碎煤热解半焦干熄焦工艺的研究与开发

针对碎煤热解半焦粒度小、床层阻力大、换热能效低等问题,提出并设计了一套适合碎煤热解半焦的干熄焦工艺,该熄焦工艺采用高温半焦薄层直接接触换热方式,可实现冷却介质循环利用、半焦余热高效回收等。针对干熄焦过程中气焦比、床层压降、熄焦时间、热量回收等核心问题进行了理论计算,结果表明,所设计的碎煤热解半焦干熄焦工艺气焦比为1.28 m3/kg,床层压降为268 Pa,熄焦时间为0.68 h,吨焦可回收热量446 MJ以上。     

兰炭制备新工艺流程模拟

针对工业化兰炭生产中存在的粉煤资源利用率低和煤气热值低的问题,提出一种全粒径煤制备兰炭新工艺。其由干燥与分级、粉煤气化和块煤热解等单元构成。原料煤以烟气为干燥和分级介质,粉煤气化采用H_2O和O_2为气化剂,气化半焦为循环热载体;块煤热解以气化煤气为热载体。同时,块煤和兰炭作颗粒层除尘的滤料原位捕集煤气携带的粉尘。利用AspenPlus模拟软件构建了工艺流程模型,通过灵敏度分析确定了热解温度为600℃的兰炭制备工艺实现能量自平衡的工艺参数范围。在粉煤与块煤质量比4,气化温度800℃,H_2O/C 0.83,O_2/C 0.44,燃烧温度1 000℃和循环比3.89的条件下,能量自平衡工艺中粉煤气化所需热量的80.5%由循环半焦提供,块煤热解所需热量的77.0%由气化煤气提供。     

富油煤地下原位热解余热利用过程数值模拟

富油煤作为一种公认的特殊煤炭资源，储量巨大，是我国重要的战略能源。富油煤原位热解是一种摒弃传统煤炭开采，直接在地下热解提油的新技术。前人对原位注气加热研究主要集中在油页岩开采利用。地块热解后的残余热量具有重要经济效益，然而鲜见其余热利用过程研究。通过构建富油煤半焦层降温冷却的二维大尺度模型，研究了冷却介质种类、入口流速及温度、半焦层初始温度、布井方式、水平裂缝数目、加热时长和加热介质入口流速对余热利用过程的影响规律。结果表明，冷却介质流速对半焦层冷却效果提升有限；加热介质流速对平均温度上升的贡献有限。相较N₂和水蒸气，CO₂作为冷却介质能加快半焦层冷却。增加注气井数量有助于改善半焦层温度的均匀性、提高冷却效率，但半焦层冷却效果几乎不受注气井位置影响。双水平裂缝布置能满足有效冷却的要求。通过对半焦层冷却初始状态各参数优化，有助于了解冷却过程的温度变化规律，提高余热利用效率，为富油煤原位热注入开采全过程研究提供理论依据。     

低阶煤无热载体快速热解炉工艺试验研究

为实现煤炭热解分质梯级利用,提出了低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺,以印尼褐煤为研究对象,对无热载体粉煤快速热解工艺所产焦油、热解气、半焦等进行分析,验证低阶煤无热载体热解炉工艺的技术可行性。结果表明,试验煤种经低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺处理后热解焦油产率达11.84%、热解气产率14.08%,半焦产率64.97%,其中焦油产率比格金干馏试验提高了1.49%,半焦发热量较原煤提高了2.63 MJ/kg,热解气有效气体含量达80%以上。表明该低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺具有热解温度可区域精确控制、热解速度快、焦油产率高、产品品质好等优点。     

煤中低温热解挥发分和硫脱除研究进展

针对目前我国民用燃煤煤质较差,污染物无法集中处理,污染环境等问题,基于煤热解原理和硫的赋存形态,分析了气氛、添加剂、升温速率对煤热解过程的影响,论述了国内外目前较为成熟的粉煤干馏工艺,分析了粉煤干馏和块煤干馏的优缺点,提出了粉煤成型热解的工艺思路。重点介绍了目前山西大学和山西领君重工集团联合开发的无烟碳化型煤热解工艺路线,提出了一种洁净煤清洁燃烧多联产工艺系统。粉煤干馏工艺都以粉煤和粒煤为原料,易造成粉尘沉积和堵塞,无法高效分离。块煤可提高焦与油的分离效率,但非胶黏性煤热解过程中会粉化,效率不高。以半焦为热载体会降低半焦利用效率,产生大量焦粉,焦粉民用燃烧需成型,且难以黏结成型,鉴于此,提出了配煤成型热解的思路。热解后半焦粉末经成型可提高油、气产率,强度较好,与焦油高效分离,其产品可根据工艺控制挥发分供民用。煤成型热解联产无烟碳化型煤工艺生产的型煤整体利用率高,产生的污染物提取可制成高附加值副产品,有效控制粉尘污染,提高煤炭的品质和价值。无烟型碳挥发分和发热量高于无烟煤,强度高,用于民用燃烧完全符合国家标准。洁净煤清洁燃烧多联产工艺将循环流化床发电、洁净煤生产和粉煤灰陶粒制作有机结合,可有效利用电厂预热作为热源,并将干馏型煤生产的干馏气用于陶粒烧结的气源,得到洁净型煤产品,实现了固废综合利用和洁净燃烧。     

