温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应的影响

在两段固定床反应器中考察了温度和停留时间对煤热解挥发分二次反应产物分布的影响. 结果表明,温度和停留时间对二次反应的影响相互关联. 温度≤600℃、停留时间小于2 s时,挥发分基本不发生气相二次反应. 随温度升高和停留时间延长,挥发分二次反应加剧,焦油产率下降,气体产率和积碳产率增加. 温度低于700℃时,焦油主要转化为气体产物,气相二次反应由二次裂解反应控制;高于700℃时,焦油转化为气体和积碳,气相二次反应由裂解反应和结焦反应共同控制. 提高二次反应温度和延长停留时间,热解气中的H2, CH4和CO产率增加,CO2产率减少,焦油中杂原子化合物及其中的酚、甲酚和二甲酚产率降低,大于3环的重质多环芳烃(PAHs)产率增加,H/C和O/C原子比降低,特别是在900℃时,随停留时间延长,H2和重质PAHs产率快速增加.     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h~(-1)的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N_2气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H_2气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO_2和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH_4气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h^-1的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N₂气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H₂气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO₂和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH₄气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

煤焦油的综合利用

1 概述 煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的液态产物。干馏温度在450～600℃可以得到低温焦油;干馏温度在700～900℃得到中温焦油;高温焦油的干馏温度在1000℃左右。     

榆林煤干馏技术的研究

通过对原煤性质的分析,说明榆林煤是一种低水分、低灰分、高挥发分、低硫分、中高发热量的优质煤,较适于低温干馏。对榆林原煤进行破碎处理,分析了加热温度、加热方式、分段方式和原煤粒度等对榆林煤干馏工艺的影响,并最终确定了适于榆林煤干馏的最佳工艺条件。试验表明:榆林原煤强度较好,有利于提高煤炭利用率;干馏温度为600℃时,焦油产率最高,达到9.0%以上;内热式加热方式具有加热效率高、加热均匀等优点,其焦油产率比外热式约高0.7%;在保证干馏产品产率及品质的条件下,三段炉的分段工艺较适宜榆林煤干馏;干馏原煤最佳粒度为5～50 mm。最后分析了煤焦油和半焦性质,说明榆林煤干馏技术更应将煤焦油作为主要产品。     

流化床稀相段对焦油裂解的影响

为降低煤在热解过程中的焦油产率 ,在一流化床稀相段考察了温度和停留时间对焦油裂解的影响 .结果表明 :焦油转化率随着温度和停留时间的增加而明显提高 ,但其增长幅度却逐渐变小 ,说明继续升高温度和停留时间对降低焦油产率的作用在逐渐减小 .同时温度或停留时间的增加也促进了 H2 ,CO和 CO2 产率的增长 ,对脂肪烃类的影响比较复杂 .在不同温度下 ,气体热值随停留时间的增加均呈下降趋势 .     

生物质热解气在高温煤焦层中裂解特性研究

在小型两段式固定床反应器中,对生物质热解气在高温煤焦层中的裂解反应特性进行了研究,重点考察了两段式热解中裂解温度、停留时间及煤焦特性对焦油裂解率、气体产率及成分的影响.结果表明,增加气体停留时间及裂解温度,都有利于促进生物质气中焦油裂解和气体产率提高.裂解温度对气体产率、组分及焦油裂解率影响更明显,高温促进H2和CO的生成,1000℃时H2和CO的含量达到94.51%.当生物质热解气在煤焦中停留时间达到1.41s后,气体中各组分变化趋于缓慢;不同热解条件所制得的煤焦对生物质气中焦油裂解效果不同,较低制焦温度和较短热解时间都有利于增加煤焦的反应活性,促进焦油分解为可燃气体.     

