热解气氛对煤催化热解焦油品质的影响

为考察不同热解气氛对煤热解产物分布及焦油品质的影响,在固定床反应器内,以粒径范围为0.2～0.5 mm的和什托洛盖煤为研究对象,依次考察了热解温度、热解气氛和模拟热解气（SPG,N2+H2+CH4+CO+CO2）经过不同填装催化剂后对煤热解产物分布及焦油组成的影响。实验结果表明：N2气氛下,煤在550～750 ℃范围内进行热解时,在600 ℃热解时的焦油产率最大,为15.0%,是格金理论焦油产率的83.3%;在考察各热解气组分及模拟热解气对煤热解特性的影响时,发现以模拟热解气为热解气氛时,焦油中轻质焦油质量分数（沸程＜360 ℃）为63.2%,比在N2气氛下提高6.6%;当煤在通过各种催化剂层后的模拟热解气氛中热解时,获得的焦油产率均下降,但焦油中轻质焦油质量分数显著提高。其中,当模拟热解气通过Ni,Mo质量比为1∶1的4%Ni-4%Mo/HZSM-5催化剂时,煤热解焦油中轻质焦油质量分数为68.6%,这比无催化剂条件下煤在模拟热解气氛以及N2气氛中获得的轻质焦油质量分数分别提高8.5%和15.6%。     

新生半焦对神木烟煤快速热解焦油的改质作用

煤中低温热解焦油可用于制取液体燃料或高值化学品,提高热解焦油产率和焦油品质是实现热解制油工业化的关键技术之一。半焦作为煤热解反应体系的主要中间产物之一,利用半焦改质煤热解焦油受到研究者的广泛关注。利用热解反应器落下床反应段中神木烟煤快速热解提供稳定的挥发分来源,通过调节下游移动床反应段中快速热解新生半焦(原位半焦)的停留时间,研究了稳态下半焦床层温度和半焦床层高度对煤快速热解焦油改质的影响。结果表明,相较于无半焦-挥发分作用,新生半焦明显减少了沥青质的生成,提高了焦油品质。半焦床层高度为3 cm、半焦床层温度低于610℃时,轻质焦油产率基本不变,轻质焦油中苯酚和其他芳香类含氧化合物含量降低、苯和萘类芳烃化合物含量上升。半焦床层温度高于610℃时,气相缩聚反应增强,不利于焦油品质的提升。半焦床层高度增加后,沥青质产率有所降低,轻质焦油产率基本不变。与挥发分作用后,半焦产率增大,比表面积减小。研究表明,新生半焦改质焦油利于在热解过程中原位减少重质焦油的生成,从而有效延缓或抑制后续处理过程中的结焦和设备堵塞。研究结果可对通过中低温热解进行低阶煤的分质清洁高效利用,进而实现目标产品的定向转化提...     

新疆白石湖富镜质组高碱煤热解特性

利用固定床热解炉、格金干馏装置和热重分析仪研究了白石湖富镜质组高碱煤(BS1和BS2煤)的热解特性和产物产率;同时在碱金属钠形态表征的基础上,考察了不同前处理方法对热解产物和动力学参数的影响。结果表明,白石湖煤在600℃热解焦油产率最大,煤气产率随温度升高而增加;BS1和BS2煤固定床热解的焦油产率分别为13.98%和13.75%,远高于准东煤的1.61%。焦油具有低密度、高H/C原子比和柴油馏分特点,净煤气以H_2,CH_4和CO为主。BS1和BS2煤水溶钠(H2O-Na)占比分别为79.58%和85.38%;醋酸铵溶钠(AcNH_4-Na)占比10.32%和8.06%,但含量较低的Ac NH_4-Na对焦油抑制作用显著大于H2O-Na。经水、醋酸铵和盐酸溶液处理后,BS2煤热解活化能和指前因子呈现降低趋势,格金焦油产率从14.80%分别增加到15.45%,17.18%和16.92%。     

热解温度及气氛变化对神府煤热解产物分布的影响

为阐明煤热解过程中,温度及气氛对神府煤热解产物分布的影响规律,采用程序升温法在固定床反应器上对N2,H2,CH4,H2-CO(2∶1) 等不同气氛下神府煤的热解行为进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,焦油产率呈现出先增大后减小的趋势,气体和水产率不断增加、半焦产率不断减少。不同气氛对焦油产率的影响为：H2>CH4>H2-CO>N2,气氛变化对气体和半焦产率影响较小,对水产率影响较大。热解温度对焦油4组分分布影响较小,均为芳香分>饱和分>胶质>沥青质,H2,CH4,H2-CO(2∶1)比N2气氛下生成更多的饱和分。随着热解温度的升高,N2气氛下气体产物中H2含量呈不断增加趋势,CH4含量先增大后减小,CO,CO2和C2~C4烃类气体含量逐渐降低;半焦的芳碳率fa、环缩合度2(R-1)/C和平均缩合环数R呈明显增加趋势,环缩合度较原煤有较大提高。相对于N2气氛,还原性气氛下,半焦的环缩合度和平均缩合环数增加,芳香层片间的距离降低。     