煤热解半焦特性及其钝化工艺初步设想

由于热解半焦在生产、储运及应用过程中,存在自燃等安全隐患,从热解半焦的自燃机理出发,分析了热解半焦的组成特性、官能团种类、比表面积以及孔道特性对其自燃倾向性的影响,提出将热解半焦冷却、钝化和余热回收高度集成耦合的新型半焦钝化工艺,即利用N2惰性气体作为冷却介质,回收利用高温半焦携带显热;通过水蒸气与半焦活性基团反应,适当减少含氧官能团数量;通过钝化剂前驱体Ca(OH)2和CO2在半焦颗粒表面的分步反应包覆,适当减少活性焦比表面积;通过适当增加半焦含水量,有效防止半焦存放时水分复吸,从而实现半焦钝化和余热回收的双重目的。     

不同粒径华亭煤的热解研究

利用铝甑干馏装置对华亭煤进行热解实验,研究分析了粉煤粒径对焦油产率的影响,同时对粉煤、半焦的孔径和元素含量进行了分析检测。结果表明,随着粉煤粒径的减小,煤焦油产率先增加后减小,原煤及其半焦孔径均呈增大趋势,粒径在120~160目的粉煤热解后煤焦油产率最高,达到5.42%。这说明具有一定孔径的粉煤在热解过程中对煤焦油的析出有较大影响,但粉煤磨制过程颗粒间的摩擦碰撞所导致的挥发分的析出是煤焦油产率降低的主要原因。此外,元素分析结果表明硫元素含量随着粉煤粒径的减小而增加,文中阐述了硫元素含量对煤焦油产率影响的机理。     

褐煤干燥水分回收利用及其研究进展

褐煤干燥提质过程中的水资源化回收利用工艺技术可以提高煤阶并回收宝贵的水资源,降低干燥提质单元能耗。本文从介绍褐煤中水的存在形态出发,围绕烟气直接干燥、蒸汽流化床干燥、微波干燥、机械热压脱水干燥等工艺综述了近年来干燥水回收利用的研究现状和最新进展,讨论分析了褐煤干燥与水回收利用工艺的选择原则。在回收褐煤中丰富的水资源时,除了单纯考虑回收褐煤中的水资源,还应权衡褐煤干燥工艺、干燥温度和干燥介质、干燥水蒸气的余热利用方式以及干燥工艺上下游间的衔接等因素。基于目前褐煤资源的主要用途,将干燥尾气采用换热技术回收低温余热和干燥冷凝水直接净化处理后的二次回用技术将是以后的重要研究和应用方向。     

低阶煤热解提质多联产技术的研究

阐述了新疆哈密地区低阶煤具有高水分、高挥发分、低灰、低硫等特点。通过煤炭热解、半焦成浆、半焦活化、半焦燃烧和焦油馏分试验,对热解提质与其他工艺优化组合的多联产应用的技术和经济可行性进行论证。结果表明：热解半焦具有低硫和灰熔融性较高的特性,完全符合喷吹煤标准;半焦可替代混合煤制浆,成浆浓度可达62．00％以上,黏度适中,流动性、析水情况均较好;半焦活化后对高浓度焦化废水污染物具有很好的吸附效果,挥发酚脱除率达99．65％,处理后废水含酚2．23mg／L;半焦在减少细粒物排放,降低锅炉积灰方面具有明显优势;焦油馏出温度〈360℃的馏分体积分数为48．96％,且酚油体积分数达15．68％。最后对热解提质多联产技术的经济性进行分析,采用LCC技术干燥热解处理低阶煤利润可达52264万元／a。     

干法熄焦技术进展及应用前景

概述了湿法熄焦和干法熄焦的原理和工艺流程,通过对二者焦炭质量和筛分组成的对比以及对干法熄焦节能和环保效果的分析,得出了干法熄焦可以提高焦炭质量,缩短炼焦周期,提高焦炉生产能力,扩大炼焦配煤品种,提高节能和环保效果,认为干法熄焦技术有广阔的应用前景。     

