一種煤矸石綜合利用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤矸石綜合利用方法，涉及煤氣化【技術(shù)領(lǐng)域】，在有效地綜合利用煤矸石的同時，能夠避免氣化工藝中的結(jié)渣，保證氣化過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，拓寬氣化工藝的煤種適用范圍。本發(fā)明公開的煤矸石綜合利用方法包括：將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)；所述煤及煤矸石與所述氣化劑在所述氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。本發(fā)明公開的煤矸石綜合利用方法適用于煤矸石綜合利用、煤氣化工藝過程中。
【專利說明】一種煤矸石綜合利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤氣化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種煤矸石綜合利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化是高效、清潔利用煤炭的主要途徑之一。煤氣化工藝中存在的一個主要問題是煤灰的結(jié)渣問題。有些灰中硅鋁等酸性化合物含量較低、鉀鐵鈣等堿性化學(xué)物含量較高的易結(jié)渣煤種，灰熔融溫度較低、導(dǎo)致氣化時容易結(jié)渣，煤灰的結(jié)渣會給操作帶來不同程度的影響，結(jié)渣嚴(yán)重時將會導(dǎo)致停產(chǎn)，導(dǎo)致煤氣化工藝的煤種適用范圍受限。
[0003]煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石，主要成分為硅鋁化合物。
[0004]目前，煤矸石排放量很大，但利用力度較弱，其主要堆放在井口附近，不僅壓占大量土地，影響生態(tài)環(huán)境，矸石淋溶水將污染周圍土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境，影響礦區(qū)居民的身體健康。因此，如何實現(xiàn)煤矸石的廢物回收利用引發(fā)越來越多的關(guān)注。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種煤矸石綜合利用方法，在有效地綜合利用煤矸石的同時，可避免煤氣化工藝中的結(jié)渣，保證氣化過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，拓寬氣化工藝的煤種適用范圍。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—方面，本發(fā)明提供了一種煤矸石綜合利用方法，其中，包括:
[0008]將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)；
[0009]所述煤及煤矸石與所述氣化劑在所述氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。
[0010]可選地，在所述煤及煤矸石與所述氣化劑在所述氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)之前，所述方法還包括:
[0011 ] 將催化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述煤矸石的粒徑范圍與所述煤的粒徑范圍相同。
[0013]可選地，所述煤矸石的粒徑為0.01~10_。
[0014]優(yōu)選地，所述煤石干石的粒徑為0.01~2mm。
[0015]可選地，所述煤砰石的添加量為所述煤的總質(zhì)量的0.01~40%。
[0016]優(yōu)選地,所述煤石干石的添加量為所述煤的總質(zhì)量的0.01~10%。
[0017]具體地，所述煤為易結(jié)渣煤種。
[0018]具體地，所述將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)具體包括:
[0019]將煤與煤矸石在混合裝置中混合均勻，然后將混合物供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)，或者將煤、煤矸石分別直接供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)；[0020]將氣化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
[0021]可選地，所述氣化劑為過熱蒸汽；或者
[0022]所述氣化劑除包括過熱蒸汽之外，還包括一氧化碳、氫氣、氧氣和二氧化碳中的至少一種。