大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一,N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究,但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响,对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析,认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明,在N2气氛下,镜质组和惰质组展现出不同的反应特性,镜质组热解焦油产率明显高于惰质组,主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率,尤其对惰质组的作用效果最明显,使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%,主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明,在N2气氛下得到的热解焦油中,镜质组具有较高比例的脂肪类物质,惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中单环芳香烃的比例提高,轻质组分中蒽油的相对含量提高最为显著,同时CRM气氛下惰质组产生的焦油中三环、四环芳香烃的比例明显下降。     

陕北富油煤低温热解提油基础特性

富油煤低温热解产油是煤炭资源清洁高效利用的一种方式。为了研究陕北富油煤低温热解提油基础特性,利用固定床反应器进行富油煤低温热解,研究了张家峁、柠条塔和红柳林的富油煤,在不同粒径、不同热解终温、不同升温速率及不同工业分析等条件下对焦油产率的影响,利用气相色谱模拟蒸馏方法分析焦油品质。结果表明：粒径为0.8～2mm的张家峁富油煤,在热解终温为550℃,升温速率为26℃/min,压力为0.1MPa的条件下,焦油产率达到最大,为13.19%;焦油产率随富油煤的热解终温和升温速率的增大先增加后减小。     

添加物对宁夏煤热解气相产物生成的影响

以西部弱还原性宁夏煤为研究对象,酸洗脱灰并负载Na、Ca及Fe盐,对其进行了固定床热解过程中气相产物生成规律的研究。实验结果显示,原煤中的矿物质和Na、Ca、Fe添加物的存在均降低了煤的起始和最大分解温度,对煤的热解反应均表现出较好的促进作用;煤中原有的矿物质和添加物对煤热解气相产物形成的影响可以划分为200~550,550~750和750~1 000 ℃三个温度区间,在各温区中的影响显示出明显不同的作用。低温时促进了CH₄的生成,高温时抑制了H₂的生成;除载铁煤外,累积产率均表现为H₂的增大和CH₄的减少,这主要受中温段热解结果的影响;煤中矿物质及Ca在整个热解过程中均使CO和CO₂累积产率增大,Na和Fe在较低温度区间也表现出对CO和CO₂生成的促进作用,但温度较高时抑制作用明显。     

陕北中低温煤焦油中酚类化合物的提取与GC/MS分析

以陕北中低温煤焦油为原料,考察其中酚类化合物的组成与分布情况。首先将煤焦油的轻油和重油蒸馏切割成170~240、240~270、270~300 ℃三个馏分;采用酸碱抽提法提取各馏分中的酚油;利用GC/MS分析了酚油中酚类化合物的组成与分布。结果表明：轻油3个馏分酚油共鉴定出75种酚类化合物,在170~240 ℃酚油中鉴定出56种酚类化合物,占该酚油质量的92.87%;重油3个馏分酚油中共鉴定出81种酚类化合物,在170~240 ℃酚油中有酚类化合物60种,占该酚油质量的93.80%。轻油和重油中所含酚类化合物主要为低级酚、C3-C4烷基苯酚、茚酚、苯二酚、萘酚和烷基萘酚。     

多层流化床低阶煤分级热解提高焦油品质研究

为提高低阶煤热解焦油品质,提出了上部煤分级热解和下部半焦气化耦合的多层流化床低阶煤热解新工艺,在实验室多层溢流管式流化床中研究了操作模式(流化床层数分别为单层、双层、三层)、过量氧气系数、水蒸气煤比(质量比)等因素对热解产物产率和焦油品质的影响。结果表明:氧气和水蒸气作为气化剂可促进多环芳烃的裂解;高温区产生的重质焦油在经过上部床层时与热态半焦接触,在半焦催化作用下发生催化重整反应可提高焦油品质;随着流化床层数从单层增加到三层,热解气体和焦油产率增加,半焦产率下降,焦油的组分明显减少,焦油中轻油的产率逐渐增加,而酚油和洗油产率下降;轻油与酚油质量分数之和在流化床层数为三层时达到了99.49%。因此,通过多层流化床热解低阶煤可以获得轻质组分含量较高的焦油。     

