利用难题，本公开实施例先将飞灰成型再输送至气化炉。

下面结合附图1并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案

本公开实施例提供了一种催化气化飞灰利用方法，包括以下步骤：

S100将气化飞灰和含钙、镁的矿物粉末通入流化床中，在流化介质的流化下，使矿物粉末呈流化状态，从而使矿物粉末与气化飞灰混合均匀形成混合物料，矿物粉末中的氧化钙、氧化镁与流化气中的水蒸气完全反应，全部转化为氢氧化钙、氢氧化镁；

S200向流化床喷入水，使混合物料颗粒表面被吸附水和薄膜水覆盖，以使混合物料浸润到最大分子结合水后，开始成球；

S300调节流化床气流，使混合物料颗粒达到预设大小后排出。混合物料颗粒达到预设大小后即可作为成型原料煤。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S100中，矿物粉末包括白云石、石灰石或菱镁矿。

本公开实施例利用流化床成型活化技术将过滤器飞灰造粒后再返炉气化，解决了由于飞灰颗粒细，飞灰直接返炉易造成输送管道堵塞，同时，飞灰进入气化炉易被带出的技术问题。本公开实施例通过将细粉尘颗粒成型为较大颗粒，并将催化剂转化为高活性碱金属盐，例如氢氧化物或碳酸盐的形式，当催化剂为含钙、镁的矿物粉末时，催化剂转化为氢氧化钙、氢氧化镁或碳酸钙、碳酸镁。

同步实现飞灰的成型和预处理，提高了飞灰利用效率，同时简化催化剂回收工艺。换言之，本公开实施例提供的催化气化飞灰利用方法可以高效利用气化飞灰并同步回收催化剂。

本公开实施例通过将气化飞灰通过喷嘴喷入流化床，同时加入含钙、镁矿物粉末作为添加剂，在流化床中实现预处理和造粒。可以使气化飞灰中的催化剂都转化为高活性可溶性盐。

本公开实施例通过加入含钙、镁矿物粉末作为添加剂，可以解决气化飞灰颗粒浸润性差，气化飞灰颗粒与粘结剂、水混合成型操作困难的问题，利于气化飞灰成型。

本实施例中流化介质为水蒸气/热空气，即将气化飞灰和含钙、镁矿物粉末如白云石或、石灰石或菱镁矿等一起或分别通过喷嘴通入流化床中，在水蒸气/热空气的流化下，粉末呈均匀流化状态，气化飞灰和含氧化钙、氧化镁矿物粉末混合均匀。

当矿物粉末中的氧化钙、氧化镁与流化气中的水蒸气完全反应，转化为氢氧化钙、氢氧化镁后，采用雾化喷头向流化床混合物料中喷入水。因钙和镁的氧化物与水反应生成氢氧化物为放热反应，因此流化床内温度会增加，当床内温度与流化介质温度一致并保持不变时，即钙、镁的氧化物达到了完全转化。

因混合物料处流化状态，水以雾化形式存在，因此，气化飞灰能较好地与水接触，润湿效果更佳。混合物料颗粒非常细，超过50％粒径小于15微米，颗粒表面被吸附水和薄膜水覆盖。钙、镁添加剂颗粒中存在大量氢氧化镁和氢氧化钙形式，表面亲水性较高，固体颗粒被水浸润的能力越强，颗粒表面存在大量吸附水，有利于增强混合物料的结合力，促进添加剂颗粒与飞灰颗粒粘合成球。并且随着水分的增加，颗粒表面被薄膜水覆盖。当混合物料浸润到最大分子结合水后，开始成球。在流化床的强烈扰动和颗粒间的撞击下，形成的球体颗粒继续长大并被压密实。调节流化床流化气速，使颗粒度达到2mm左右，颗粒则从床内排出，得到成型飞灰原料。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S100中，以质量百分比计，矿物粉末的添加量为气化飞灰质量的20％～50％。由于含钙、镁矿物粉末中存在大量氢氧化镁和氢氧化钙形式，表面亲水性较高，固体颗粒被水浸润的能力越强，颗粒表面存在大量吸附水，有利于增强混合物料的结合力，促进添加剂颗粒与飞灰颗粒粘合成球。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S200中，以质量百分比计，水的添加量为气化飞灰质量的8％～12％，例如8％、9％、10％、11％或12％。使气化飞灰能较好地与水接触，润湿效果更佳，当混合物料浸润到最大分子结合水后，开始成球。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S200中，混合物料成球之前，控制流化床气流速度小于0.05m/s，可以保证混合物料实现流化，但不被气流夹出来。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S300中，混合物料开始成球后，控制流化床气流速度为0.1m/s～0.5m/s，例如0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s或0.5m/s。当颗粒已成球，但需要控制颗粒粒径时，提高水蒸气/热空气通入量，使流化气速达到0.1m/s～0.5m/s。促使颗粒从床内排出，可从气化炉底部排，也可通过溢流排出。

含钙、镁天然矿物粉末如白云石等添加剂的作用，添加量为飞灰质量的20％～50％，水的添加量为飞灰质量的8％～12％。流化床气速当雾化水通入量达到成球之前，流化床气速控制在0.05m/s以内，保证混合物料实现流化，但不被气流夹出来。当颗粒已成球，但需要控制颗粒粒径时，提高水蒸气/热空气通入量，使流化气速达到0.1m/s～0.5m/s。促使颗粒从床内排出，可从气化炉底部排，也可通过溢流排出。

作为本发明方法的优选技术方案，流化床温度保持在80℃～180℃，例如80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃。使钙离子或镁离子在蒸汽气氛中，与飞灰中的碱金属催化剂发生反应，碱金属全部转化为水溶性碱金属盐类，如氢氧化物或碳酸盐，具有高催化活性和反应速率。

在飞灰成型过程中，含钙、镁天然矿物如白云石不仅充当粘合剂的作用，同时为具有消解置换的作用。在80℃～180℃下，钙离子或镁离子在蒸汽气氛中，与飞灰中的碱金属催化剂发生反应。碱金属全部转化为水溶性碱金属盐类如氢氧化物或碳酸盐，成型飞灰原料具有更高催化气化活性，反应速率更快。

作为本发明方法的优选技术方案，步骤S100中，混合物料中，质量分数超过50％混合物料颗粒的粒径小于15μm，使颗粒表面可以更好的被吸附水和薄膜水覆盖。

作为本发明方法的优选技术方案，还包括步骤S400，将步骤S300中排出的混合物料颗粒输送至气化炉进行气化反应。

造粒飞灰输送至催化气化炉中，在700℃～800℃进行反应，因碱金属催化剂已可溶性形式存在，反应后的灰渣经水洗，即可回收其中的碱金属催化剂。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。