[0023]本發(fā)明提供的煤矸石綜合利用方法，將煤矸石與煤一起作為氣化原料供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)，并與氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，以產(chǎn)生甲烷等氣體燃料，不僅充分利用了煤矸石的有效熱成分，而且，煤矸石中富含的硅鋁成分還可以有效地提高氣化設(shè)備內(nèi)煤灰中的硅鋁含量，從而提高了煤的灰熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)有效地避免了煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣，從而避免了氣化過程中流化狀況欠佳、排渣困難或失流化等現(xiàn)象，保證了氣化過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，大大拓寬氣化工藝的煤種適用范圍；簡而言之，將煤矸石利用于氣化過程，不僅能充分利用煤矸石的有效熱成分，還能充分利用煤矸石的硅鋁成分以提高氣化過程中煤的灰熔點(diǎn)，從而實現(xiàn)煤矸石的高效綜合利用，解決煤矸石污染環(huán)境問題的同時，也解決了煤氣化工藝中的結(jié)渣問題，拓寬了工藝煤種適用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā) 明實施例提供的一種煤矸石綜合利用方法的流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種煤矸石綜合利用方法的工藝流程圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種煤矸石綜合利用方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種煤矸石綜合利用方法，其中，包括:
[0030]S1、將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)；
[0031]S2、煤及煤砰石與氣化劑在氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。
[0032]本發(fā)明實施例提供的煤矸石綜合利用方法，將煤矸石與煤一起作為氣化原料供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)，并與氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，以產(chǎn)生甲烷等氣體燃料，不僅充分利用了煤矸石的有效熱成分，而且，煤矸石中富含的硅鋁成分還可以有效地提高氣化設(shè)備內(nèi)煤灰中的硅鋁含量，從而提高了煤的灰熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)有效地避免了煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣，從而避免了氣化過程中流化狀況欠佳、排渣困難或失流化等現(xiàn)象，保證了氣化過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，大大拓寬氣化工藝的煤種適用范圍；簡而言之，將煤矸石利用于氣化過程，不僅能充分利用煤矸石的有效熱成分，還能充分利用煤矸石的硅鋁成分以提高氣化過程中煤的灰熔點(diǎn)，從而實現(xiàn)煤矸石的高效綜合利用，解決煤矸石污染環(huán)境問題的同時，也解決了煤氣化工藝中的結(jié)渣問題，拓寬了工藝煤種適用范圍。
[0033]本發(fā)明實施例中所使用的煤矸石，可以是來源于采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物；所述煤矸石含碳約30%以下，無機(jī)成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。其中，氣化過程中，所含碳可以轉(zhuǎn)化為甲烷、一氧化碳等氣體燃料，硅、鋁的氧化物可以提高氣化設(shè)備內(nèi)煤灰中的硅鋁含量，從而提高煤的灰熔點(diǎn)，并在一定溫度范圍內(nèi)避免了煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣，從而大大拓寬氣化工藝的煤種適用范圍。
[0034]氣化過程中，煤矸石的粒徑范圍與所使用的煤的粒徑范圍相同。例如，氣化工藝中，煤的粒徑范圍可以為0.01~10mm，優(yōu)選為0.01~6mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01~2mm，因此，煤石干石的粒徑可以為0.01~IOmm,優(yōu)選地為0.01~6mm,進(jìn)一步優(yōu)選地為0.01~2mm,比如，煤石干石的平均粒徑可以為0.01mm、0.05臟、0.1臟、0.3臟、0.5臟、0.8臟、I臟、1.5臟、
1.9mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm 或 10mnin
[0035]需要說明的是，氣化設(shè)備中的物料在流化過程中，顆粒粒徑較大則需要較大的最小流化速度；在煤顆粒流化之前，隨著氣化劑的增加，較大的顆粒容易沉積在床層底部，而較輕顆粒會被帶到床層上部流化，出現(xiàn)明顯的顆粒分離現(xiàn)象。本發(fā)明實施例中，由于煤矸石的粒徑范圍與煤的粒徑范圍相同，因此，煤矸石和煤的混合顆粒在共流化時，煤矸石能夠與煤顆粒粒徑良好的匹配，在氣化過程中能夠充分的均勻混合，而不會發(fā)生分層析出，從而有效地利用了煤矸石的有效熱成分，并提高了氣化設(shè)備內(nèi)煤的灰熔點(diǎn)，避免了煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣。
