由废碳源产生碳质原材料制造技术

本发明专利技术涉及由含废物的碳源产生碳质原材料的方法。本发明专利技术进一步涉及在气化过程中使用所述碳质原材料，借此明显使温室气体和硫的有害排放降到最低且大大提高反应速率。根据本发明专利技术的第一方面，提供由含废物的碳源产生碳质原材料的方法，所述方法包括由以下组成的步骤：(i)将生物炭源引入至废弃煤细粒源以形成生物煤混合物；(ii)将选自碱金属源或碱土金属源的催化剂添加剂引入至所述生物煤混合物；(iii)任选地，使所述生物煤混合物与粘合剂接触；以及(iv)压制步骤(ii)或(iii)的所得混合物以形成一种或多种碳质原料团块，所述团块的大小具有至少5mm的尺寸。

Carbonaceous raw materials produced from waste carbon sources

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由废碳源产生碳质原材料
本专利技术涉及由含废物的碳源产生碳质原材料的方法。本专利技术进一步涉及碳质原材料在气化过程中的用途，由此明显使温室气体和硫的有害排放降到最低且大大提高反应速率。专利技术背景2011年世界能源展望(WorldEnergyOutlook)估计至2035年全球能源需要将增加75％，并且针对未来在煤和生物燃料上能源供应的大规模投资需要超过1万亿美元(StatisticsSA.2011)。南非政府也已修改其自身能源战略，以便阐明针对可预见的未来关于国家能源供应和消耗的政府政策。南非能源政策白皮书(最新的能源政策)提倡连续解除管制，维护煤资源数据库，推广家用低烟煤，推广最终使用效率和清洁煤技术，研究使用煤层甲烷，并且使用废弃煤(WhiteEnergy公司，2012)。在南非生产的255Mt/a煤之中，60Mt/a煤因其察觉到的差品质(高灰分和硫)而从采矿和运输操作中被废弃为细沉积物，并且挥发物随储料堆龄减少(Wagner,N.J.2008和Bunt,JR等人，1997)。也因大小而将煤废弃，即，煤细粒大体被分类为<500微米的颗粒，其在选矿过程中从煤中分离(UNFCCC.2001)。在作为实例的煤液化装置(CTL)中，在生产液体燃料的工艺中固定床气化器使用5至8mm的较低切割大小，从而递送较高百分比的“细”煤，所述细煤主要用于(在pf燃烧装置中)产生高压蒸汽以用于气化过程(Ratafia-Brown,J.2002)。然而，在回路中存在细煤的过平衡，这不可避免地导致煤被废弃至存储池和矿泥坝中(EUBA.2007)。由于煤作为不可再生资源的重要性，这些煤细粒可被利用。具有大约16MJ/kg热值的废弃煤可通过Eskom燃烧，使其成为可行的能源；在合同允许的情况下可被选集并添加回经洗涤的较粗产物；或者可在流化床和夹带流反应器中气化，但这些技术是资金极其昂贵的并且迄今为止尚未在南非实施(Radloff,B等人，2004和Hippo,E.J.等人，1986)。Highveld煤田对于Sasol的合成燃料(SSF)部门的长期寿命具有重要意义，但这些煤田接近枯竭，具有九十亿吨的估计剩余可回收煤储量(SharmaA等人，2008)。作为实例，利用废弃的Highveld细粒将有助于增加Sasol可利用的煤储量，并且也将与政府政策一致。因此，应找到替代法使煤能被更有效使用，从而改进煤资源对后代的使用寿命(UNFCCC.2001)。细煤的团聚可分类成制团和造粒，任一者用或不用粘合剂。粒料通常为圆柱形的，具有6至12mm范围的直径和4至5倍直径的长度。团块也可为圆柱形的、具有80至90mm的直径，或为平行管形的、具有150×70×60mm的平均尺寸(Eakman,J.M.1980)。利用粘合剂来制团已在澳大利亚(WallerawangColliery)成功，其中使用细煤洗选厂废料，通过双辊压机来产生70kt/yr的50mm直径团块(10-20％水分含量)，用于生产燃料供常规发电站使用。然而，在这种方法中使用的粘合剂是未知的(Nel,S.2013)。从南非的情形来看，Mangena和deKorte(Suzuki,T.1984)开发了一种方法将废弃的南非超细煤转换成有价值的低烟燃料，所述燃料可以与煤价类似的价格供应至国内市场。推断如果它被最终用户接受，则这种燃料可帮助减少家庭中局部空气污染的量，特别是在贫困的区镇。Mangena和duCann(Takaranda,T.1986)还研究了使用南非的煤，利用KomarekB-100A辊型制团法来产生枕形无粘合剂团块。这种机器具有130mm的辊直径和17MPa的最大容许压力。产生的团块具有以下测量结果：40mm(长度)×19mm(宽度)×13mm(厚度)。他们的研究推断用新鲜、富镜质体炼焦和掺合炼焦煤制团是最成功的。然而，应测试其它替代物，因为对于无粘合剂制团，风化具有对煤的适应性的影响。可由已风化煤中的高岭石含量造成负面影响。但无粘合剂制团对于废弃煤而言是可能的利用选项(Takaranda,T.1986)。如在南非Secunda的SasolSynfuels装置中部署的Sasol-Lurgi固定床干底气化工艺每年消耗多于三千万吨煤。这种煤用于装置中84个气化器中的气化，这产生每天多于150000桶石油当量的燃料和化学品。Sasol-Lurgi气化器的进料主要由粗的(>6mm)低品级沥青煤和外来岩石碎块(通常为碳质页岩、粉砂岩、砂岩和泥岩)组成。在高温(至多1350℃)和低于30巴的压力下，在气化器中加工这种原料来产生合成气体(也称为合成气)，所述合成气是一氧化碳和氢气的混合物。煤气化灰分是气化过程的主要副产物。被称为“粗灰分”的这种灰分是具有非均匀质地的红和白色至灰色烧结煤渣的组合，其从细材料变化到具有4至75mm大小的大的不规则成形聚集体。在Sasol-Lurgi气化工艺中，在大约350℃的入口温度下，煤以与气化剂、即蒸汽和氧气逆流的模式被气化。煤通过气化器顶部上的自动运行煤锁进入气化器并且由在气化器底部引入的蒸汽和氧气气化，并同时受重力沿移动床下降。将煤暴露于气化器中的不同反应区，即，进行干燥和脱挥发分的干燥和热解区。在这个区之后，炭(char)进入气化区，在该处进行不同的气化反应。气化区之后是燃烧区，在该处在氧气的存在下进行炭的燃烧。灰分区是最后一个区，在该处通过在气化器底部进料入的过量蒸汽和氧气来冷却灰分。将硫与煤一起引入至Sasol-Lurgi气化装置，在该处它被结合于煤的有机质或矿物质中(Skhonde,P.2009)。煤中的硫主要来源于两个来源：成煤环境中的原始植物物质和无机物质。煤中硫的丰度受沉积环境以及煤层和上覆地层的世代交替史控制。海水与泥炭的相互作用导致煤中硫的水平升高。低硫煤中的硫仅来源于植物物质。由于煤形成过程和煤品级的差异，硫的量和形式在不同的煤之间变化。用于Sasol-Lurgi气化工艺的南非煤通常是低等中品级C(沥青)煤，在来样基础上具有大约1-2重量百分比(重量％)的总硫含量。此硫含量值与在全世界用于燃烧和其它过程的一些煤相比是非常低的。在Benson的博士论文(Benson,S.A.Ph.D.Thesis,1987)中，来自SanJuan盆地范围和Powder河地区范围的一些燃烧用煤具有至多3.5重量％的硫含量。Illinois盆地中的大多数煤已知是高硫煤，具有多于3重量％的硫含量，这限制其用作燃料源。硫的无机形式(主要是黄铁矿)通常是在Secunda的SasolSynfuels装置中所用南非煤中存在的硫的主要形式。在有机部分内还发现了有机缔合的硫。痕量的硫存在为煤表面上的硫酸盐硫。当考虑典型固定床气化回路(诸如Sasol处)中硫的命运时，硫存在于在去往煤制备装置途中的煤中，在所述煤制备装置处制备递送至气化装置的合适粒度分布的进料煤。从煤制备装置处将细煤(<6mm)运输至蒸汽装置并且将粗材料(>6mm)进料至气化。在气化器中，随着煤经过各个反应区，煤中所含的硫暴露于不同温度。气态硫作为H2S进入原料气(因为气化器的上半部在还原条件下运行，且下半部在氧化条件下)，并且H2S被运本文档来自技高网...

