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%。     

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。     

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。     

内构件固定床反应器中不同水分煤的热解特性

通过在有无内构件(传热板和中心集气管)固定床反应器中研究不同水分含量煤的热解特性,考察了两反应器中煤料的升温特性、热解产物分布、焦油品质以及气体产物组成和半焦热值。结果表明,内构件可以强化传热和调节热解产物在反应器内的流动,相对无内构件反应器,有内构件反应器的反应时间缩短近一半。在有内构件反应器中,当煤水分增加,导致煤热解反应要求的时间延长,焦油中轻质组分(沸点低于360℃)含量明显升高,焦油收率先增加后降低,热解水和热解气产率升高,而无内构件反应器的热解产物无明显差异。当加热温度900℃时,煤水分从0.41%(本文中无特殊说明的均为质量分数) 增加至11.68%,焦油产率从9.21%增长到10.74%;当煤水分增加到15.93%,焦油产量下降到10.26%。两反应器气体平均组成随水分增加的变化趋势相似,气体热值均随水分增加呈下降趋势。     

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。     

煤热解过程分析与工艺调控方法

通过煤热解技术获取紧缺的油气资源是低阶煤清洁利用的有效途径之一。针对煤热解工艺存在焦油产率与品质难以控制以及焦油中粉尘含量高等关键技术问题,从煤的热解反应机理出发,详细探讨了热解挥发分二次反应的种类和发生条件以及影响热解过程的主要因素,结合煤热解技术应用,总结了逆向传热与传质所导致的挥发分气相二次反应是焦油产率下降的主要原因;同时,分析了热解过程中煤颗粒破碎机理以及煤热解过程中粉尘的主要来源。在前人研究结果的基础上,提出控制热解挥发分的流动方向从高温区向低温区流动、热解耦合气化以及耦合原位的焦油提质与除尘等方法可以调控煤热解过程,抑制重质焦油生成、提高焦油中轻质组分含量以及减少焦油中的含尘量,从而实现煤的定向热解。     

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。     

煤快速热解制油技术问题的化学反应工程根源:逆向传热与传质

从化学反应工程的角度分析了煤热解过程中挥发物逸出方向与传热方向相反的现象,阐述了反应温度和反应时间对挥发物反应(二次反应)的不同作用,指出提高热源温度加快热解速度的方法反而会促进挥发物二次反应,导致焦油损失与结焦增加,进而提出抑制挥发物二次反应的关键是降低挥发物在反应器中的温升幅度。     

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。     

基于过程强化与反应调控的煤定向热解制高品质油气产物基础研究及中试验证

对比了现有煤热解制油气技术的特点,从反应工程“三传一反”的角度系统分析和概括了煤热解过程中挥发分在颗粒内生成和释放、颗粒间扩散和反应器中停留等关键步骤中的热量、质量传递和挥发分二次反应对油气品质的影响,揭示了目前碎煤热解制油气技术普遍存在的目标产品产率低、品质差、含尘量高等技术难题的根源,并总结出煤定向热解调控的有效措施,即在挥发分生成和半焦缩聚段采用高温加热和快速传递的传热方式,在挥发分扩散过程中利用半焦床层重整焦油和过滤灰尘,在反应器中设置气体通道导流挥发分的定向溢出。针对研究团队前期开发的内构件移动床定向热解理念,介绍了导热板和集气腔等内构件的作用机制,即通过导热板和中心集气腔等内构件进行传热强化、热解气流动的有序引导,实现热量和挥发分的同向扩散和传递;通过移动床中颗粒的缓慢运动和床层的过滤作用除尘;概述了1~5 kg/次基础实验、反应器结构内传热和流动模拟,100 kg/次模试分析和1000 t/a中试验证的研究结果,充分证实了该技术在同步提高油气质量与品质、降低油中尘含量等方面的优势和对碎煤原料的适用性;基于上述研究形成了内构件定向热解技术及基于该技术的热/电-油-气联产技术。     

热分解气氛对流化床煤热解制油的影响

在循环流化床锅炉上耦合流化床热解反应器既可提供电力又副产热解油,明显提高煤的利用价值。在这个过程中,热解反应器通常利用自身产生的热解气作为流化介质。本文考察了模拟热解气反应气氛对流化床煤热解拔头制取热解油产率的影响,并利用TG-FTIR分析了焦油官能团组成及随TG温度的变化。针对锅炉用烟煤的实验结果表明：采用热解气作为反应气氛时焦油产率最大,相对无水无灰基煤达13%。反应气氛中H₂和CO₂的存在不利于焦油生成,但CO 和CH₄的加入提高了焦油产率;H₂的加入有利于焦油中酚羟基、羧基类化合物生成,同时也促进了脂肪族化合物的裂解;CH₄的存在可以提高焦油中单环芳烃、脂肪族及酚羟基类化合物的含量。     

移动床中颗粒接触传热的数学模型

密相颗粒流动过程中的传热行为研究还不充分.在综合考虑颗粒接触传热的多个过程的基础上提出了颗粒接触传热模型,并与DEM模型结合模拟了移动床中颗粒与加热面间的传热过程.比较各传热过程的关系,可知通过接触面传递的热量对整体有效传热量的影响最大;有效传热系数主要受与加热面接触的颗粒数目、接触时间、颗粒 加热面间接触面的大小等因素的影响;当颗粒的平均粒径相同时,不同的颗粒粒径分布对颗粒系统的传热影响不是很大;当颗粒的粒径增大,有效传热系数降低;颗粒与加热面间的传热量在空间上的分布是不均匀的.     

Gas-solid contacting in a two-dimensional fluidized bed containing mobile internals: Non-reactive tracer studies

The effect of 50.8 mm diameter disc shaped mobile internals (MIs) on gas-solid contacting was studied in a large two-dimensional fluidized bed by means of non-reactive tracers. MIs were found to improve substantially the mass transfer coefficient between the bubble and dense phases. However, they also increased the gas dispersion in the dense phase.