[0036]具體地，通過控制煤矸石的添加量，可以有效地提高氣化設(shè)備內(nèi)煤灰中硅鋁含量進(jìn)而提高煤種的灰熔點(diǎn)，例如，煤矸石的添加量可以為氣化過程中所使用的煤的總質(zhì)量的
0.01~40%，優(yōu)選為0.01~30%，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01~10%，比如0.01%U%>2%,3%,4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、12%、15%、17%、20%、25%、30%、35% 或 40%。
[0037]需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的煤矸石綜合利用方法，氣化過程中，也可以在催化劑存在的條件下進(jìn)行，也就是說，也可以將煤矸石利用于煤催化氣化過程。具體地，在步驟S2所述的煤及煤矸石與氣化劑在氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)之前，所述方法還包括:
[0038]Sl-1、將催化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
[0039]其中，步驟SI和步驟Sl-1可以同時發(fā)生，即可以同時將煤、氣化劑、煤矸石、催化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
[0040]具體地，本發(fā)明實施例所述的催化劑可以為堿金屬、堿土金屬等的化合物等。所述的煤為易結(jié)渣煤種，優(yōu)選為灰中硅鋁含量較低、鐵含量較高的煤，比如可以為褐煤、煙煤、次煙煤或無煙煤等。
[0041]本發(fā)明實施例中，所用的氣化劑可以為過熱蒸汽；或者，氣化劑除包括熱蒸汽之外，還可以包括一氧化碳、氫氣、氧氣和二氧化碳中的至少一種。
[0042]本發(fā)明實施例中，將煤矸石利用于氣化過程，不僅利用了煤矸石的有效熱成分，還利用了煤矸石的硅鋁成分以大大提高氣化原料煤的灰熔點(diǎn)，使得氣化反應(yīng)的溫度操作區(qū)間變寬，比如當(dāng)有催化劑參與反應(yīng)時，可以將催化氣化反應(yīng)溫度由600~700°C變?yōu)?00~800°C，因此，本發(fā)明實施例不僅綜合利用了煤矸石，還能夠?qū)饣^程中的溫度適當(dāng)提高，進(jìn)而有效地提高煤及煤矸石的氣化效率及碳轉(zhuǎn)化率。 [0043]需要說明的是，本發(fā)明實施例中，上述步驟SI所述的將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)具體可以包括:
[0044]將煤與煤矸石在混合裝置中混合均勻，然后將混合物供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)，或者將煤、煤矸石分別直接供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)；
[0045]將氣化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
[0046]也就是說，本發(fā)明實施例中，可以先將煤與煤矸石混合均勻后，再一起添加到氣化設(shè)備中，也可以分別將煤、煤矸石單獨(dú)加入到氣化設(shè)備中，并在氣化劑的氣流作用下相互混合均勻。由于煤矸石的粒徑范圍與煤的粒徑范圍相同，因此，不論采用哪種混合方式，二者都會充分均勻混合，且在氣化過程中不會出現(xiàn)分層析出等現(xiàn)象，從而能夠有效地利用煤矸石的有效熱成分，并提高氣化設(shè)備內(nèi)煤的灰熔點(diǎn)。
[0047]當(dāng)有催化劑參與時，可以先將催化劑負(fù)載在煤上，然后再與煤矸石混合均勻后一起添加到氣化設(shè)備中，或者將負(fù)載有催化劑的煤、煤矸石單獨(dú)添加到氣化設(shè)備中；也可以直接將催化劑、煤和煤矸石混合均勻后一起添加到氣化設(shè)備中，或者分別將催化劑、煤和煤矸石單獨(dú)添加到氣化設(shè)備中，并在氣化劑的氣流作用下相互混合均勻。也就是說，可以不先將催化劑負(fù)載在煤上，而是將催化劑與煤一起直接添加。
[0048]詳細(xì)地，如 圖2所示，在備煤系統(tǒng)11中，將煤a'破碎、篩分，得到一定粒徑分布的煤粉a，例如，煤的粒徑范圍可以為0.01~10mm，優(yōu)選為0.01~6mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01~2mm;將煤粉與一定量的催化劑或催化劑的水溶液b在催化劑負(fù)載單元12進(jìn)行催化劑負(fù)載，催化劑b與煤粉a的質(zhì)量比可以為0.01~0.3:1，優(yōu)選為0.05~0.2:1，然后將制備好的濕煤粉在干燥系統(tǒng)13中進(jìn)行干燥。
[0049]將煤矸石進(jìn)行破碎、干燥、篩分預(yù)處理，得到粒徑為0.01~10mm、優(yōu)選為0.01~2mm的煤矸石c ;將干燥后的負(fù)載有催化劑的煤a+b與煤矸石c在混合裝置14中均勻混合，然后將混合物a+b+c加入變壓料斗(未示出)、經(jīng)高壓料倉(未示出)，在給料器(未示出)的作用下加入氣化設(shè)備15 ;然后向氣化設(shè)備15輸入氣化劑d，以進(jìn)行氣化反應(yīng)；氣化后的氣體產(chǎn)物e在分離凈化系統(tǒng)16中經(jīng)氣固分離、凈化處理等得到富含甲烷的產(chǎn)品氣f，反應(yīng)后的固體殘渣g經(jīng)催化劑回收單元17進(jìn)行催化劑回收，回收后的催化劑b可以通入催化劑負(fù)載單元12進(jìn)行下一次的催化劑的負(fù)載。
