描述了用于把碳质固体转化成甲烷的高效率气化工艺以及用于该操作的装置。该工艺包括：在碱金属催化剂存在下使蒸汽和包含灰分的碳质固体在气化反应器中反应制备可燃气体和包含灰分与碱金属催化剂组分的焦化颗粒，在碱金属催化剂再生系统中处理该焦化颗粒流以把上述催化剂组分再生为碱金属化合物，以及再循环该再生的化合物。在上述碱金属催化剂再生系统内部，该工艺包括：用水淬火焦化颗粒流以此冷却和破碎该颗粒，从破碎的固体中溶解可溶性碱金属催化剂组分以形成第一碱金属催化剂溶液和洗涤的固体，可选的使该洗涤的固体在碱性溶液中反应以形成第二碱金属催化剂溶液，提高所述第一和可选的第二碱溶液的品位以把该碱金属催化剂组分再生为所述的碱金属化合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在碱金属催化剂的存在下气化诸如煤的碳质固体以 生产诸如曱烷或者合成气燃气的工艺， 一起伴随着筒化的催化剂再生 的工艺。 背景石油是用于液体与气态的燃料的主要来源。人们已经很久就关注 到因为已知的石油储量正在耗费并且新储量的勘探正变得愈加困难， 石油的可得性将会降低。由于这么多的技术依靠液体与气体燃料，人 们普遍的意识到需要开发工艺以从可替代来源制造这样的燃料。为了解决这个关注已经发展了几种技术，许多集中在诸如煤、石 油焦的碳质固体，以及甚至有机物废料。已经开发了工艺来把这些原 料转换成各种可燃气体，例如一氧化碳与氢的混合物"合成气"，或 者又名合成天然气的甲烷。煤的气化典型的通过使蒸汽与煤在高温下或者在存在碱金属催 化剂的情况下在适中的温度下反应来完成。 一个这样的工艺，把煤催化地转换成甲烷，公开于发行于1978年6月13日的美国专利第4， 094, 650号中。上述'650专利公开了在碳-碱金属催化剂的存在下，碳质固体可以在相对热中性的工艺中被气化以制造曱烷。石成金属，包括锂、钠、钾、铷、与铯，可以在纯金属或者化合 物或者复合物的组成下催化煤炭气化。通常，碱金属作为煤炭气化催 化剂的相对活性随着原子量增加，那就是说，铯是最有效的以及锂是 效力最低的。催化煤炭气化("CCG ")工艺的发展已经集中在钠与钾， 因为它们展现出合理的活性同时与更重碱金属相比价格比较低廉并 且更广泛易得。可以制备煤-催化剂混合物然后将其引入气化反应器， 或者通过分别把碱金属催化剂与碳质颗粒引入反应器原地形成煤-催 化剂混合物。5碱金属催化剂可以作为无机碱金属盐、有机碱金属盐、碱金属氢 氧化物、碱金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属重碳酸盐等等或者作为纯金属或者作为这样的化合物的混合物被引入CCG工艺。碱金属催化剂可以包含多于一种碱金属，例如钾与钠，以及可以作为碱金属化 合物的结合被引入，例如氢氧化钾、碳酸钾与氢氧化钠的混合物，该结合可能是易溶盐混合物。 一种在文献中确认的用于CCG的优选的碱 金属化合物是碳酸钾。除了别的以外，煤典型的包含显著量的无机物，包括钙、铝、硅、 铁、钒、与硫。这些化合物在气化反应器中形成无机氧化物或灰。众 所周知at大约500或者60(TC的温度以上，钾(或者其他的石威金属) 可以与上述灰起反应形成不溶的石咸性的铝石圭酸盐。在这个组成下石咸金 属作为催化剂是没有活性的或者相对没有活性的。为了防止煤炭气化 反应器中无机固体的增长，焦化(即上述灰、未转化的含碳物质以及 碱性的粘结的固相组成)的固体清洗必须周期进行。这种焦化可以是 20重量％或以上的例如钾金属，包括一些作为诸如K2C03的可溶性的 钾盐，与一些作为诸如KAlSi04 (合成的钾霞石或者高岭石)的不溶性 的铝石圭酸4甲。为了补偿在固体清除中催化剂的损失，传统的CCG工艺需要相当 大的催化剂补充流。通过从上述固体清除物再生碱金属可以最小化 CCG工艺的原料费与潜在的环境问题。上述'650专利公开了固体清除物的水浸出以再生碱金属的可溶 组分。来自气化器的固体被冷却到700° F,然后将其混合在该催化剂 的浓水溶液中以溶解容易可溶的物质。利用上述富集水性催化剂溶液 来制备气化器投料。将上述已经清洗过的固体转移到多阶段逆流液体 固体提取系统中，在那使上述固体与越来越稀释的催化剂溶液在大约 (230° F)11(TC与30绝对压强下逐次的接触以再生较低可溶的碱性物 质。上述'650专利公开了带有伴随的过滤器、泵与弥补流的混合容 器的7 -罐组。