褐煤固体热载体催化热解研究进展

综述了国内外褐煤固体热载体催化热解技术研究进展,对比分析了传统固体热载体热解工艺和耦合热解集成工艺特点,以及使用的固体热载体催化性能,明确了循环流化床耦合低温热解多联产技术是褐煤清洁高效综合利用适合的工艺,指出该集成工艺不仅可以优化产物组成、增加产率和提高能量利用效率,还可实现热、电、气、油、焦多联供,提升煤的综合利用价值。最后对固体催化热载体本身及其制备过程中存在的问题和研究方向提出了相应的建议。     

双流化床低温煤热解工艺探索

设计了基于双流化床理论的煤热解工艺.煤在热解炉内热解,热解产生的半焦进入提升管燃烧或气化.在一套3m高的热态试验装置上采用神木烟煤进行了热解试验,对典型工艺试验过程进行了分析.考察了温度对热解产物的影响.试验表明,在该系统中,神木煤经历快速热解过程,热解产生的半焦在提升管中高效燃烧;液态产品收率达17.7%;热解气产率为10.5%,热值为19.4 MJ/Nm2;各主要组分体积分数关系为:H2>CH4>CO>CO2.     

温度对内旋式移动床热解产物的影响规律研究

低阶煤热解产物的产率和性质与反应器类型及热解温度等工艺条件密切相关,直接影响下游产业链的开发与延伸,一直是煤热解工艺开发过程中关注的重点。为获得满足产物后续规模化利用要求的最优热解工艺条件,采用1 kg/h内旋式移动床连续热解试验炉,以神木煤为原料,研究热解温度对半焦燃烧性、可磨性、稳定性以及焦油产率和组分分布的影响规律。结果表明:内旋式移动床热解炉控制热解温度500～800℃,热解时间150 min时,半焦产率为68.53%～78.62%,焦油产率先升高后降低,在650℃时最高,为7.52%;连续试验中半焦挥发分波动在1个百分点以内,气流着火温度为562.1～730.5℃,着火性能处于易燃和中等可燃范围,哈氏可磨性指数随着热解温度先升高后降低;热解温度控制为600～700℃,获得较高焦油产率的同时,半焦质量可满足电站锅炉和高炉喷吹规模利用的要求;通过反应器温度场控制可以实现焦油组分的调控,反应器底部温度650℃,中上部温度450～550℃时,焦油中重质组分含量(360℃馏分)最低为25.68%,有利于后续蒸馏、加氢等处理;反应器中上部温度高于550℃时,挥发物二次反应加剧,导致轻质组分含量降低。     

反应器改进对煤热解工艺的影响及其研究现状

基于低阶煤热解工艺普遍存在焦油收率低、焦油中重质组分含量高等问题,对热解反应器的改进有利于定向调控焦油产率的热解技术开发,因而很有必要对煤热解反应器的分类及其应用、新型煤热解反应器的研究现状进行分析研究。概述了移动床、流化床、气流床以及回转窑等4种常规热解反应器的基本特征,揭示不同类型反应器对热解工艺中煤粉粒度、热载体及热解过程的影响,并对不同类型反应器的代表性热解工艺及其特点进行总结。根据反应器内增设内构件可提高传热效率及调控热解反应过程、分段设置反应器可减少热解二次反应及提高焦油产率、多种类型反应器耦合能够提高转化效率等研究成果,提出热解反应器开发的重点方向在于反应器内增设内构件、分段设置反应器以及多种类型反应器耦合。     

干燥深度和热解温度对天脊褐煤热解特性的影响

为了提高褐煤的热解转化率,在自主研发的热解装置上试验研究了干燥预处理和热解温度对天脊褐煤热解的影响。试验结果表明,干燥预处理温度、干燥脱水率以及热解温度对热解产物有着重要影响。当预处理温度为150℃~250℃时,干燥能改善褐煤结构;当干燥脱水率从0%增加到67%时,焦油产率增加0.55倍,热解水产率降低约84%;当热解温度从500℃增加到650℃时,半焦产率降低导致热解气产率增加,焦油产率先增加后降低,550℃时焦油产率最大。     

固体热载体褐煤热解过程的数学模型与模拟计算

根据褐煤热解动力学特性,针对固体热载体褐煤热解反应器中的热量传递特点,建立了相应的数学模型,并采用差分法进行了模拟求解,得到了固体热载体的冷却曲线和煤加热的升温曲线,以及褐煤挥发物随热解时间的变化曲线.计算结果表明:煤的挥发分及粒度对煤粒的温分布影响很大,挥发分越高、粒度越大,煤粒内外温差越大.同时,获得了未分解挥发物与热解时间的定量结果,为固体热载体煤热解反应器的设计提供了依据.     

