一種生物油煤漿及其製備煤氣的方法
2023-08-04 10:02:36 2
專利名稱：一種生物油煤漿及其製備煤氣的方法
技術領域：
本發明涉及生物質的能源領域，特別涉及一種生物油煤漿及其製備煤氣的方法。
背景技術：
生物質是一種廣泛和大量存在的可再生能源，與化石燃料相比，生物質是一種能 量密度低，原料分散的能源，雖然生物質的氣化技術比較成熟，但若用來生產氫氣或合成 氣，則因原料收集和運輸困難而不易達到規模化生產。此外，生物質氣化多是在高溫、高壓 條件下進行的，由此帶來的諸如帶壓進料困難、灰分熔化所帶來的排渣及鹼金屬和滷化物 的高溫腐蝕等問題都不易解決，而且，由生物質直接氣化所得氣體不夠純淨，會給後續的重 整或變換工藝帶來不便。相比之下，生物質熱解技術發展迅速，由於熱解在中溫常壓下進行，工藝操作相對 簡單，熱解所得液體產物(生物質熱解油或簡稱生物油)產率較高，運輸方便，因此，熱解 便於在小地區範圍內建立熱解裝置，從而對多個地區所得的生物質熱解液可以進行集中利 用。生物油根據物料和熱解條件不同呈現不同的性質，一般情況下是一種棕黑色的粘性液 體，成分複雜，主要是水、少量焦炭和近300種含氧有機化合物(有機酸、醛、酮、醇及芳烴 等)，含氧量高，其熱穩定性很差，加熱至80 120°C左右就會成為海綿狀膠體，不能用蒸餾 的方法除去油中的水分，使其利用受到很大限制，人們正在通過各種途徑對其進行改質以 期達到利用的目的。另一方面，對於煤粉直接氣化製備合成氣存在諸如進料困難，設備投資高等一系 列的問題，因此，開展了水煤漿氣化技術，水煤漿氣化技術解決了進料難的問題，但水煤漿 氣化技術一方面耗水量過大，另一方面能耗也較高，因此，其應用也受到一定的限制。目前的粉煤和水煤漿氣化爐大多採用加壓氣流床氣化工藝，加壓氣流床氣化工藝 是目前國際上較先進的氣化技術之一，在對含碳氫化合物進行加壓氣化的氣流床氣化工藝 中，原料以粉狀或漿態的料液進入氣化爐，氣化劑作為原料的輸送介質經過噴嘴將原料夾 帶並流進入氣化爐，經過噴嘴的霧化作用，被霧化的原料在氣化爐內和氣化劑進行充分的 混合，進而發生熱解、燃燒和氣化反應。該技術在煤氣化領域已經比較成熟，目前世界上已 經商業化的大型O50MW以上)電站都採用氣流床，並且在代表性的工業化氣流床氣化爐 中，均採用加壓氣化，如Shell，GSP、GEGP (即Texaco) JrenfIo和DOW氣化爐及工藝，另外， 國內還有華東理工大學開發的多噴嘴對置式氣化爐、二段加氧水煤漿氣化爐技術及航天爐 等氣化爐及工藝。其中，最具代表性的也是最先進的是以幹煤粉為原料的Siell和以水煤 漿為原料的Texaco氣化爐工藝，Shell氣化爐採用幹煤粉進料，氧耗比水煤漿低15%;碳轉 化率高，可達99%，煤耗比水煤漿低8% ；調節負荷方便，關閉一對噴嘴，負荷則降低50% ； 爐襯為水冷壁，據稱其壽命為20年，噴嘴壽命為1年，其主要缺點是設備投資大於水煤漿氣 化技術，噴嘴壽命太短，氣化爐及廢熱鍋爐結構過於複雜，加工難度加大。Texaco氣化爐採 用水煤漿進料，水煤漿製備輸送、計量控制簡單、安全、可靠；設備國產化率高，投資省，其主 要缺點是不同煤種的製漿濃度不同，因此，其對煤種的適應範圍相對較Shell氣化爐低；另一方面，因汽化煤漿中的水量要耗去入爐煤的8%，比幹煤粉為原料氧耗高12% 20%，所 以效率比較低，且水煤漿中由於含有大量的水而造成原料熱值較低，因此，水煤漿的氣化爐 不宜採用水冷壁而採用耐火材料層，耐火材料層壽命有限，不能長期運行，造成設備投資較 高；另外，需以低灰、低灰熔點煤為原料，高溫操作，雖氣化強度和氣體品質較高，但氧耗高。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種生物油煤漿及其製備煤氣的方法。由於生物油本身 具有較高的熱值和含氧量，若能將生物油和煤粉混合製成易於流動和輸送的生物油煤漿去 氣化爐氣化，這樣就十分有利於煤粉的氣化，另一方面，由於生物油本身具有較高的熱值， 對於生物油煤漿的氣化來說，可以在更高的溫度下進行，因此，是可以採用水冷壁形式的氣 化爐的。將生物油與煤粉在適當添加劑的作用下按照一定比例製成生物油煤漿，製備的生 物油煤漿易於流動，可用泵直接輸送，並易於霧化和貯存，可廣泛用作各種氣化爐的氣化原 料，同時也可用於工業鍋爐、電廠鍋爐和工業窯爐上替代油或煤燃燒。為了實現本發明的上述目的，本發明提供的一種生物油煤漿，其特徵在於所述的 生物油煤漿是由煤粉和生物油按照一定的比例攪拌或研磨混合製成；其中，煤粉的重量份 比為20 80 ；生物油的重量份比為20 80。所述的生物油煤漿中還包括添加劑，用於增加生物油煤漿的分散性或穩定性，其 重量份比為0 5。