低温焦油简易加工工艺的研究

一、低温焦油的生成组成及性质低温焦油是煤在500—600℃温度下干馏所得到的焦油,是煤受热的初步分解产物,因未受到深度裂化,所以也称初生焦油。简易改良炉炼焦获得的焦油,如萍乡炉、吕梁炉等炼焦所产焦油类似低温干馏。     

小颗粒窑街油页岩流化床热解提油特性研究

在电炉加热流化床热解反应器上,进行了小颗粒窑街油页岩热解提油实验,研究了热解温度和固相停留时间对热解提油特性的影响,并深入分析比较不同条件制得焦油的品质。结果表明:热解反应进程、固液气三态产物分布和焦油品质主要受热解温度影响,受固相停留时间的影响相对较小。在500—600℃范围内,随着热解温度上升,热解反应从热分解阶段过渡到热缩聚阶段,液体产率和焦油品质均先上升后下降、并在550℃均达到最佳,此时液体产率为6.5%,一级热解液体产物中焦油的饱和分和芳香分质量分数分别达到30.0%和29.4%。在15—45min的固相停留时间范围内,适当延长固相停留时间有利于物料中可热解成分的析出,液体产率增大,焦油含中低温馏分及饱和分和芳香分的质量分数先增大、30 min后基本不变。     

褐煤与稻壳共热解过程中氢的迁移及分布特征研究

为考察外加富氢物质对低阶煤热解焦油产率及质量的影响规律,阐明低阶煤与外加富氢物质共热解作用机理,以锡林浩特褐煤(XL)和稻壳(DK)为原料,在铝甑干馏炉中进行低温共热解,通过比较单独热解与共热解产物产率及氢分布的实际值与理论值,研究锡林浩特煤与稻壳共热解过程中氢的迁移及分布特征。结果表明:锡林浩特煤与稻壳共热解过程中发生了协同作用,稻壳木质素中的甲氧基与锡林浩特煤热解产生的自由基结合,使焦油中含甲氧基的酚类物质增多。锡林浩特煤与稻壳共热解对水和气体产物的形成存在正协同作用,与理论值相比,转移到水和气体产物中的氢分别增加了1.22%~3.33%和1.16%~2.39%;而转移到焦油中的氢降低了1.00%~3.53%。稻壳中碱金属及碱土金属元素(AAEMs)不仅加剧稻壳中焦油的二次裂解,也促进锡林浩特煤中焦油的二次裂解,导致气体中C_2~C_4烃产率增加,使氢从焦油中转移到气体产物中。     

半焦基催化剂裂解煤热解产物提高油气品质

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。     

N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

热解温度对低阶煤热解性能影响研究

为获得高品质高产率热解油气,以榆林长焰煤为研究对象,采用1 kg/h外热式回转炉,研究不同热解温度下榆林长焰煤的产品产率、半焦强度及煤焦油品质。结果表明:随着热解温度的升高,榆林煤裂解程度加深,有机质剧烈分解,气体、液体产物不断析出,半焦产率下降,煤气产率增加;热解水量受温度影响不大,仅随温度升高略有增加。随热解温度升高,榆林煤热解半焦结构强度和半焦微孔均增大,温度越高,气孔结构越发达。煤焦油中脂肪族和芳香族含量与热解温度成正比,极性物含量与热解温度成反比。长焰煤适宜热解温度为600℃,此时煤焦油产率达到极大值8.66%,为格金焦油产率的79.5%;半焦结构强度在78%以上,煤焦油中脂肪族和芳香族含量在50%以上,极性物含量32.9%,族组成较为理想。     

内旋式移动床煤热解新工艺开发及试验

采用2t/d外热内旋式移动床热解试验装置，通过控制反应器物料热解区及粉尘沉降气室区的温度，研究了内旋式移动床工艺温度分布对13mm以下神木煤热解产物产率及性质的影响规律。结果表明：物料热解温度控制为650℃和700℃时，煤料均实现了较好热解，半焦挥发分V_daf降低至10.36%～11.95%；相同物料热解温度，提高粉尘沉降气室温度后，辐射传热作用增强，半焦和焦油产率降低，煤气产率升高；在物料热解温度700℃，粉尘沉降气室温度500℃时，焦油收率Tar_d最高，为7.44%；物料热解温度为650℃，焦油模拟蒸馏360℃以下馏分含量为63.3%～72.0%，物料热解温度700℃时为67.5%～72.2%；相同物料热解温度，提高粉尘沉降气室温度后，焦油中轻油组分减少，洗油和沥青质含量增加，煤气中氢气含量增加；粉尘沉降气室温度达到550℃时，挥发物二次反应作用明显强于450℃和500℃；各工艺条件下，焦油中喹啉不溶物含量均低于1%，最低为0.51%。     