诸如KAlSi(^的不溶的金属碱性的化合物仍留在剩下 的固体中，因此仅仅大约2/3的在固体清除中取出的碱金属可以被 再生和再循环到上述气化工艺。众所周知通过在包含钾或者镁(它们在适当条件下从该铝硅酸盐 中置换钾(或者其他的碱金属))的碱性溶液中"溶出"碱铝硅酸盐，可以从铝珪酸盐化合物再生不溶性石威性组分。发行于1979年6月26日的美国专利第4, 159, 195号利用了这样 的工艺。按照上述'195专利，上述从初级产物气分离开的固体清除 物和固体通过流化槽以在外面分离并将较轻颗粒再循环到气化器。剩 余的较重颗粒流被冷却并送往水浸出单元，在那可溶的碱性组分溶解 并形成稀释的碱溶液，其包含诸如碳酸盐与硫酸盐的各种碱金属化合 物。上述'195专利陈述了水浸出单元代表性的包含多阶段逆流提取 系统，建议了类似于'650公开的那样的复杂的工艺。上述'195专利预报了可溶的碱性组分能与上述溶出工艺的碱性 组分反应并形成不期望的副产品。为了避免这样的问题，上述'195专 利把稀释的碱溶液直接送到气化器投料制备区域而没有进一步的处 理。上述浸出的固体被从到石灰溶出单元，在那清洗的固体被与钙或 者氲氧化镁的水泥浆在250- 500° F ( ~ 120- 260。C)之间有力的混 合。按照上述'195专利，上述溶出池产物液一般包含碱金属氢氧化 物与碱金属铝酸盐。为了避免可以增加灰负荷的铝酸盐再循环到上述 气化器，上述'195专利公开了溶出池溶液可以与包含使氢氧化铝在 剩余溶液再循环前沉淀的气体的二氧化碳接触。带有溶出的多阶段水-洗工艺是传统的。上述'195专利报告了通 过石灰溶出以再生上述不溶性组分，更大量的钾再生(比仅仅用水-洗 工艺)是可能的。然而，在催化剂再生上的中型规模的工作(由美国能 源部定约ET-78-C-01-2777保证并报道于利用了伴随有多阶段用水浸 出的溶出的FE2777-31 ),显示石灰溶出的添加可能不是经济有利的。石灰溶出也被提议用于别的煤技术中。例如，已经提议^i流体动 力学(匪D)发电作为提高传统的火力发电厂的效率的技术。在磁流体 电厂中，通过向燃烧气体添加容易电离的物质形成的等离子体在很高 的温度和高速度下通过磁场并感生电流。按照Sheth等的美国专利第 5, 057， 294号，其描述了用于在磁流体动力装置中再生和再循环消耗 的种子的工艺，碳酸钾是优选的种子材料。按照上述'294专利，大多数钾种子在燃烧气体中与二氧化硫反应 时转换成固体硫酸钾，通过在甲酸盐反应器中与石灰和一氧化碳反应 上述种子可以随后恢复为曱酸钾。大约15%的钾种子与煤的铝和硅无 机组分起反应并形成以MHD "矿渣"著称的不溶性的铝硅酸钾。通过压碎渣粒并在4: 1摩尔0H/K比和445° F到480° F (大约230 - 250°C) 的温度下在水相中用石灰溶出它们，在该矿渣中的钾可以基本上再 生。将上述所得非常碱性的氢氧化钾溶出池产物液与甲酸盐反应器产 物结合以沉淀硫酸钓。带有甲酸钾与少量的氢氧化钾的剩余溶液可以 被干燥并作为MHD "种子"再循环。上述'294专利公开了通过在矿渣被溶出前把它把研磨到大约75 篩目，最高大约80%的钾可以再生。可以以实质上分离流的形式收集 矿渣与消耗的种子。上述'294专利没有涉及可溶性和不可溶性i成金 属从单 一 固体流的再生。也没有建议上述颗粒可以 一皮破碎而不是研磨 到适当的大小用于溶出。因此，煤工艺中用于碱金属再生的已知方法是累赘的与昂贵的。 非常期望发展能在更简化系统中再生碱性催化剂的CCG工艺，并且如 果这样的工艺是灵活的和可靠的，将会更期望。发本文档来自技高网...
【技术保护点】
煤气化工艺，包括： 在碱金属催化剂存在下使煤颗粒与蒸汽在反应器中接触，在那形成了粗产物气体并且制备了焦化颗粒，所述焦化颗粒包含碳、无机组分，以及碱金属催化剂组分； 从所述反应器取出所述粗产物气体流； 从所述粗产物气体流再生 产物气体流； 在破碎单元中用水接触来自所述反应器的焦化颗粒流，借此所述焦化颗粒破碎以及一部分所述碱金属催化剂组分溶解进所述水形成破碎单元溶液和洗涤的固体； 从所述破碎单元取出所述洗涤的固体流以及所述破碎单元溶液流。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：AC舍斯，
申请(专利权)人：格雷特波因特能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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