一种煤气化用原料煤的预处理方法以及煤气化用原料煤

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤气化用原料煤的预处理方法以及煤气化用原料煤。

背景技术

在煤气化工艺中，通常将煤粉以高压密相输送的方式输送入气化炉中进行气化反应，为了不影响高压密相输送的稳定性，需要对原料煤进行脱水处理，使得原料煤中的水分含量满足输送要求。

在现有技术中，通常采用在氮气保护下进行加热干燥的方式或者采用饱和蒸汽间接干燥的方式对煤粉进行干燥处理，在此过程中，干燥温度通常需要达到130-200℃，干燥温度过高会使煤结构发生变化，例如，当对褐煤进行干燥时，若干燥温度大于150℃，会使褐煤中的碳以二氧化碳的形式脱除，不利于碳的利用以及碳转化率的提高。

发明内容

本发明的实施例提供一种煤气化用原料煤的预处理方法以及煤气化用原料煤，能够在低温下对原料煤进行脱水处理，实现对原料煤的干燥，同时还能够提高原料煤的碳转化率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种煤气化用原料煤的预处理方法，包括：

采用有机溶剂对所述原料煤进行溶胀，在溶胀完成后在第一温度下蒸发去除所述有机溶剂，以将所述原料煤中的水分带出，对所述原料煤进行脱水处理；其中，所述第一温度小于等于90℃。

可选的，所述原料煤为煤粉，所述有机溶剂与所述煤粉的质量比为10:1-30:1。

可选的，所述有机溶剂可与水形成共沸物；或/和，

所述有机溶剂含有孤对电子，且可与水分子形成氢键。

可选的，所述有机溶剂的极性小于等于7。

可选的，所述有机溶剂不含有氧元素。

可选的，所述有机溶剂选自吡啶、苯、苯胺和环己烷中的一种或者几种。

可选的，在机械搅拌或者超声振荡下对所述原料煤进行溶胀2-6h。

可选的，所述方法还包括：对脱水处理后的原料煤进行至少两次干燥处理，直至最后两次干燥处理后的重量差值小于等于0.1g。

可选的，当所述有机溶剂的沸点小于等于90℃时，在0.1MPa下通过旋转蒸发去除所述有机溶剂；

当所述有机溶剂的沸点大于90℃时，在减压条件下旋转蒸发去除所述有机溶剂。

第二方面，本发明实施例提供一种煤气化用原料煤，根据如上所述的预处理方法获得。

第三方面，本发明实施例提供一种煤气化方法，包括：对如上所述的煤气化用原料煤进行气化反应。

本发明实施例提供了一种煤气化用原料煤的预处理方法以及煤气化用原料煤，通过采用有机溶剂对原料煤进行溶胀，在溶胀完成后低温去除有机溶剂的方式将原料煤中的水分脱除，能够避免现有技术中采用加热干燥的方式对原料煤进行脱水而使得在高温下容易将碳以二氧化碳的形式脱除，从而使得在煤气化进程中碳转化率降低的情况发生，同时，通过对原料煤进行溶胀，还能够削弱原料煤结构中的非共价键，形成具有较低自由能的缔合结构，提高原料煤的反应活性，使得原料煤在用于气化反应时，能够有效提高原料煤的碳转化率。

具体实施方式

下面对本发明实施例提供的一种煤气化用原料煤的预处理方法以及煤气化用原料煤进行详细描述。

第一方面，本发明实施例提供一种煤气化用原料煤的预处理方法，包括：

采用有机溶剂对所述原料煤进行溶胀，在溶胀完成后在第一温度下蒸发去除所述有机溶剂，以将所述原料煤中的水分带出，对所述原料煤进行脱水处理；其中，所述第一温度小于等于90℃。

煤是由构成三维交联网络结构的大分子相通过氢键、范氏力等弱键形成的复杂混合物，具有类似于高聚物分子的结构，煤溶胀是煤的一种重要性质,它是利用煤所具有的供氢和受氢能力，在亲电和亲核试剂作用下，打破小分子相和结构单元间的弱键，使煤样的体积膨胀，结构改变和重排。煤溶胀反应过程是不可逆的，其中非共价键的断裂是主要特征。溶剂去除后，煤中的大分子结构发生重排，形成较强的Π-Π键，而小分子相与网络结构相连的物理和化学力明显减弱，煤结构的自由能降低。

本发明实施例提供了一种煤气化用原料煤的预处理方法，通过采用有机溶剂对原料煤进行溶胀，并在溶胀完成后低温去除有机溶剂的方式将原料煤中的水分脱除，能够避免现有技术中采用加热干燥的方式对原料煤进行脱水而使得在高温下容易将碳以二氧化碳的形式脱除，从而使得在煤气化进程中碳转化率降低的情况发生，同时，通过对原料煤进行溶胀，还能够削弱原料煤结构中的非共价键，形成具有较低自由能的缔合结构，提高原料煤的反应活性，使得原料煤在用于气化反应时，能够有效提高原料煤的碳转化率。