所述的添加劑所述的添加劑選自包括木質素磺酸鹽、腐植酸磺酸鹽、萘磺酸鹽或 其甲醛縮聚物、聚氧乙烯高聚物中的一種或幾種。所述的煤粉的平均粒徑為0. 5 500微米。所述的煤粉選自褐煤、煙煤、無煙煤或其混合物。所述的生物油為生物質熱裂解產生的液體產物或其中的部分組分。為了實現本發明的另一目的，本發明還提供了一種製備煤氣的方法，其特徵在於， 該方法包括如下步驟(1)將煤粉和生物油按照一定的比例混合，其中，煤粉的重量份比為20 80 ；生物 油的重量份比為20 80，加入添加劑後經攪拌製成生物油煤漿；(2)製得的生物油煤漿通過輸送泵經輸送管路和霧化噴嘴霧化打入氣化爐；霧化 後的生物油煤漿和通入的氣化劑在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應；(3)反應生成的氣體即為粗煤氣，反應中形成的殘渣在氣化爐底部以液態形式排
出ο所述的氣化爐採用水冷壁做爐襯。所述的氣化劑可以是氧氣、空氣、水蒸氣、二氧化碳或富氧空氣中的一種或幾種。本發明的優點在於，本發明提出了一種人工合成的生物油煤漿新能源及用其製備 煤氣的方法，可以實現生物油和煤的共同氣化。和現有技術相比，本發明將生物油和煤混合製備生物油煤漿，生物油特別是生物 質快速熱解油的製備過程中很關鍵的一步就是氣固的快速分離和冷凝，而如果所得生物油 用來製備生物油煤漿，對熱解氣的氣固分離來說，要求就不是很高，只需分離出部分固體顆 粒，然後快速冷凝即可得到含有少量焦炭的生物油，這種混有生物質焦炭的生物油熱值更高，作為製備生物油煤漿的原料更為合適，這樣就大大節省了製備生物油過程中的設備投 資和運行成本。本發明的優點還在於本發明充分利用了生物油中的水分和有機質，可替代部分 煤炭和水，節省了資源，實現了生物油的資源化利用，工業應用前景廣闊。本發明的生物油煤漿成漿濃度高、穩定性好，適合於泵送和易於霧化。本發明所製備的生物油煤漿可直接作為燃料燃燒，更可作為氣化原料製備煤氣。由於採用生物油煤漿作原料，因此，本發明的製備煤氣的方法，其煤種適應性強、 操作溫度低、氣化效率高。本發明由於所用到的氣化爐採用水冷壁，因此，採用這種氣化方法的氣化爐使用 壽命長。
圖1是本發明的製備煤氣的方法的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明進行進一步詳細地說明。本發明的工藝流程圖如圖1所示，生物油和煤粉及添加劑經混合設備混合均勻制 成生物油煤漿後經泵輸送到氣化設備，在氣化設備反應後灰渣經設備排出，氣體產品即為 粗製煤氣。實施例1 原料(1)大同煤粉，平均粒徑為10微米；(2)由鋸末熱解得到的熱解液；實施方法1)將80重量份的混合煤粉，20重量份的熱解液混合後，經攪拌製成生物油煤漿， 製得的的生物油煤漿其用途在於作為燃燒燃料或者氣化原料。2)取製得的的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的 氣化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以 液態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗煤氣。實施例2 原料(1)混合煤粉，平均粒徑為500微米；(2)由秸稈熱解得到的熱解液；實施方法 1)將20重量份的混合煤粉，80重量份的熱解液混合後經攪拌製成生物油煤漿，制 得的生物油煤漿其用途在於作為燃燒燃料或者氣化原料。 2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗製合成氣。
實施例3 原料(1)煤粉，平均粒徑為100微米；(2)由稻殼熱解得到的熱解液；實施方法1)將70重量份的混合煤粉，29重量份的熱解液和1份的添加劑(木質素磺酸鈉 和磷酸酯1 1的混合物)混合後經攪拌製成生物油煤漿，製得的生物油煤漿其用途在於 作為燃燒燃料或者氣化原料。2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗製燃氣。實施例4 原料(1)煤粉，平均粒徑為50微米；(2)由鋸末熱解得到的熱解液；實施方法1)將75重量份的混合煤粉，20重量份的熱解液和5重量份的添加劑(腐植酸磺 酸鹽和醇類1 1的混合物)混合後經攪拌製成生物油煤漿，製得的生物油煤漿其用途在 於作為燃燒燃料或者氣化原料。2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗煤氣。實施例5 原料(1)混合煤粉，平均粒徑為200微米；(2)由玉米芯熱解得到的熱解液；實施方法1)將40重量份的混合煤粉，60重量份的熱解液混合後經攪拌製成生物油煤漿，制 得的生物油煤漿其用途在於作為燃燒燃料或者氣化原料。