浆状残碳的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种对碳质材料与超临界水反应所产生的浆状残碳进行处理的方法，该方法包括使所述浆状残碳在处于亚临界状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反应的步骤，同时提供了包含该步骤的一种提高碳质材料气化反应的能量效率的方法。本发明专利技术节省了压滤和干燥步骤，节约了相关的设备和能量消耗，且不污染环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体地，本专利技术涉及一种对碳质材料与超 临界水反应所产生的浆状残碳进行处理的方法。
技术介绍
煤气化技术是当前洁净，高效煤炭利用的最主要途径，也是当前能源高新技术发 展的关键环节之一。当前比较成熟的煤气化工艺包括鲁奇气化工艺，Shell气化工艺以及 GE(Texaco)气化工艺等。出于气化速率的考虑，这些气化工艺的共同特点是气化温度通常 在1000°C以上，合成气组成主要是CO和H2。这些气化过程由于煤的气化温度很高，碳转化 率也很高，基本不存在残碳问题。对于以水煤浆为原料的碳质材料催化气化制取合成气或甲烷的流程来说，由于碳 质材料的催化气化在较低的温度例如水的超临界温度如至多650°C下进行，反应速率势必 低于其在1000°C以上的高温下相应的煤气化技术，反应的进行程度也相应降低，因而部分 碳质材料未能充分反应，故产物中不可避免地有一部分残碳即未反应完全的碳质材料，并 且这部分残碳与水和灰渣(即碳质材料中的矿物质成份，一般不可燃)形成混合物，该混合 物一般称为浆状残碳。如何有效利用这部分浆状残碳，是提高煤催化气化整个工艺流程的 能效的一个重要方面。对于这样浆状残碳的处理，通常的处理过程是通过泵将浆状残碳送至压滤机压滤 出其中的水分，之后利用外部热源对残碳进行干燥，干燥后的残碳送往锅炉焚烧。这样的过 程需要耗费大量的能量，且流程复杂。另一种常规的处理方法是填埋，但填埋法则显然没有有效利用这些残碳，且不利 于环境保护。专利技术概述本专利技术提供了一种对浆状残碳进行处理的方法，包括以下步骤使所述浆状残碳 在处于亚临界状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反应，其中所述过量氧气是指氧 气的量多于使残碳刚好完全氧化所需的氧气的量。本专利技术还提供了一种提高碳质材料与超临界水反应的能量效率的方法，包括以下 步骤a使碳质材料与超临界水以及任选的氧化剂在催化剂的存在下发生反应，生成包 含甲烷的气体，并产生包含水和残碳的浆状残碳；b将所述包含甲烷的气体与所述包含水和残碳的浆状残碳分离开；c使所述浆状残碳在处于亚临界状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反 应，其中所述过量氧气是指氧气的量多于使残碳刚好完全氧化所需的氧气的量；d将步骤c中的反应所放出的热量中的至少一部分用于预热步骤a中的碳质材料 和水。附图简述附图说明图1是本专利技术的示例性的实施方案的工艺流程图。专利技术详述本专利技术中的浆状残碳是包含残碳、灰渣以及大量水的混合物，通常，其中的残碳含 量为10-30重量％，灰渣含量为20-30重量％，水的含量为50-60重量％。余量为催化剂， 其含量一般为1-3重量％。本专利技术中的浆状残碳可来自于碳质材料与超临界水的反应。其中所述碳质材料包 括但不限于煤、生物质或它们的混合物。其中煤可包括各种煤，例如烟煤、无烟煤、泥煤、褐 煤等。其中生物质为直接或间接衍生自生物体的物质，例如谷物、秸秆、木材、藻类、植物油 以及动物脂肪等。通常将碳质材料粉碎至一定粒度例如200目(0.074mm)之后，加入分散 剂及稳定剂等与水配成浆。例如，在碳质材料为煤的情况下，形成水煤浆。然后在水的超临 界状态下在催化剂的存在下在气化炉中发生反应而制备包含甲烷的气体产物。该反应也称 作甲烷化反应。其中所述催化剂包括但不限于碱金属或碱土金属的氧化物、碱金属或碱土 金属的氢氧化物、碱金属或碱土金属盐或它们的混合物，例如K20、Na20、Ca0、Mg0、Na0H、K0H、 Ca (OH)2, Mg (OH)2, K2CO3和Na2CO3，或由它们组成的混合物。