低变质程度动力煤干燥提质的可行性研究

文章对高含水量煤在低温条件下的干燥工艺进行了研究,分析了不同干燥条件对干燥效果的影响。得出实验室煤干燥的最佳条件为煤样粒度为0~25mm、热风流量为1800L/h、干燥时间12~16m in、干燥温度为190℃左右、干后煤的全水分小于15%的结论。     

CO2气氛中低变质煤微波热解研究

煤-循环煤气微波共热解是煤清洁高效转化利用的一种新技术。为深入剖析其作用机理,主要研究了二氧化碳气氛中低变质煤的微波热解过程,系统考察了微波功率、热解时间、气体流量和煤样粒度等因素对热解产品收率、组成及煤气成分的影响。结果表明：CO2加剧了低变质煤的微波裂解程度,使原煤中挥发分析出较多,有机质分解加快,兰炭中矿物质有效富集。在微波功率960 W、热解时间40 min、CO2流量0.56 L/min、低变质煤样粒度5～10 mm的优化工艺条件下热解,兰炭收率最高可达60.8%,液体产品（煤焦油和热解水）收率最高可达21.8%,煤气中有价成分（CO+CH4+H2）体积分数达54.03%。所得兰炭中固定碳含量达84.89%,满足FC-4级兰炭标准;挥发分含量为4.86%,满足V-1级兰炭标准。所得煤焦油中烷烃类化合物含量高达35.5%。     

半焦基固体热载体法神东煤热解产物分布的试验研究

以自建的固体热载体煤热解实验平台为基础,以神东长焰煤为原料,神东长焰煤的热解半焦作为热载体,研究煤样分布器的转动机制(不同的混合效果)与煤的热解产物的分布及其变化规律,研究结果表明:反应器内部温度场的均匀性会显著影响热解产物产率,即针对无搅拌混合(搅拌0圈),转动搅拌桨后热解气体积明显增大,且析出速率明显加快;但是随着热解时间的进一步延长,最终的热解气体积基本一致;与此同时,搅拌桨转动圈数从1.5圈增大到10圈时,热解气体积略有增大,但增大幅度较小。在此基础上进一步将其与格金低温干馏实验数据进行比较,确定神东长焰煤粒径0~13 mm的固体热载体的热解时间为30 min,为千吨级的工业示范的反应器设计提供设计依据。     

氮气气氛下不同温度煤中硫的逸出试验研究

在氮气气氛中采用固定床反应装置对贵州普安煤进行了热解脱硫效果试验,主要考察在不同热解温度下煤中硫的含量变化。研究发现:随着热解温度的升高,煤损失量呈上升趋势;600℃左右的试验温度可以获得较好的热解脱硫效果,其脱硫率为58.3%;黄铁矿硫较易热解脱除,存在着部分黄铁矿硫转化为有机硫的情况。     

低品位铁矿石内配煤球团的回转窑脱水工艺研究

内配煤球团在进入回转窑还原前通常需要在圆筒中进行干燥,以增强入窑球团的强度。为了获得较高性能的干燥球团,对影响干燥球团性能的主要因素进行了研究。结果表明:(1)湖南某低品位铁矿石(-0.074 mm占95.66%)与某神木煤粉(-0.074 mm占83.47%)在碳铁质量比为0.3,膨润土添加量为1%(占铁矿粉+内配煤+膨润土的质量分数),钠盐添加量为3%(与铁矿粉+内配煤的质量比)的情况下制得粒径为5~8 mm、含水量为11.8%的内配煤球团,在内径(装料部分)为150 mm(转速为2.3 r/min)的回转管中进行脱水,适宜的回转管填充率为30%,升温速率为45℃/min,干燥球团的残余水分为7.8%,对应的干燥球团抗压强度为21.76 N/个、落下强度为5.5次/0.5 m,干燥粉化率为1.52%,群落粉化率为1.57%。(2)以实验室试验结果为依据的干燥球团在煤基回转窑中进行直接还原(温度为960℃、有效还原时间为24 min)工业试验,获得了性能指标更优(落下强度为15.70次/0.5 m,抗压强度为23.37 N/个,烘干粉化率为0.82%)的干燥球团,焙烧球团铁的金属化率达83.10%。(3)焙烧球团在磨矿细度为-0.045 mm占96.15%情况下进行1次湿式弱磁选(磁场强度为180 k A/m),可获得铁品位达80.33%、铁回收率为78.20%的精矿。     

