生物质半焦气化技术的研究现状及其发展

介绍了生物质半焦的气化技术,概述了近年来在不同气化介质下的生物质半焦气化特性的研究概况,分析了反应条件、热解温度、物料添加比及孔隙结构等不同因素对生物质半焦气化指标的影响规律和气化反应机理的深层评价。最后对半焦气化技术的长远应用进行了展望。     

加氢气化半焦干粉气化可行性研究

从加氢气化半焦的性质出发,分析了加氢半焦对干粉煤气化技术的适应性,研究结果认为,加氢气化的半焦产量达到进煤量的50%左右,其高效利用直接关系到加氢气化工艺的碳转化率和经济性,半焦干粉气化制氢不仅可以实现半焦的高效转化,同时可为加氢气化提供氢气来源;开发该技术对于利用低阶煤资源意义重大,技术发展前景广阔。     

生物质半焦的催化气化动力学特性

采用恒温热重分析法对稻草的催化气化反应动力学进行了研究,同时研究了生物质对石油焦气化的催化作用。采用修正随机孔模型对气化反应转化速率与转化率的关系进行了拟合计算,得到生物质焦气化的活化能和指前因子。结果表明,加入催化剂后半焦的气化反应活性增大,活性顺序为：加入K+半焦> 加入Ca2+半焦> 加入Mg2+半焦> 原半焦> 酸洗后半焦,表明了生物质焦能明显提高石油焦的气化活性。不同半焦气化的活化能大小顺序为：加入K+半焦<加入Ca2+半焦<加入Mg2+半焦<原半焦<酸洗后半焦,表明了生物质半焦的加入能降低石油焦气化的活化能。     

煤热解/气化半焦燃烧特性的研究

煤部分气化技术是洁净煤技术的一个重要研究方向,而气化后的半焦的利用问题是当今的一个研究热点。本文研究了在小型流化床试验台上热解/气化后半焦的孔隙特性,并在该小型流化床试验台上研究了不同气氛下制得的半焦的燃烧特性。实验结果显示:半焦燃烧后其大颗粒的灰渣较少,粒度在0.6~1.0 cm之间的最多,这非常有利于灰渣的综合利用;其次,半焦燃烧过程中污染物的排放量非常低,因此煤部分气化集成半焦燃烧技术是一种非常有发展前景的洁净煤技术。     

污泥资源化技术研究新进展

污泥产量巨大且成分复杂,如何合理处置污泥已越来越受到关注。介绍了污泥生物制氢、污泥高温气化制氢、污泥超临界水气化制氢等新兴污泥制氢技术;污泥低温制油、污泥制吸附剂、污泥制水泥、污泥制陶粒等技术,阐述了这些技术的进展情况和应用前景,指出资源化利用和能源回收应该是污泥处置的发展方向。     

适合于炼厂制氢的煤气化技术选择

阐述炼厂煤/焦制氢的必要性以及煤气化技术在制氢项目中的重要性,介绍国内外主要煤气化技术,并从气化压力、原料的适应性、产品的适应性、投资和操作费用等不同方面对粉煤气化技术和水煤浆气化技术进行了分析。重点分析了不同水煤浆气化技术对炼厂制氢项目的影响,分析认为单喷嘴水煤浆气化技术具有自己独特的优势,是炼厂制氢项目较为适合的技术。     

生物质与煤在CO_2气氛下共气化特性的初步研究

利用热重分析仪研究了CO2气氛下的生物质半焦、煤焦及其混合焦的反应性,结果表明,在相同条件下,木屑半焦的气化反应性明显高于褐煤半焦.且参与反应的两种半焦,其反应性均随反应速率而提高,而温度也是影响其气化活性的重要因素.研究还发现,在温度高于1 173 K的条件下,混合物半焦的气化反应性较单一组分半焦的反应性差.     

