煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及催化氣化領域，尤其涉及一種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法 及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的迅速發展以及環保規定的日益嚴格，對天然氣這一清潔能源的需求量 呈爆炸式增長。催化氣化技術是潔凈高效利用煤的一種重要方式，采用催化氣化技術，煤與 氣化劑可在相對較低的溫度下在催化劑的催化作用下進行氣化反應，生成高濃度的甲烷， 但催化劑的添加成本、催化劑的回收等因素一直制約著煤炭催化氣化的工業化應用。
[0003] 生物質能源是一種可再生能源，凈增產量巨大，相當于目前世界總能耗的10倍。 與煤炭相比，生物質中富含堿/堿土金屬催化劑，且揮發分含量高、碳反應活性高，硫、氮和 灰分含量低，但由于其分布的分散性以及在處理后形成為具有不規則性的顆粒，不易在流 化床氣化爐內形成穩定料層等原因限制了生物質作為燃料的規模化利用。
[0004] 因此，利用現已發展的煤炭轉化利用技術與設備，將生物質與煤進行共氣化反應， 不僅可以解決生物質單獨氣化存在的問題，還可實現生物質資源的清潔高效資源化利用。 專利申請CN 102154034中提出了一種煙草秸桿廢棄物與煤共轉化催化氣化的方法，其首 先將秸桿預處理、熱解轉化為固相生物質焦，之后將生物質焦粉碎篩分后，與煤進行濕法混 合、干燥，之后在氣化爐中于700-1200°C下氣化，利用煙草秸桿中富含的鉀催化煤與水蒸 氣、氧氣的氣化反應制備燃氣或合成氣。
[0005] 但在上述工藝中，生物質的熱解轉化過程需要提供單獨的熱源維持熱解溫度，并 且生物質在熱解成焦后還需與煤進行濕混、干燥等處理才可進行氣化，整個氣化反應過程 中所產生的熱量最終并沒有得到充分利用，且氣化溫度高，未利用秸桿中的鉀催化甲烷化 反應進而在低溫下獲取甲烷的同時利用甲烷化強放熱反應放出的熱量。因此使得該工藝不 僅工序復雜，而且整體熱利用率及氣化效率低。

【發明內容】

[0006] 本發明提供了一種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法及系統，能夠有效地簡 化煤與生物質共氣化工藝的工序，提高熱利用率及氣化效率，在富產甲烷產物的同時，得到 大量高附加值的焦油副產物。
[0007] 為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] -種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法，包括：
[0009] a、將煤粉和氣化劑供應到氣化熱解裝置的氣化區內進行氣化反應，生成富甲烷高 溫氣體；
[0010] b、在富甲烷高溫氣體氣氛下，將生物質供應到所述氣化區上方的的熱解區內發生 熱解反應，生成生物質焦、熱解氣和焦油；
[0011] c、將所述生物質焦直接通入所述氣化區內與煤粉進行混合，并利用所述生物質焦 中富含的堿/堿土金屬催化所述煤粉的氣化、甲烷化反應。
[0012] 可選的，在將煤粉、生物質供應到所述氣化熱解裝置前，分別對所述煤粉、生物質 進行預處理，使所述煤粉的粒度小于5_、含水量小于5wt%，所述生物質的粒度小于10_、 含水量小于5wt%。
[0013] 可選的，所述生物質與所述煤粉的質量比為1:10-2:1。
[0014] 優選的，所述生物質焦中堿/堿土金屬的含量大于10%。
[0015] 可選的，所述氣化熱解裝置為一體式裝置，且所述熱解區的直徑大于或等于所述 氣化區的直徑。
[0016] 進一步的，所述熱解區的直徑大于所述氣化區的直徑時，所述氣化區采用流化床 形式，所述熱解區采用低速流化床、移動床或固定床形式。
[0017] 可選的，所述氣化區和所述熱解區分別位于分體連接的氣化裝置與熱解裝置內， 且所述熱解區內的操作壓力小于所述氣化區內的操作壓力。
[0018] 具體的，所述富甲烷高溫氣體主要包括014、0)、!12、0) 2和水蒸氣，以及少量的!125、 NH3O
[0019] 可選的，所述氣化熱解裝置內的操作壓力為0-5MPa，所述氣化區內的反應溫度為 600-800°C，所述熱解區內的反應溫度為450-650°C。