乙烯急冷-延迟焦化集成节能流程

提出了一种新的高温气体余热回收方法?利用余热作为吸热化学反应的热源,使余热物理 转化为反应产物所增加的化学 . 作为实例,提出了利用延迟焦化反应回收乙烯裂解气余热的新工艺?乙烯急冷-延迟焦化集成节能流程. 结果表明,对于产60 kt/a乙烯的单台裂解炉,可配套处理量为880 kt/a的延迟焦化装置,并使裂解气急冷过程的 回收率由64.0%提高到74.4%. 该工艺具有设备投资低、稳定运行周期长等优点.     

煤等离子体热解制乙炔工艺的工程探讨

与传统的煤 炼焦 电石 乙炔的工艺路线相比 ,等离子体裂解煤制取乙炔工艺是一项具有广阔工业前景的新技术 ,它的工业化将推动煤的优化利用。分析了煤和等离子体射流的混合情况、反应时间及急冷方式对乙炔收率的影响 ;探讨了等离子发生器的热效率、成流气的初始温度、反应器的热损失、反应生成物余热回收率、残渣分离、反应气的分离和精制以及成流气的循环能耗等 7因素对等离子体热解煤制乙炔能耗的影响以及长周期生产的影响因素 ;提出了煤间接等离子体热解制乙炔工艺的思路 ,可以克服煤直接等离子体热解制乙炔工艺中的部分缺陷 ,消除煤种对裂解原料的限制。     

气流床煤气化的部分水激冷流程研究

提出了采用部分水激冷的方式冷却气流床气化炉气化室出口的高温合成气和融渣,模拟计算了(1)水煤浆气化+耐火砖衬里、(2)粉煤气化+耐火砖衬里、(3)粉煤气化+水冷壁衬里3个气化工艺的性能指标。结果表明:采用部分水激冷方式的出废热锅炉的气体流量远小于用合成气激冷方案的Shell和Prenflo流程,这将有助于减少后续的设备尺寸;激冷水温度对合成气和废热锅炉蒸汽的总热效率无明显影响,可以采用低温的激冷水以减少出废热锅炉的气体流量以及后续的设备尺寸;工艺(1)的总热效率约为84%,低于采用高温辐射锅炉的Texaco流程;工艺(2)、(3)的总热效率约为90%,与采用合成气激冷方案的Shell和Prenflo流程相当。部分水激冷的方式适合于整体煤气化联合循环发电(IGCC)的粉煤气化。     

40万t/a煤制乙二醇项目气流床气化技术比较研究

煤气化技术对煤化工项目的经济效益和稳定生产具有重要意义。以某40万t/a煤制乙二醇项目为例,选取有代表性的某干煤粉气流床煤气化技术和某水煤浆气流床煤气化技术,在原料煤可同时适用的前提下,通过对原料制备、原料输送、气化和灰水处理、变换等主要工艺单元的对比,分析了两种技术在能量消耗和利用、操作安全稳定、环保等方面的差异。结果表明,水煤浆气化技术的原料制备和输送环节能耗较低、操作安全环保,虽然气化工段煤耗、氧耗较高,但是可通过回收高温粗煤气的显热副产大量高压饱和蒸汽,能量利用率高,气化过程不需要加入蒸汽。综合对比,水煤浆气化技术生产成本低于干煤粉气流床气化技术。     

焦炉多余热回收系统的分析及优化

为了研究焦炉多余热回收系统中能量的利用情况，依据分析理论，通过对某焦化厂实际案例的计算，对现有的余热回收方案进行分析，指出3个子系统运行过程中的能量回收的薄弱环节。结果表明：干熄焦、荒煤气、烟气余热回收系统的效率分别为55.16%、17.18%、51.75%，干熄焦系统的损主要为换热过程中产生的不可逆换热损失，荒煤气系统的损主要为出口损以及不可逆换热损失，烟道系统的损主要为烟气出口损。在此基础上依据各等级能量匹配利用的原则对原方案进行优化，并使用分析理论对其计算并分析。结果表明：优化过后的余热回收系统的总效率为58.72%，相比优化之前提高了11.07%，系统总不可逆换热损降低了155.49MJ/t干煤。     

