[發(fā)明專利]一種用超臨界水對含碳物質(zhì)進行氣化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010563269.2
• 申請日: 2010-11-29
• 公開（公告）號: CN102477312A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王青;程樂明;谷俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 任永利

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含碳物質(zhì)的氣化方法，更具體地，涉及用超臨界水對含碳物質(zhì)進行氣化的方法。

背景技術(shù)

將含碳物質(zhì)氣化為可燃氣體以供城市居民或工業(yè)使用一直是人們關(guān)注的焦點。含碳物質(zhì)包括煤、生物質(zhì)、石油焦、含有機物的污泥或它們的任意混合物等。以煤為例，煤炭是中國的主要能源，查明儲量1萬億噸，占我國各種化石燃料資源總儲量的95％以上。一方面，中國84％以上的煤炭作為燃料直接燃燒，不但熱效率低，同時也是目前最主要的污染源。另一方面國內(nèi)對天然氣的需求與日俱增，2020年需求量將達到2000億立方米，同期天然氣產(chǎn)量只能達到1400億～1600億立方米。另外，煤制天然氣可以大規(guī)模管道輸送，節(jié)能、環(huán)保、安全，輸送費用低。因此，如何合理利用煤炭資源，研究開發(fā)先進的清潔高效的煤轉(zhuǎn)化天然氣技術(shù)，具有重大的意義。

利用超臨界水特性將煤轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷等可燃氣體是一項新興的技術(shù)。國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究已經(jīng)展開，但目前還未到中試階段。美國General?Atomics公司采用40wt％的水煤漿進行超臨界水氧化制氫，但結(jié)果表明高濃度水煤漿(40wt％以上)在實驗中易產(chǎn)生結(jié)焦和堵塞。日本CCUJ公司對煤、氧化鈣等催化劑的混合物進行超臨界水氧化反應(yīng)制氫，但由于其催化劑用量過大，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。西安交通大學(xué)在煤與生物質(zhì)共氣化方面進行了研究。郭烈錦等在其專利CN1654313A中對生物質(zhì)模型以及多種生物質(zhì)和煤在超臨界水中共氣化，但實驗中水煤漿的濃度低(＜2wt％)，增加了轉(zhuǎn)化過程的能耗。山西煤炭化學(xué)研究所在低階煤的超臨界水氧化(SCWO)制氫方面做了大量工作。畢繼誠等在其專利CN1544580A中，公布了低階煤的在超臨界水中的轉(zhuǎn)化方法，但從其相關(guān)實驗結(jié)果看，煤的轉(zhuǎn)化率低于50％，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。另外，國內(nèi)外關(guān)于煤在超臨界水中制取甲烷的工藝還未見報道。綜上所述，煤在超臨界水中的轉(zhuǎn)化要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還存在一些技術(shù)上的問題，主要是催化劑顆粒粒徑偏大，比表面積偏小，同時催化劑顆粒不能均勻地附著在煤顆粒上，限制了催化劑與煤的接觸，造成催化劑活性低下。因為催化劑活性低下，所以傳統(tǒng)方法中常通過提高催化劑的添加量來提高催化效果，催化劑量一般為20-40wt％，如此大量的催化劑使得有效反應(yīng)物的通量降低，且催化劑的有效回收和循環(huán)都是很難解決的技術(shù)問題，并致使成本提高。

與本發(fā)明同一申請人的PCT專利WO2010/069146公開了一種利用亞臨界和超臨界水特性對煤進行綜合加工的方法，該方法包括將煤粉、水和催化劑加到一組串聯(lián)反應(yīng)器中進行處理，其中所述煤粉、水和催化劑加到所述一組串聯(lián)反應(yīng)器中的第一個反應(yīng)器，所述一組串聯(lián)反應(yīng)器的溫度和壓力從第一個反應(yīng)器開始依次交替處于水的亞臨界狀態(tài)-超臨界狀態(tài)，上一個反應(yīng)器的產(chǎn)物不經(jīng)任何分離全部作為下一個反應(yīng)器的進料，最后將全部反應(yīng)后混合物送去進行氣-液-固分離。該專利由于采用亞臨界和超臨界條件的交替而使催化劑極為有效地分散于固體煤顆粒上，故氣化效率有了很大提高，但由于在每一個反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體未與反應(yīng)物進行分離而進入下一個反應(yīng)器，造成后續(xù)反應(yīng)器的負荷不合理地偏重，影響了該方法的處理效率的提高。

以上各專利技術(shù)均采用先反應(yīng)后分離的工藝路線，其效率仍有提高的余地。

發(fā)明概述

為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提出了一種用超臨界水對含碳物質(zhì)進行氣化的方法，包括以下步驟：

a.加熱并增壓包含含碳物質(zhì)和水以及任選的催化劑的原料漿以使其中的水變成超臨界水，從而得到超臨界漿；

b.使所述超臨界漿進入旋流反應(yīng)器中，在該旋流反應(yīng)器中同時發(fā)生以下過程：i)含碳物質(zhì)與超臨界水發(fā)生反應(yīng)，得到氣體產(chǎn)物和殘渣；ii)固體與流體的分離，其中固體包括所述殘渣和任選的催化劑，其從旋流反應(yīng)器底部離開，而流體包括所述氣體產(chǎn)物和超臨界水，其從旋流反應(yīng)器頂部離開；

c.使來自步驟b的所述流體降溫以實現(xiàn)氣液分離，得到氣體產(chǎn)物和亞臨界水。

同樣為了解決上述問題，本發(fā)明的第二方面提出了一種用超臨界水對含碳物質(zhì)進行氣化的方法，包括以下步驟：

a.加熱并增壓包含含碳物質(zhì)和水的原料漿以使其中的水變成超臨界水，然后向其中引入催化劑水溶液，所引入的催化劑水溶液的量使得引入該溶液后所有的水處于超臨界狀態(tài)，從而得到超臨界漿；