[0020] 可選的，所述供應到氣化熱解裝置的氣化區的煤粉上負載有堿/堿土金屬催化 劑，所述供應到氣化熱解裝置的熱解區的生物質中混有煤。
[0021] 可選的，在步驟c之后，在所述熱解區的頂部得到出口產物，對所述出口產物進行 除塵、換熱、分離凈化，得到富甲烷氣。
[0022] 一種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的系統，包括氣化熱解裝置，所述氣化熱解 裝置包括氣化區以及位于所述氣化區上方的熱解區，所述氣化區用于使煤粉與氣化劑發生 氣化反應，生成富甲烷高溫氣體；所述熱解區用于使生物質在富甲烷高溫氣體氣氛下發生 熱解反應，生成生物質焦、熱解氣和焦油，將所述生物質焦直接與所述氣化區內的煤粉進行 混合，并利用所述生物質焦中富含的堿/堿土金屬催化所述煤粉的氣化、甲烷化反應。
[0023] 可選的，所述氣化熱解裝置為一體式裝置，且所述熱解區的直徑大于或等于所述 氣化區的直徑。
[0024] 進一步的，所述熱解區的直徑大于所述氣化區的直徑時，所述氣化區采用流化床 形式，所述熱解區采用低速流化床、移動床或固定床形式。
[0025] 可選的，所述氣化熱解裝置包括分體連接的氣化裝置和熱解裝置，其中，所述氣化 區位于所述氣化裝置內，所述熱解區位于所述熱解裝置內。
[0026] 本發明提供了一種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法，該方法在將煤與生物 質共氣化的同時，利用煤與氣化劑發生氣化反應產生的富甲烷高溫氣體使生物質發生熱解 反應，并利用熱解反應中由生物質熱解生成的富含堿/堿土金屬的生物質焦進一步催化煤 粉氣化、甲烷化反應，從而可有效提高甲烷及焦油副產物含量。該方法相比于現有技術中的 煤與生物質共氣化方法而言，生物質的熱解反應在煤與氣化劑氣化產生的富甲烷高溫氣體 氣氛下即可發生，無需提供單獨的熱源，同時高溫氣體中存在的水蒸氣、氫氣、甲烷等氣體 為生物質熱解提供了小分子自由基，大大提高了生物質熱解輕質焦油產率，且生物質在熱 解后生成的生物質焦直接與煤粉混合并同氣化劑在較低溫度范圍內發生催化氣化反應生 成富甲烷氣體，而無需再經過復雜的前處理，具有工序簡單、整體熱利用率和氣化效率高、 技術經濟性好等特點。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明實施例提供的煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法的示意圖；
[0028] 圖2為本發明實施例提供的一種煤和生物質共氣化制備富甲烷氣的系統及方法；
[0029] 圖3為本發明實施例提供的另一種煤和生物質共氣化制備富甲烷氣的系統及方 法。
【具體實施方式】
[0030] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0031] 圖1為本發明實施例提供的煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法的示意圖。如 圖1所示，本發明實施例提供了一種煤與生物質共氣化制備富甲烷氣的方法，包括：
[0032] 步驟a、將煤粉和氣化劑供應到氣化熱解裝置的氣化區內進行氣化反應，生成富甲 烷高溫氣體。
[0033] 在本步驟中，煤粉通過進料裝置供應到氣化熱解裝置的氣化區內，氣化劑通過氣 化熱解裝置下方的分布板通入氣化區內，并與煤粉發生氣化反應，生成包含ch4、4和CO等 有效氣體及未分解的水蒸氣的富甲烷高溫氣體。其中，氣化劑為過熱蒸汽，或〇2、C0、4和 〇)2中的至少一種與過熱蒸汽的混合氣體，煤粉可為無煙煤、次煙煤、煙煤、褐煤中的至少一 種，向氣化區內通入的煤粉還可負載少量催化劑，從而可在反應啟動之時即可發生催化氣 化反應。
[0034] 步驟b、在富甲烷高溫氣體氣氛下，將生物質供應到所述氣化區上方的熱解區內發 生熱解反應，生成生物質焦、熱解氣和焦油。
[0035] 在本步驟中，生物質經氣化區上方的熱解區進入氣化熱解裝置后，在上述富甲烷 高溫氣體氣氛下，發生熱解反應，脫除水分及揮發分，生成0)、0)2、!12、014、焦油、生物質焦等 物質，然后在富甲烷高溫氣體氣氛進一步提供的小分子自由基的條件下，與生物質脫揮發 分過程中產生的自由基結合，生成輕質焦油，大大提高焦油