内旋式移动床煤热解提高焦油收率和品质研究

为提高煤焦油收率和品质,提出了内旋式移动床新型反应器,考察了分层控温、挥发分平均停留时间及反应器结构对焦油收率和品质的影响。结果表明:分层控温有利于焦油收率及品质的提高。控制底层温度为650℃,将上中两层温度由650℃降低至550℃后,焦油收率由6.5%增加到7.6%。通过模拟蒸馏发现焦油中重质组分含量由30%(质量分数,下同)降低到21%,通过GC-MS分析发现焦油中酚类物质含量由16.10%上升到24.34%,脂肪烃含量由2.11%上升到14.01%。降低挥发分在反应器内的平均停留时间有利于焦油收率和品质的提高。当挥发分平均停留时间由54.20 s降低至45.73 s,焦油收率增加,焦油中单环芳烃含量由31.52%增加到36.69%,酚类物质含量由19.12%增加到22.68%,多环芳烃等重质组分含量由40.42%减少到30.52%。内构件的存在加快了物料混合而有利于焦油收率的提高。     

移动床中内构件对煤热解反应过程调控作用

在外热式内构件（多级折流板和多段集气管）移动床反应器内研究了淖毛湖煤的热解特性,并与常规固定床反应器中煤热解行为进行对比,考察了两反应器内的传热速率以及热解温度对产物分布、热解气组成、焦油组成和品质等影响规律。结果表明：在450℃低温热解时,煤颗粒在内构件移动床内的升温时间比固定床缩短了60%以上,内构件具有显著提高反应器内颗粒间传热速率的作用。随着热解温度的升高,热解气中的C₂H₄/C₂H₆和C₃H₆/C₃H₈的比值变大,挥发分的二次反应程度加大,但裂解程度低于固定床。内构件移动床中的焦油产率随温度的升高先增加后降低,在550℃时达到最高为10.8%（质量分数）,比固定床增高约28.6%。当热解温度越高时,移动床所产焦油中的沥青质组分含量越低,在750℃时焦油中轻质组分质量分数达到85.17%,脂肪烃含量降低到了28.00%。通过与固定床对比,揭示了内构件（多级折流板和集气管）调控淖毛湖煤热解反应并提高热解焦油产率和品质的作用。     

内构件移动床固体热载体油页岩热解技术

从化学反应工程角度分析了小颗粒油页岩热解技术存在的共性问题和初级热解与二次反应的关系,提出了定向调控热解产物流动及其与挥发分反应匹配的方法。针对小颗粒油页岩热解制备高收率和高品质页岩油的技术需求,创新性地提出了内构件移动床固体热载体油页岩热解技术,通过内构件调控热解挥发分在反应器内的流动,实现热解油气原位过滤除尘和选择性裂解提质,以解决现有固体热载体热解技术长期面临的所产页岩油中含尘量高、重质组分高和油收率低等问题。建立了10 kg·h^-1内构件移动床固体热载体油页岩热解模式装置,验证了新工艺的可行性和先进性,展示出良好的技术应用前景。     

内构件对矩形移动床床内颗粒流动影响的试验研究

本文基于理论分析的结果,指出矩形移动床床深尺度是渐缩下料段对其上床层临界影响高度的关键因素,以此为指导思想,以海砂和小米两种物料为考察对象,通过内构件的设置实现了降低影响区域的床深尺度,从而大幅度降低临界影响高度的目的,同时指出理论关联式可较好地预测试验现象。     

固体热载体煤热解技术进展与突破

介绍了低阶煤利用现状和典型固体热载体技术特点,分析了现有技术难以大规模工业化的根源和瓶颈,并从化学反应角度提出了实现热解突破的关键技术问题。内构件移动床热解技术利用内构件调控作用,将热解油气定向导出反应器,最小化初级热解产物二次反应,并实现热解油气原位过滤除尘和重质组分选择性裂解提质,创新了热解反应调控,突破了传统热解局限性。而固体热载体内构件移动床热解技术充分结合内构件调控与固体热载体加热,实现焦油高收率和高品质,并有效抑制油气粉尘夹带,为固体热载体热解技术发展提供了新的研究思路和方向。     

煤催化热解焦油提质研究进展

从催化剂与煤的作用状态入手,将煤的催化热解分为催化剂原位催化煤热解和非原位(催化剂对煤热解挥发物的催化提质)2种,并对这2类催化热解方式进行了评述。指出这些热解方式中催化剂加入程序与作用方式的不同,以及应用于工业化规模的优劣势,并考察了煤催化热解中不同类型催化剂、不同催化提质方式的催化提质效果,以实现提高煤热解焦油品质的目的。     

平朔煤的热解试验研究

对平朔煤在不同温度下进行了热解研究,考察了热解温度对煤热解产物产率和热解气性质的影响规律。研究表明,对上述煤样,随煤的热解温度升高,半焦产率下降,干馏气产率增加;液体率在一定温度范围内先增后降,在600℃左右达到最高。热解温度升高,热解气中H2的含量就越高,热解气中CH4的含量在热解温度550～650℃左右达到最高。随热解温度的升高,CO2的含量显著降低,烃类组分随温度升高是先升后降,峰值出现在600℃左右。     