低阶粉煤热解-气化一体化装置构想

为了实现《煤炭深加工产业示范"十三五"规划》中指出的研发清洁高效的低阶煤热解技术、攻克粉煤热解等关键技术及开发热解-气化一体化技术目标,通过阐述煤的热解和气化反应原理及目前普遍存在的热解、气化分产现实,提出了以分质产品、物料互给、热能循环、积木组合、塔状结构等为理念的一体化技术路线,并构想了一种双塔结构的低阶粉煤低温热解-气化一体化装置,介绍了该构想的理论基础、工艺流程、部件结构和主副塔组合方案。该构想装置可以将低阶粉煤分质生产出热解水蒸气、低温热解煤气、气化煤气、半焦等产品,为煤炭梯级延伸加工提供条件。     

低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议

为改善低阶煤煤质、提高其利用经济性和安全性,阐述了国内外主流的低阶煤粉煤热解提质技术的工艺特点及研究进展,分析了低阶煤粉煤热解提质技术存在的问题,并对低阶煤粉煤热解提质工艺的发展进行了展望。结果表明:粉煤热解一般采用固体热载体热解工艺,具有加热速度快、焦油产量高、热解煤气热值高等优点,是解决大量粉煤利用的关键技术之一。针对粉煤热解工艺存在的关键技术未实现突破、经济效益差、焦油品质难以有效控制、废水处理难度大等问题,提出未来应从实现热解关键技术突破、优选热解反应器、开发热解产品深加工技术、研发可提高焦油产率和改善焦油品质的新工艺、开发新型焦油分离和回收技术、开发含有机物废水的处理方法、开发具有高能源转化效率的多联产工艺等7方面进行粉煤热解提质技术的研究。     

GSP粉煤气化生产天然气变换工艺改进的探讨

主要分析了GSP粉煤气化工艺粗煤气成分的特点,并结合已有变换工艺的运行状况,分析了如何在GSP粉煤气化技术制取天然气的工艺路线中对变换工艺的设计上提出改进,目的在于优化变换设计、充分回收变换反应余热、降低消耗及变换装置的投资成本。     

间热径向流反应器料层厚度对煤热解特性的影响

考察了方形径向流固定床煤热解反应器中变化煤层厚度对料层升温速度及煤热解产物分布特性的影响。随着料层厚度增加,导致煤热解反应要求的时间增长,热解水和气的产率相应增加,焦油和半焦收率逐渐降低,但焦油中轻质组分(沸点低于360℃组分)含量呈升高趋势,半焦和煤气热值稍许降低。如,加热壁温度900℃、从45 mm至105 mm增加煤料层厚度时,焦油产率从7.17%(质量,下同)下降到6.26% (相对干基煤),但焦油中的轻焦油组分含量则从67%升至72.7%,半焦产率由80.0%降至77.0%,热解水和煤气产率分别由6.96%和5.91%增至8.85%和7.90%,煤气热值则由24348.5 kJ·m^-3下降至20649.2 kJ·m^-3。所得半焦的热值径向上由高温侧向低温侧逐渐降低,煤料层越厚、热值降幅越大,而相同煤料层厚度处与加热壁平行的同一轴向平面上的半焦热值基本相同。针对研究的反应器,气相热解产物在反应器内沿径向(横向)由高温料层区向低温料层区流动。在该过程中伴随着热解产物对远离加热壁的低温煤料的传热、热解生成重质组分的冷凝和在煤/半焦颗粒表面的吸附截留,进而在低温料层进一步升高温度时发生二次裂解等物理化学过程。反应器内煤层厚度越大,上述各种伴随的物化作用越显著,从而明显影响煤料层的升温及热解特性。     

焦化能源流高效集成关键技术研发与应用

针对焦化能耗高、能效低的产业现状,基于冶金流程工程学理论,研发了一系列焦化余热余能回收关键技术。其中,自主研发的高压高温干熄焦余热回收技术,实现吨焦产540℃、9.81MPa的高品质蒸汽550kg,降低焦炭烧损率0.2%;研发的纳米多层复合结构温度可控的上升管一体化余热回收技术,实现了上升管出口的荒煤气温度由804℃降至552℃,实现吨焦产蒸汽119kg;研发的煤调湿技术降低了配合煤水分4%,降低工序能耗250.8MJ/吨煤;研发的导热油作热载体的能源高效利用技术,实现了脱苯能耗降低30.6%和蒸氨能耗降低21.4%,脱苯效率提高0.15%,过程无废水产生;研发的多塔连续粗苯萃取精制和高效复合萃取剂技术,实现了苯纯度达99.95%,甲苯纯度达99.8%以上,二甲苯流程控制在5℃以内,噻吩纯度达99.0%,还实现了全过程不消耗蒸汽。这些关键共性技术在河钢大型焦炉上的成功实施引领了我国焦化行业向能源利用高效化、资源利用深度化的可持续方向发展。