【技术保护点】
由含废物碳源产生碳质原材料的方法，所述方法包括由以下组成的步骤：(i)将生物炭源引入至具有小于212μm的粒度的废弃煤细粒源以形成生物煤混合物；(ii)将选自碱金属源或碱土金属源的催化剂添加剂引入至所述生物煤混合物；(iii)任选地，使所述生物煤混合物与粘合剂接触；以及(iv)压制步骤(ii)或(iii)的所得混合物以形成一种或多种碳质原料团块，所述团块的大小具有至少5mm的尺寸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.22 ZA 2015/027441.由含废物碳源产生碳质原材料的方法，所述方法包括由以下组成的步骤：(i)将生物炭源引入至具有小于212μm的粒度的废弃煤细粒源以形成生物煤混合物；(ii)将选自碱金属源或碱土金属源的催化剂添加剂引入至所述生物煤混合物；(iii)任选地，使所述生物煤混合物与粘合剂接触；以及(iv)压制步骤(ii)或(iii)的所得混合物以形成一种或多种碳质原料团块，所述团块的大小具有至少5mm的尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述碳质原料团块用于在气化过程中降低熔点和提高所述碳质原材料的原位硫保留的效率中。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述原位硫捕获气化过程是以催化气化模式运行的固定床气化器。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述废弃煤细粒源来源于在矿井处采矿和粉碎期间产生的细粒。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述废弃煤细粒源选自脱水滤饼、废弃储料堆和矿泥坝中的任一种或多种。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述废弃煤细粒源来源于在煤制备装置处的煤清洗操作期间产生的细粒。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物炭源由木质纤维素生物质和液体(诸如水、醇或其它有机溶剂)的组合在标准液化高压反应器中制备并且干燥以形成生物炭的干燥来源。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述木质纤维素生物质优选富含木质素物质。9.根据权利要求8所述的方法，其中富木质素物质包括农业废料、来自发酵过程的木质纤维素废料、来自糖加工工业的废料、木材残渣和草中的任一种或多种。10.根据权利要求7所述的方法，其中使用生的或干燥的原生物质。11.根据权利要求10所述的方法，其中用于本发明中的合适生物质材料包括甜高粱渣、苋菜梗和茎、向日葵壳、锯屑、杂草、木质素磺酸盐、污泥和提取的糖蜜中的任一种或多种。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中将甜高粱渣用作所述生物质。13.根据权利要求1所述的方法，其中废弃煤细粒与生物炭的比率在0与100重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·B·瓦安德尔斯，S·马克思，J·R·布恩特，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：南非,ZA