其中，在实际应用中，可以根据所需要达到的溶胀效果确定所选用的有机溶剂的种类和溶胀温度。通常情况下，煤溶胀所采用的有机溶剂为亲核试剂或者亲电试剂，可以在常温下进行溶胀，而对于沸点较高极性较弱的有机溶剂，为了提高溶胀效果，加快溶胀速度，也可以在加热条件下进行溶胀。示例性的，当所述有机溶剂为苯胺、吡啶等时，可以在50-60℃对所述原料煤进行溶胀。

在本发明实施例中，主要的发明目的在于将原料煤中的水分通过有机溶剂在低温下带出，因此，优选的，所述有机溶剂可与水形成共沸物；或/和，所述有机溶剂含有孤对电子，且可与水分子形成氢键。这样一来，由于所述有机溶剂可与水形成共沸物，在将所述有机溶剂蒸发去除时，所述有机溶剂能够将所述原料煤中的水带出，例如，所述有机溶剂可以为乙醇、甲苯、苯、异丙醇、环己烷等；或者，由于所述有机溶剂含有孤对电子，且可与水分子形成氢键，因此，在蒸发去除有机溶剂时，能够通过氢键作用将原料煤中的水带出，例如，所述有机溶剂可以为甲醇、四氢呋喃等；当然，也可能所述有机溶剂既可与水形成共沸物，又含有孤对电子，且可与水分子形成氢键，同样也能够将原料煤中的水带出，例如，所述有机溶剂可以为乙醇、吡啶等。

极性是指一根共价键或一个共价分子中电荷分布的不均匀性。有机溶剂的极性越高，对煤的溶胀作用效果越明显，但同时越难于完全脱除。为了使有机溶剂可以有效脱除，优选的，所述有机溶剂的极性小于等于7。

进一步优选的，所述有机溶剂不含有氧元素。能够避免有机溶剂中含有氧元素使得煤气化过程中产生的煤气中含氧气体产量增大的情况发生，这在用于煤加氢气化反应时，能够提高反应活性，进而能够进一步提高煤的碳转化率。

示例性的，所述有机溶剂可以选自吡啶、苯、苯胺和环己烷中的一种或者几种。当有机溶剂为吡啶时，吡啶的极性为5.3，吡啶与水可以形成共沸物，且吡啶上的氮上含有孤对电子，可以与水形成氢键，可以在低温下将水有效带出；环己烷的极性为0.1，苯的极性为3，环己烷和苯均为常用的带水剂，可与水形成共沸物，能够在低温下将水带出；苯胺的极性为6.3，且苯胺中的氮含有孤对电子，可与水形成氢键，能够将水有效带出，且吡啶、苯胺、环己烷和苯中均不含氧元素，能够减少煤气中含氧气体的生成，这在用于煤加氢气化反应时，能够提高反应活性，提高煤的碳转化率。

为了降低有机溶剂对人体的伤害，进一步优选地，所述有机溶剂选自吡啶和环己烷中的一种或者两种。

本发明的又一实施例中，所述原料煤为煤粉，所述有机溶剂与所述煤粉的质量比为10:1-30:1。有利于煤粉与有机溶剂充分接触，便于煤溶胀的进行。

为了更好地促进煤与有机溶剂之间的溶胀作用，进一步优选的，在机械搅拌或者超声振荡下对所述原料煤进行溶胀2-6h。

本发明的一实施例中，所述方法还包括：对脱水处理后的原料煤进行至少两次干燥处理，直至最后两次干燥处理后的重量差值小于等于0.1g。能够更好、更快地对有机溶剂进行脱除，避免有机溶剂残留。

本发明的又一实施例中，当所述有机溶剂的沸点小于等于90℃时，在0.1MPa下通过旋转蒸发去除所述有机溶剂；当所述有机溶剂的沸点大于90℃时，在减压条件下旋转蒸发去除所述有机溶剂。

在本发明实施例中，能够在低温下对有机溶剂进行脱除，进而能够进一步有效防止温度较高所带来的原料煤脱碳问题。

示例性的，当所述有机溶剂为吡啶时，可以在0.09MPa的减压条件下，温度为60℃时将其旋转蒸发去除。

第二方面，本发明实施例提供一种煤气化用原料煤，根据如上所述的预处理方法获得。

本发明实施例提供一种煤气化用原料煤，采用如上所述的预处理方法对原料煤进行预处理，能够在低温下将原料煤中的水分有效脱除，能够避免现有技术中采用加热干燥的方式对原料煤进行脱水而使得在高温下容易将碳以二氧化碳的形式脱除，从而使得在煤气化进程中碳转化率降低的情况发生，同时，通过对原料煤进行溶胀，还能够削弱原料煤结构中的非共价键，形成具有较低自由能的缔合结构，提高原料煤的反应活性，使得该煤气化用原料煤在用于气化反应时，能够有效提高原料煤的碳转化率。