半焦催化裂解煤焦油试验研究

为了提高褐煤热解制得半焦对焦油的催化裂解效果,采用煤热解制备的半焦催化裂解煤热解过程中产生的煤焦油。采用两段式固定床反应器,在反应器上段放置煤样热解,下段放置半焦催化剂催化裂解上段产生的焦油。研究了制焦温度、半焦用量、经O_2活化后半焦对焦油催化裂解效果的影响。结果表明,增加褐煤的制焦温度,焦油产率明显下降,褐煤900℃制备的活化半焦1 g时的焦油产率仅6.3%,提高半焦制焦温度有利于焦油中的大分子芳香类物质催化裂解成少环物质和小分子气体组分;增加半焦用量对焦油脱除效果作用不明显,焦油产率缓慢减少。与未活化半焦相比,O_2活化后的半焦对焦油的脱除效果更好。半焦的比表面积及孔隙分析(BET)表明,活化后半焦的比表面积更大,且孔隙更丰富;能谱分析(EDS)发现,活化后半焦表面金属元素总量高于未活化半焦。     

不同原料用于多元料浆气化制合成气试验研究

多元料浆气化技术是我国开发的具有自助知识产权的煤气化技术,在全国范围内广泛应用。以常用气化原料神府煤为参照,将半焦、石油焦、煤液化残渣和煤油共炼残渣四种原料用于多元料浆气化制合成气试验研究,结果表明,与神府煤相比,半焦、石油焦、煤液化残渣和煤油共炼残渣发热量高、制浆浓度高、气化指标好,四种原料都是良好的气化原料。     

射流预氧化流化床气化炉中黏结性煤的反应特性

针对现有流化床气化技术难以处理黏结性、高含灰洗中煤的问题, 中国科学院过程工程研究所开发了可处理黏结性碎煤的射流预氧化流化床气化技术, 该技术利用含氧气体将煤颗粒快速喷射送入预氧化区内破除其黏结性, 形成的半焦进入气化区内发生气化反应, 进而实现对黏结性煤的利用。本工作采用小型流化床射流预氧化反应装置研究较强黏结性煤预氧化破黏后的产物分布、半焦结构与活性变化, 并考察气化操作条件(温度、当量空气系数、水煤比等)对半焦气化行为的影响。结果表明:当预氧化区温度为950℃、当量空气系数为0.13时, 黏结性煤生成半焦的孔结构和气化活性较好;当半焦气化区温度为1000℃、当量空气系数为0.17、水蒸气与煤质量比为0.09时, 生成燃气的品质较好, 而且生成焦油中的轻质组分最多, 有利于焦油被进一步脱除。研究结果可为射流预氧化气化技术的设计放大提供基础数据。     

神木烟煤等离子体气化所制半焦的特性研究

在实验室中采用三相交流等离子体电弧发生炉对神木烟煤进行等离子体气化制得实验用半焦,并对其进行工业分析和流化床燃烧实验。工业分析结果表明,所制得半焦中挥发分含量几乎为零,而部分灰分和固定碳也参与反应挥发出去。半焦在流化床中燃烧实验结果表明,所制得半焦能够在流化床中持续稳定燃烧,并且燃烧过程中燃烧产物能够稳定排放。通过建立数学模型求得半焦燃烧动力学参数,结果表明,半焦的活化能远大于原煤的活化能,其反应活性则低于原煤的反应活性。     

生物油煤/焦浆的气化特性研究

以典型的秸秆热解获得的生物油和煤、长焰煤、半焦混合制备生物油煤/焦浆,采用热重法分别研究了煤、半焦、生物油和生物油煤/焦浆的气化特性;结果表明,生物油煤/焦浆的TG和DTG曲线与其中的固体燃料相似,气化过程中出现了多个失重峰;添加秸秆生物油后,褐煤、长焰煤和半焦的气化反应终温大幅降低,以半焦最为显著;但生物油对煤/半焦的最大气化反应速率时的温度影响不同,长焰煤和半焦的最大反应速率时的温度降低,而褐煤不明显。     

低阶煤热解-气化-燃烧TBCFB系统模拟及优化

三塔式循环流化床（TBCFB）是基于低阶煤分质转化利用理念开发的新型工艺系统,包含热解、气化及燃烧三个主反应器。提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为循环热载体的新工艺,并使用Aspen Plus建立了基于半焦颗粒的TBCFB系统模拟流程,寻求系统内物料转化和能量利用的适宜操作条件。结果表明,只需燃烧40%的热解半焦,即可满足低阶煤在600℃热解和60%的热解半焦在800.9℃进行水蒸气气化所需热量;与石英砂或高温灰相比,利用热容较高的半焦颗粒作为循环介质可以显著降低热载体循环量,与原煤质量比仅为5.5。综合气化产物组成、低热值和冷煤气效率等指标,适宜的水蒸气与反应半焦质量比为1.5。上述模拟结果对半焦循环TBCFB新技术的工业应用具有一定指导意义。     