连续移动床炼焦新工艺

本文论述了目前国内外连续移动床炼焦新技术的工艺原理，介绍了国外连续移动床炼焦新技术的工艺流程及特性，并对连续移动床炼焦新技术的经济技术指标和焦炭特性进行了评述。     

无热载体蓄热式旋转床褐煤热解提质技术

介绍了北京神雾环境能源科技集团股份有限公司研发的无热载体蓄热式旋转床热解体制技术。利用神雾集团搭建的3万t/a的旋转床中试试验装置对多种煤样进行热解试验,结果表明旋转床低阶煤热解提质技术可有效从褐煤中提取汽油资源。     

低阶煤中低温热解工艺技术研究进展及展望

论述了低阶煤热解机理、热解技术及工艺的研究现状,重点分析了低阶煤与其他物质共热解技术,对比了现有低阶煤热解工艺的优缺点,介绍了一种新型小粒径低阶煤热解工艺,分析了低阶煤热解研究发展方向。加氢热解可有效提高煤气及焦油轻质组分产率,现多用于热解机理研究;催化热解催化剂分为裂解催化剂和加氢催化剂,碱金属、碱土金属为典型裂解催化剂,过渡金属及其化合物为典型加氢催化剂,如何提高催化剂效率和寿命是当前研究重点。为加快低阶煤热解工业化进程,各低阶煤热解技术之间、低阶煤热解技术与工艺之间应形成耦合联动机制。     

低阶煤催化热解研究进展及展望

为推动煤催化热解技术的发展,论述了金属类催化剂、负载类催化剂和煤基催化剂的催化机理及其对煤热解转化特性、产物分布的影响。根据催化机理不同,将煤催化热解工艺分为直接催化热解工艺、间接催化热解工艺和热解产物催化热解工艺,并论述了各工艺的研究现状。过渡金属、分子筛可改变低阶煤热解产物分布,提高焦油产率;金属氧化物催化剂可提高热解转化率,调节气体产品分布,提高气相产品收率。液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,提高热解焦油产率,影响气相产物分布。首次提出煤直接液化残渣与煤混合热解所产生的正协同作用也可看成是一种对煤热解的正向催化。     

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。     

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。     

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。     

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。     

低阶煤热解与低品位铁矿直接还原一体化研究

为了开发以低阶煤为还原剂的直接还原铁技术,采用低阶末煤分级热解生产热解煤气、焦油和半焦,利用热解煤气经升温后作为末煤热解和热半焦再次热解的热载体,热半焦再次热解得到的富CH4、H2和CO煤气作为低品位铁矿直接还原的还原剂,生产海绵铁。研究表明:低阶末煤热解耦合低品位铁矿直接还原技术与传统的基于天然气的气基直接还原技术相比,具有生产成本低、原料来源广的特点,非常符合我国富煤、富低品位铁、少气的资源状况。     

低阶煤热解多联产与混合发电系统

中国煤资源中80%以上属于中高挥发分的低阶煤. 将煤炭进行热解分级,液体产物可转化为化学品和燃料油,气体产物可作为燃气或转化为天然气使用,固体半焦是洁净的固体燃料. 中国科学院过程工程研究所自1999年开始对煤热解分级高效利用技术的基础理论、工艺和设备放大等方面进行了系统研究,并在廊坊中试基地建立了煤处理量为10 t/d的煤热解燃烧中试平台. 采用该实验装置对多种低阶煤进行热解,结果表明,在燃用半焦的同时焦油产率为煤干重的6%?10%,热解煤气产率为煤干重的8%?12%. 介绍了过程所煤热解分级混合发电系统,并对该系统在燃煤发电厂的应用进行了技术经济分析.     

低阶煤热转化产品特性影响因素研究及展望

为实现低阶煤的高效利用,论述了变质程度、煤岩组成、水分等原料煤性质及升温速率、热解终温、压力、气氛等热转化工艺条件对低阶煤热转化产品特性影响的研究进展,分析了各条件下低阶煤热转化产品产率、品质差异,提出了低阶煤适宜转化利用的途径及建议。影响低阶煤热解因素众多,外因热加工条件和内因原料煤性质均明显影响低阶煤热解产品组成和品质,以热解为龙头的低阶煤分级转化多联产产业链是实现我国低阶煤资源合理利用的适宜方式。提出应深入开展低阶煤热转化过程基础科学研究,从分子角度揭示低阶煤热转化过程自由基/官能团裂解、迁移、聚合规律;以热解为先导,分级分质将低阶煤中的挥发分转化为油气资源,并将煤气、半焦、焦油深加工转化为高级产品,实现低阶煤综合利用多联产产业链。     

低阶煤有机溶剂萃取的研究进展

鉴于煤有机溶剂萃取的迅速发展,以低温和高温热萃取作对比,对相应的萃取机理、影响因素及萃取物的应用等进行分析。结果表明:萃取温度在200℃以下的多为低温物理萃取,萃取率一般较低,所得萃取物多用于研究煤的分子结构;而温度在300~400℃的萃取多为高温溶剂萃取,所得萃取率较高,萃取过程中会伴随化学键的断裂及相应化学反应的发生,所得萃取物多用在研究配煤炼焦、劣质煤的气化液化、新型煤基材料等领域。