第三方面，本发明实施例提供一种煤气化方法，包括：对如上所述的煤气化用原料煤进行气化反应。

本发明实施例提供一种煤气化方法，由于该煤气化用原料煤通过如上所述的预处理方法获得，在预处理过程中，通过有机溶剂对原料煤进行溶胀，在溶胀完成后低温去除有机溶剂的方式将原料煤中的水分脱除，能够避免现有技术中采用加热干燥的方式对原料煤进行脱水而使得在高温下容易将碳以二氧化碳的形式脱除，从而使得在煤气化进程中碳转化率降低的情况发生，同时，通过对原料煤进行溶胀，还能够削弱原料煤结构中的非共价键，形成具有较低自由能的缔合结构，提高原料煤的反应活性，因此，通过将如上所获得的煤气化用原料煤进行气化反应，能够有效提高所述煤气化用原料煤的碳转化率。

以下，本发明实施例将通过对比例和实施例对本发明进行说明。这些实施例仅是为了具体说明本发明而提出的示例，本领域技术人员可以知道的是本发明的范围不受这些实施例的限制。

为了客观地对本发明的技术效果进行评价，对比例和实施例中所选用的煤种、干燥程度以及煤气化条件均相同。

对比例

煤气化用原料煤的脱水干燥：采用褐煤作为煤气化用原料煤，将所述煤气化用原料煤破碎、筛分为粒状，对所述原料煤在氮气保护下进行加热干燥3h，干燥温度为190℃，将原料煤中的水分脱除，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为8％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为50％。

实施例1

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用吡啶在50℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀2h(吡啶与煤气化用原料煤的质量比为10:1)，在0.09MPa下、60℃旋蒸蒸发除去吡啶，并将除去吡啶之后的产物放入鼓风干燥箱中在65℃干燥两次，一次2h，两次所获得的干燥产物的质量差为0.1g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为5％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为56％。

实施例2

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用甲醇在25℃对所述煤气化用原料煤在超声振荡下进行溶胀6h(甲醇与煤气化用原料煤的质量比为30:1)，在0.1MPa下旋蒸蒸发除去甲醇，并将除去甲醇之后的产物放入鼓风干燥箱中在50℃干燥两次，一次2h，两次所获得的干燥产物的质量差为0.05g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为4％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为54％。

实施例3

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用乙醇和环己烷在25℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀4h(乙醇和环己烷的混合溶剂与煤气化用原料煤的质量比为20:1)，在0.02MPa下、50℃旋蒸蒸发除去乙醇和环己烷，并将除去乙醇和环己烷之后的产物放入鼓风干燥箱中在65℃干燥三次，一次2h，最后两次所获得的干燥产物的质量差为0.04g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为)3％。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为56％。

实施例4

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用吡啶和环己烷在60℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀3h(吡啶和环己烷与煤气化用原料煤的质量比为15:1)，在0.02MPa下、60℃旋蒸蒸发除去吡啶和环己烷，并将除去吡啶和环己烷之后的产物放入鼓风干燥箱中在70℃干燥三次，一次2h，最后两次所获得的干燥产物的质量差为0.1g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为5％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为58％。

实施例5

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用四氢呋喃在50℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀2h(四氢呋喃与煤气化用原料煤的质量比为30:1)，在65℃旋蒸蒸发除去四氢呋喃，并将除去四氢呋喃之后的产物放入鼓风干燥箱中在70℃干燥两次，一次2h，两次所获得的干燥产物的质量差为0.05g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为5％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为55％。

实施例6

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用苯胺在50℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀6h(苯胺与煤气化用原料煤的质量比为20:1)，在0.09MPa，90℃旋蒸蒸发除去苯胺，并将除去苯胺之后的产物放入鼓风干燥箱中在80℃干燥四次，一次2h，最后两次所获得的干燥产物的质量差为0.08g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为5％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为57％。

实施例7

煤气化用原料煤的脱水干燥：将与对比例中相同的煤粉作为煤气化用原料煤，采用四氢呋喃在50℃对所述煤气化用原料煤在搅拌下进行溶胀2h(四氢呋喃与煤气化用原料煤的质量比为30:1)，在65℃旋蒸蒸发除去四氢呋喃，并将除去四氢呋喃之后的产物放入鼓风干燥箱中在70℃干燥两次，一次2h，两次所获得的干燥产物的质量差为0.05g，获得所述原料煤中的水分含量满足输送要求(所述原料煤的水分含量约为5％)。

煤加氢气化反应过程：将满足输送要求的原料煤和氢气在气化炉中与对比例在同等的条件下进行加氢气化反应，获得粗煤气，对粗煤气进行成分分析，并通过计算获得煤加氢气化反应的碳转化率为55％。

综上所述，采用本发明实施例提供的预处理方法对原料煤进行预处理，能够在低温下将原料煤中的水分有效脱除，避免现有技术中采用加热干燥的方式对原料煤进行脱水而使得在高温下容易将碳以二氧化碳的形式脱除，从而使得在煤气化进程中碳转化率降低的情况发生，同时，通过对原料煤进行溶胀，还能够削弱原料煤结构中的非共价键，形成具有较低自由能的缔合结构，提高原料煤的反应活性，使得该煤气化用原料煤在用于气化反应时，能够有效提高原料煤的碳转化率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。