15～5mm酒钢镜铁矿石回转窑焙烧结圈可能性研究

为了开发利用酒钢镜铁山-15 mm的粉状镜铁矿石,在完成对试样和还原煤化学成分、软熔性能分析的基础上,对回转窑磁化焙烧工艺窑壁结圈可能性进行了研究。结果表明:试验原料及各阶段产物的软化温度均在1 100℃以上,当回转窑内温度严格控制在镜铁矿适宜的还原温度850~900℃时,回转窑内物料不会发生软熔和液化;15~5 mm的小块矿采用直径为(0.45~0.65)m×9 m燃气变径回转窑处理,在哈密烟煤用量为2%、焙烧温度为850~900℃、窑内停留时间为2.5 h、填充率为10%、焙烧产物水淬冷却后磨矿细度为-0.074 mm占80%、弱磁选磁场强度为100 k A/m的情况下,可得到铁品位为55.00%、回收率为83.00%的铁精矿,且回转窑内壁360 h未见结圈现象;科学合理的窑型、稳定合理的热制度、适宜的入窑粒度,对减少酒钢镜铁山镜铁矿石回转窑磁化焙烧结圈现象的产生十分有效。     

煤低温热解与直接液化联产系统研究

煤低温热解和直接液化之间具有很多耦合要素,提出将两者集成联产系统,用煤气制氢替代煤气化制氢来降低成本、用煤焦油作补充溶剂油实现提质加工、将液化残渣与煤共热解提取高附加值油品,实现各副产物综合利用,达到系统价值最大化。基础实验研究表明,神东长焰煤与液化残渣（煤渣质量比为95∶5）共热解焦油干基产率约为8.0%,煤气有效成分大于85%;为使共热解过程不结块,液化残渣掺入量应小于30%。模拟计算表明,百万吨级煤直接液化与千万吨级煤低温热解联产,可以省却煤气化制氢及空分装置,系统能量转化效率达到75%以上,协同效应显著。     

煤催化热解研究现状

基于煤中低温催化热解可实现煤分质清洁转化,通过对煤催化热解中催化剂和工艺研究现状进行分析,发现不同催化剂对热解产物分布影响不同,可根据目标产物选择相应种类催化剂,过渡金属、分子筛可改善热解产物分布,提高焦油产率,金属氧化物催化剂可提高热解转化率,增加煤气产率。煤催化热解工艺中,两段热解、多段停留加氢热解、具备催化功能的固体热载体热解均可明显改善热解产物分布。     

移动床中热气体渗流传热与煤热解过程的数值计算

采用热气体对燃烧前的煤颗粒进行渗流炽热预处理,通过理论分析和计算的方法研究移动诃内热气体渗流加热对煤热解反应过程的影响,建立多孔介质渗流传热传质与煤质热解反应相互作用的物理数学模型,研究不同情况下床内颗粒料层中气固温度和煤热解挥发分析出浓度的分布规律,计算结果表明,移动床内煤的热解反应与渗流传热过程密切相关,增大入口渗流速度以及减少给料量,导致热渗透我域扩大,热作用区域内的煤层温度水平提高,热解反应区段向床方向偏移,在热解反应区域,孔隙率对流传质和煤热解过程中有很大的影响,研究结果,对于移动床煤热解反应装置的设计与运行具有一定的参考价值。     

新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律

采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤(和丰煤)的单段热解(定义为过程1)和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min(过程2)相比,继续于450℃(过程3)停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的H_2生成量仅为1.94 mL/g,较过程2降低94.47%,而450~600℃的气体产率占过程3总产率的60.87%,其中H_2,CH_4和C_2-C_4产率分别占各自总产率的95.02%,77.27%和66.08%,说明450~600℃以产气为主。不同温度段获得的半焦的红外分析发现350℃的半焦中官能团变化较小;而450℃的半焦中大部分官能团的振动峰几乎消失。模拟蒸馏和核磁结果表明,不同温度段停留均使得焦油中沥青质分率下降,焦油品质提升,焦油的芳香度降低,且两段停留段停留所得焦油的芳香度最低。通过上述研究,可以对新疆低阶煤的分级分质转化利用提供理论基础。     

固体热载体制得半焦的结构及热解特性研究

固体热载体干馏工艺对于粉煤的高效洁净利用具有重要意义。采用TG-DTG热分析仪和红外光谱仪分别对固体热介质不同终温制得半焦的结构和热解特性进行研究,结果表明,随着热介质终温的提高,半焦的结构趋于芳构化,反应活性逐渐降低,挥发份初始析出温度、最大失重温度和最终热解温度均逐渐增大。     

回转窑动态氧化焙烧石煤提钒研究

将电热回转窑用于湖北某地石煤的动态氧化焙烧中, 得出了最佳焙烧条件：填充率16%, 焙烧温度800 ℃, 焙烧时间2.5 h, 加盐量10%。对比马弗炉静态焙烧试验, 回转窑动态焙烧能显著降低盐量和焙烧温度, 同时一次水浸率明显提高, 焙烧温度由850 ℃降低为800 ℃, 加盐量从18%降低到10%, 一次水浸率由64.03%提高到72.64%。