2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗製合成氣。實施例6 原料(1)霍林河煤粉，平均粒徑為20微米；(2)由玉米秸稈熱解得到的熱解液；實施方法1)將60重量份的混合煤粉，39重量份的熱解液和1重量份的添加劑(萘磺酸鹽 類分散穩定劑和磷酸酯類消泡劑11混合物)混合後經攪拌和研磨製成生物油煤漿，製得的生物油煤漿其用途在於作為燃燒燃料或者氣化原料。2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗煤氣。實施例7:原料(1)新疆煤粉，平均粒徑為10微米；(2)由鋸末熱解得到的熱解液；實施方法1)將80重量份的混合煤粉，15重量份的熱解液和5重量份的添加劑(聚丙烯醯 胺絮凝劑)混合後經攪拌和研磨製成生物油煤漿，製得的生物油煤漿其用途在於作為燃燒 燃料或者氣化原料。2)取製得的生物油煤漿，將其用輸送泵經輸送管路和噴嘴打入水冷壁做爐襯的氣 化爐，霧化後的生物油煤漿和空在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應，反應後的灰渣以液 態的形式經由液態排渣口排出，氣體產品即為粗製合成氣。最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參 照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明 的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種生物油煤漿，其特徵在於所述的生物油煤漿是由煤粉和生物油按照一定的比 例攪拌或研磨混合製成；其中，煤粉的重量份比為20 80 ；生物油的重量份比為20 80。
2.根據權利要求1所述的生物油煤漿，其特徵在於所述的生物油煤漿中還包括添加 劑，用於增加生物油煤漿的分散性或穩定性，其重量份比為0 5。
3.根據權利要求2所述的生物油煤漿，其特徵在於所述的添加劑選自包括木質素磺 酸鹽、腐植酸磺酸鹽、萘磺酸鹽或其甲醛縮聚物、聚氧乙烯高聚物中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的生物油煤漿，其特徵在於所述的煤粉的平均粒徑為0.5 500微米。
5.根據權利要求1所述的生物油煤漿，其特徵在於所述的煤粉選自褐煤、煙煤、無煙 煤或其混合物。
6.根據權利要求1所述的生物油煤漿，其特徵在於所述的生物油為生物質熱裂解產 生的液體產物或其中的部分組份。
7.一種製備煤氣的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟(1)將煤粉和生物油按照一定的比例混合，其中，煤粉的重量份比為20 80；生物油的 重量份比為20 80，加入添加劑後經攪拌製成生物油煤漿；(2)製得的生物油煤漿通過輸送泵經輸送管路和霧化噴嘴霧化打入氣化爐；霧化後的 生物油煤漿和通入的氣化劑在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應；(3)反應生成的氣體即為粗煤氣，反應中形成的殘渣在氣化爐底部以液態形式排出。
8.根據權利要求7所述的製備煤氣的方法，其特徵在於所述的氣化爐採用水冷壁做 爐襯。
9.根據權利要求7所述的製備煤氣的方法，其特徵在於所述的氣化劑可以是氧氣、空 氣、水蒸氣、二氧化碳或富氧空氣中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種生物油煤漿，所述的生物油煤漿是由煤粉和生物油按照一定的比例攪拌或研磨混合製成；其中，煤粉的重量份比為20～80；生物油的重量份比為20～80。本發明還公開了一種製備煤氣的方法，包括如下步驟(1)將煤粉和生物油按照一定的比例混合，其中，煤粉的重量份比為20～80；生物油的重量份比為20～80，加入添加劑後經攪拌製成生物油煤漿；(2)製得的生物油煤漿通過輸送泵經輸送管路和霧化噴嘴霧化打入氣化爐；霧化後的生物油煤漿和通入的氣化劑在氣化爐內發生熱解、氣化和燃燒反應；(3)反應生成的氣體即為粗煤氣，反應中形成的殘渣在氣化爐底部以液態形式排出。本發明可以實現生物油和煤的共同氣化。
文檔編號C10L1/32GK102080004SQ200910241249
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者姚建中, 宋文立, 林偉剛, 汪永威, 王澤 , 都林 申請人:中國科學院過程工程研究所