干馏层气氛对半焦结构及其CO2气化活性影响

固定床煤气化炉中气氛对干馏层生成半焦的活性影响较大。对不同气氛下制得的半焦进行了CO₂气化活性实验，并采用拉曼光谱和氮吸附对半焦进行了表征。结果表明：与N₂气氛下制得的半焦相比，通入其他气体可以提高半焦的CO₂气化活性，单组分中H₂O气氛下制得的半焦的CO₂气化活性最强，双组分中CO₂+H₂和CO+H₂O气氛下制得的半焦的气化活性明显增加，而且双组分气氛下的CO₂气化活性比前者强；半焦比表面积的增加有利于其CO₂气化活性的提高，但半焦化学结构的变化对其CO₂气化活性的提高作用更明显。     

污泥制氢技术研究进展

介绍了污泥生物化学制氢、污泥高温气化制氢、污泥超临界水气化制氢等新兴污泥制氢技术,并详细分析了各自的优缺点,阐述了这些技术在污泥制氢中的进展状况和应用前景,指出资源化利用和能源回收应该是今后污泥处置的方向。最后,对超临界水气化制氢技术在污泥制氢中的应用作了重点论述。     

煤加氢气化副产半焦成浆性研究

煤加氢气化技术副产大量的半焦,若将其制成半焦浆后直接作为湿法煤气化的原料,从根本上解决副产半焦的综合利用问题,可大大提高了煤加氢气化技术的经济效益和能源的利用效率。针对半焦的特性,对半焦的成浆性进行了试验研究,基于半焦制浆的试验结果,提出了半焦制浆的工艺流程,为后续煤加氢气化技术半焦的处理提供参考。     

煤干馏生产半焦、煤焦油及干馏炉煤气的发展前景

介绍了国内半焦的发展现状、市场需求及综合效益。通过对半焦各项技术指标与铁合金专用焦的对比及半焦生产与煤制甲醇、煤制油、煤制化肥及煤电一体化等煤化工项目投资、消耗、定员等的对比分析，认为半焦产业发展前景广阔，并对半焦产业的发展提出了建议。     

生物质转化利用技术的研究进展

生物质能源和石油替代产品的研究、开发和应用,是保障能源供应、减少对化石能源的依赖、解决未来能源问题的有效途径。综述了目前国内外生物质能的转化利用技术,主要包括直接燃烧技术、生化转化技术(发酵和厌氧性消化)、热化学转化技术(气化、热解)、液化技术、致密成型技术、超临界流体转化技术等;介绍了生物质转化技术的应用,包括生物质气化发电、气化制氢、热裂解制氢、发酵法生产燃料乙醇、热裂解制生物油、固化成型制固态燃料、堆肥发酵制肥料、厌氧性消化生产沼气、催化裂解生产生物燃料等。对未来的生物质能利用技术的发展进行了展望。     

低阶煤热解-气化-燃烧TBCFB系统模拟及优化

三塔式循环流化床(TBCFB)是基于低阶煤分质转化利用理念开发的新型工艺系统,包含热解、气化及燃烧三个主反应器。提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为循环热载体的新工艺,并使用Aspen Plus建立了基于半焦颗粒的TBCFB系统模拟流程,寻求系统内物料转化和能量利用的适宜操作条件。结果表明,只需燃烧40%的热解半焦,即可满足低阶煤在600℃热解和60%的热解半焦在800.9℃进行水蒸气气化所需热量;与石英砂或高温灰相比,利用热容较高的半焦颗粒作为循环介质可以显著降低热载体循环量,与原煤质量比仅为5.5。综合气化产物组成、低热值和冷煤气效率等指标,适宜的水蒸气与反应半焦质量比为1.5。上述模拟结果对半焦循环TBCFB新技术的工业应用具有一定指导意义。     

热解气氛与温度对褐煤半焦“一步法”甲烷化活性的影响

为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射技术和固定床反应器,对半焦表面化学、微晶结构和甲烷化活性进行了表征。结果表明,与N2和H2氛围相比,褐煤在水蒸气氛围中进行热解,半焦表面含氧官能团受到保护而含量更高,同时石墨化程度因受阻而降低,甲烷化活性更高;在水蒸气氛围中,773~873K范围内,随着热解温度升高,褐煤裂解反应进行程度加深,半焦表面含氧官能团数量降低,石墨化程度增加,致使甲烷化活性降低。总之,在水蒸气氛围中,773K时热解形成了一步甲烷化反应活性最好的褐煤半焦,对于低阶褐煤热解过程与气化过程优化联产具有重要指导意义。