[0050]或者，如圖3所示，也可以將干燥后的負(fù)載有催化劑的煤a+b與煤矸石c分別直接加入到氣化設(shè)備15，即干燥后的負(fù)載有催化劑的煤a+b與煤矸石c分別經(jīng)一路進(jìn)料系統(tǒng)單獨(dú)加入到氣化設(shè)備15，使其在氣化劑d的氣流作用下混合均勻，這樣，還可以節(jié)省混合裝置14。圖3所示的實施例中，其他工藝流程與圖2所示的實施例的工藝流程相同，本發(fā)明實施例對此不再重復(fù)贅述。
[0051]具體地，本發(fā)明實施例所述的氣化設(shè)備可以為流化床氣化爐；催化劑負(fù)載單元為能夠進(jìn)行催化劑負(fù)載的設(shè)備，比如為帶攪拌的混料器等；混合裝置為能夠?qū)⒇?fù)載有催化劑的煤與煤矸石充分混合的裝置，比如為攪拌罐、流化床等；變壓料斗、高壓料倉和給料器為催化氣化過程中常用的進(jìn)料裝置；分離凈化系統(tǒng)主要用于將氣化后的產(chǎn)物中攜帶的煤粉、煤灰和催化劑等粉塵過濾下來，以及對氣化后的產(chǎn)物進(jìn)行氣體凈化分離，以脫除酸性氣體，具體地，分離凈化系統(tǒng)可以包括氣固分離系統(tǒng)比如多級旋風(fēng)分離器、以及凈化處理系統(tǒng)；催化劑回收單元主要在于對反應(yīng)后的固體殘渣進(jìn)行催化劑回收，以降低成本，比如該催化劑回收單元可以包括水洗罐、消解釜等。[0052]下面將通過具體實驗數(shù)據(jù)分析來說明本發(fā)明實施例的優(yōu)勢。
[0053]由于煤矸石中含碳約20 %~30 %，氣化過程中，這些碳將轉(zhuǎn)化為甲烷等可燃燃料，因此，本發(fā)明實施例對煤矸石有效熱成分的利用不再詳細(xì)分析，以下將重點(diǎn)分析煤矸石中富含的硅鋁成分對煤的灰熔點(diǎn)的提高。
[0054]采用煤種I作為實驗分析原料，首先對其進(jìn)行煤質(zhì)分析，見表1，其中，表1a為煤種I的工業(yè)分析、兀素分析；表1b為煤種I的灰成分分析。
[0055]表 1a
【權(quán)利要求】
1.一種煤矸石綜合利用方法，其特征在于，包括: 將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)； 所述煤及煤矸石與所述氣化劑在所述氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，在所述煤及煤矸石與所述氣化劑在所述氣化設(shè)備內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)之前，所述方法還包括: 將催化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤矸石的粒徑范圍與所述煤的粒徑范圍相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤矸石的粒徑為0.01 ~10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤矸石的粒徑為0.01 ~2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤矸石的添加量為所述煤的總質(zhì)量的0.01~40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤矸石的添加量為所述煤的總質(zhì)量的0.01~10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述煤為易結(jié)渣煤種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8任一項所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述將煤、氣化劑和煤矸石供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)具體包括: 將煤與煤矸石在混合裝置中混合均勻，然后將混合物供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)，或者將煤、煤矸石分別直接供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)； 將氣化劑供應(yīng)到氣化設(shè)備內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~8任一項所述的煤矸石綜合利用方法，其特征在于，所述氣化劑為過熱蒸汽；或者 所述氣化劑除包括過熱蒸汽之外，還包括一氧化碳、氫氣、氧氣和二氧化碳中的至少一種。
【文檔編號】C10J3/72GK103992820SQ201410208127
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】毛燕東, 金亞丹, 李克忠 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司