水分对神东煤热解产物分布的影响

为考察原料煤中水分对神东煤热解产物分布的影响,通过格金试验和固体热载体小试试验研究了神东煤中水分对热解特性的影响,得到神东煤在不同水分下热解产物的分布规律。格金试验表明,水分对神东煤热解产物中焦油和热解气收率有显著影响。随着水分降低,神东煤热解产物中焦油收率从9.98%降至4.92%,热解气收率从8.47%上升至11.07%,热解水收率从2.74%上升到5.94%。小试试验结果与格金试验趋势基本相同。随着原料煤中水分的降低,焦油收率下降,热解气收率上升;未经干燥的原煤在不同温度下热解的焦油收率比干燥后煤样平均高2.17%,热解气收率平均低1.58%。热解温度对H2和CO比例影响较大,对其他气体比例影响较小。研究结果表明,水分对神东煤的热解过程及其热解产物分布有显著影响,热解原料煤中水分的增加有利于抑制神东煤热解水和热解气的生成,提高焦油收率,因此有望通过控制原料煤中的水分来调节热解产物的分布。     

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。     

不同热解方式下长焰煤的热解特性研究比较

为提高长焰煤热解转化率,研究其热解过程和机理,采用格金干馏设备、固定床和间歇蒸气流化床3种不同热解装置,分别进行长焰煤的低温热解实验。研究结果表明,格金干馏实验中液体产率较高;在固定床低温热解装置中,煤颗粒达到完全热解需要的时间长,热解气体产物中氢气的产率高;在间歇蒸气流化床中,煤颗粒的热解反应速度快,但受热解过程中流化气吹损的影响,半焦产率低;热解气体的组成和分布也随热解气氛而改变,在水蒸气气氛条件下,水蒸气可能参与大分子烃类物质的部分反应,热解气体中CH4和C2以上小分子烃类物质CmHn总含量降低,CO2和CO含量增高。     

温度梯度与产物流动对先锋褐煤热解产物分布的影响

通过两段固定床反应器分离了煤热解和二次反应过程,模拟了传统外热式固定床反应器和外热式内构件固定床反应器内挥发性热解产物流动与固相反应颗粒间的相互作用,研究了不同温度的半焦对先锋褐煤热解产物分布和品质的影响。结果表明：当半焦的温度在500～900℃时,焦油发生剧烈的二次反应,热解气收率增加,焦油收率大幅下降,H/C同时大量降低且均低于空白样,油品质下降;在100～400℃半焦作用下,焦油发生轻微的二次反应,热解气收率略微增加,焦油收率缓慢下降,但H/C均高于空白样,油品质提升。该结果验证内构件外热式固定床反应器热解产生的焦油具有更高的收率及品质。     

Co-pyrolysis of bituminous coal and biomass in a pressured fluidized bed

An experimental study on co-pyrolysis of bituminous coal and biomass was performed in a pressured fluidized bed reactor. The blend ratio of biomass in the mixture was varied between 0 and 100 wt%, and the temperature was over a range of 550–650 °C under 1.0 MPa pressure with different atmospheres. On the basis of the individual pyrolysis behavior of bituminous coal and biomass, the influences of the biomass blending ratio, temperature, pressure and atmosphere on the product distribution were investigated. The results indicated that there existed a synergetic effect in the co-pyrolysis of bituminous coal and biomass in this pressured fluidized bed reactor, especially when the condition of bituminous coal and biomass blend ratio of 70:30(w/w), 600 °C, and 0.3 MPa was applied. The addition of biomass influenced the tar and char yields and gas and tar composition during co-pyrolysis. The tar yields were higher than the calculated values from individual pyrolysis of each fuel, and consequently the char yields were lower.The experimental results showed that the composition of the gaseous products was not in accordance with those of their individual fuel. The improvement of composition in tar also indicated synergistic effect in the co-pyrolysis.