为了提高甲烷产率，通常向反应混合物中通入氧化剂例如过氧化氢、含氧气体或 纯氧气等。其中含氧气体可为富氧空气或普通空气或任何其它含有氧气的气体等。碳质材 料与超临界水以及任选的氧化剂发生反应后，将得到的反应后混合物进行换热而降低到水 的超临界温度以下(例如降低到约350°C )，然后进入分离装置，将气体产物与浆状残碳分 离开。本专利技术要处理的浆状残碳即可为这种浆状残碳。所述浆状残碳也可以是以水煤浆为原料的工业锅炉、工业窑炉中发生的不完全燃 烧所产生的。本专利技术的处理浆状残碳的方法在于包括以下步骤使所述浆状残碳在处于亚临界 状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反应，其中所述过量氧气是指氧气的量多于使 残碳刚好完全氧化所需的氧气的量。上述步骤一般在氧化反应器中进行。将浆状残碳引入氧化反应器中，同时向该氧 化反应器中通入过量氧气。氧气可以以纯氧气或富氧空气或普通空气等方式提供。在过量 氧气的存在下，残碳基本上被完全氧化生成CO2,同时放出热量并加热浆状残碳中的水，从 而使该氧化反应器的温度升高至水的亚临界状态或超临界状态，并在该状态下使残碳与氧 气持续反应。当然，也可以独立地由其它热源将该氧化反应器的温度升高至水的亚临界状 态或超临界状态。反应所放出的热量中的一小部分用于弥补因反应器散热而导致的热损 失，以维持反应器本身的温度在期望的温度水平上，大部分热量则可回收利用，例如用于预 热水煤浆，或者用于产生蒸汽进行发电。这种热量回收方法是本领域技术人员公知的。所述氧化反应器可以为管式反应器或流化床反应器。浆状残碳和氧气可以并流通 入反应器中，也可以逆流通入反应器中。浆状残碳与氧气的进料质量流量比可为1 1.5 至 1 3。其中所述水的亚临界状态是指这样的状态温度在水的常压沸点以上且在水的 临界温度以下而压力为使水保持为液态的压力。例如，水的亚临界状态可以为绝对压力 10-22MPa且温度为120_374°C的状态。其中所述水的超临界状态是指绝对压力在22. IMPa以上且温度在374°C以上。另一方面，本专利技术还涉及一种提高碳质材料气化反应的能量效率的方法，包括以 下步骤a使碳质材料与超临界水以及任选的氧化剂在催化剂的存在下发生反应，生成包 含甲烷的气体，并产生包含水和残碳的浆状残碳；b将所述包含甲烷的气体与所述包含水和残碳的浆状残碳分离开；c使所述浆状残碳在处于亚临界状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反 应；d将步骤c中的反应所放出的热量中的至少一部分用于预热步骤a中的碳质材料 和水。在上述方法的步骤a中，通过使水与碳质材料混合形成的浆料例如水煤浆通入到 气化炉中，并将该气化炉的温度提高至水的超临界状态，同时以任何本领域技术人员已知 的方式向气化炉中引入催化剂，例如将催化剂溶解于水煤浆中并随水煤浆一起引入气化炉 中，或者单独地将催化剂水溶液引入到气化炉中，并任选地向该气化炉中通入氧化剂，来促 使发生碳质材料的气化反应。其中所述氧化剂和催化剂如上所述。其中，碳质材料的浆料 和/或水在进入气化炉之前都要进行加压以及预热，例如加压并预热至接近或达到水的超 临界状态，以使这些物料一进入气化炉就能发生反应。该反应产生包含甲烷的气体，并产生 包含水和残碳的浆状残碳。反应后的物料仍处于水的超临界状态。在上述方法的步骤b中，将所述包含甲烷的气体与所述包含水和残碳的浆状残碳 分离开。这种分离过程可使用本领域技术人员已知的任何方法来进行。例如，在本专利技术的 优选实施方案中，通过用冷却介质对所述包含甲烷的气体和所述包含水和残碳的浆状残碳 进行冷却并回收热量，由此使反应后的物料的温度降低，例如降低至水的超临界温度以下 以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浆状残碳的处理方法，包括以下步骤：使所述浆状残碳在处于亚临界状态或超临界状态下的水中与过量氧气发生反应，其中所述过量氧气是指氧气的量多于使残碳刚好完全氧化所需的氧气的量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷俊杰，田澎，赵晓，李金来，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]