气氛和预氧化对褐煤热解焦油产率影响的研究

利用固定床反应器研究热解气氛和预氧化对内蒙古褐煤热解焦油产率的影响,结果表明:同N_2气氛下热解相比,H_2气氛下和甲烷水蒸气重整与煤热解耦合(CP-SRM)过程热解均能提高焦油产率,且CP-SRM过程热解焦油产率最大。在马弗炉内对内蒙古褐煤进行预氧化处理,不同预氧化温度和时间对焦油产率影响不同,结果表明:焦油产率随着预氧化温度的升高而降低,随着预氧化时间的增加而提高。     

内热式滚动床对神木长焰煤热解提油性能的研究

研究了神木长焰煤在内热式滚动床内的热解性能。实验表明,滚动床内的轴向温度分布有利于低阶煤的热解提油。在加热燃气低热值为17 890 kJ/m³,热解温度为650 ℃时,原料煤的热解焦油产率达到8.52%,为葛金焦油产率的75.59%。随热解温度的增加,焦油中脂肪族和芳香族含量有所提高,而极性化合物含量有所降低。在热解温度650 ℃时,脂肪族和芳香族含量分别为22.6%和39.5%,极性物含量为32.7%。     

煤热解耦合焦油裂解对焦油品质的影响

在2个串联的固定床反应器内,研究了和什托洛盖煤热解挥发物的二次裂解行为,考察二段固定床内温度及载体对焦油裂解性能的影响。结果表明：当二段管温度从400 ℃升至600 ℃时,焦油产率从13.3%降至12.5%,H 2产率则由83.5 mL/g增加至111.8 mL/g;当温度低于500 ℃时,重质焦油产率无明显变化,但较单固定床明显降低,说明低温裂解可提高焦油品质;当温度≥550 ℃时,焦油裂解程度加剧,致使其重质组分产率较单固定床增加;当二段管温度为550 ℃时,与不添加催化剂相比,Ni/USY,Ni/HZSM-5(38）和Ni/HZSM-5(50)不同程度提高了焦油中轻质组分分率,其中Ni-USY的提质效果最明显,可使轻质焦油分率提高到71.9%,增幅达28.2%。     

煤热解焦油催化裂解和乙烷水蒸气重整耦合提高焦油品质

本文旨在通过在炭基催化剂上发生的煤焦油原位催化裂解与乙烷水蒸气重整过程耦合以提高轻质焦油产率。以平朔煤(PS)为煤样,利用常压固定床反应器在氮气以及乙烷水蒸气混合气氛下进行焦油提质实验,并使用半焦(Char),活性炭(AC)以及活性炭负载金属钴和镍(Co/AC,Ni/AC)作为提质催化剂,对比考察催化剂种类和反应气氛对提质过程中焦油及气体产物的影响。同时,为了解提质过程所得焦油产物的组成和性质,利用模拟蒸馏,GC-MS等表征手段对焦油进行检测分析。结果表明,活性炭负载Ni催化剂(Ni/AC)可催化乙烷水蒸气重整反应,产生的·CH x,·C 2H x,·H等小分子自由基可与焦油催化裂解产生的自由基结合,避免焦油过度裂解。与未加催化剂得到的平朔煤热解焦油相比,采用Ni/AC使轻质焦油(沸点低于360℃馏分)的质量分数和产率分别提高54.3%和52.4%,同时焦油中BTEXN(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘)等芳烃组分产率明显提高;乙烷水蒸气混合气氛下(耦合过程)比同条件氮气下的焦油产率和轻质焦油产率分别提高38.1%和35.3%,焦油中C2~C3烷基取代苯和C1~C2烷基取代酚的相对含量有明显提高,说明乙烷和水蒸气被活化并参与了焦油形成过程。煤热解焦油的原位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,其提质效果与催化剂的活性组分密切相关,且反应气氛在煤焦油的形成过程中具有重要作用。     

新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律

采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤(和丰煤)的单段热解(定义为过程1)和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min(过程2)相比,继续于450℃(过程3)停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的H_2生成量仅为1.94 mL/g,较过程2降低94.47%,而450~600℃的气体产率占过程3总产率的60.87%,其中H_2,CH_4和C_2-C_4产率分别占各自总产率的95.02%,77.27%和66.08%,说明450~600℃以产气为主。不同温度段获得的半焦的红外分析发现350℃的半焦中官能团变化较小;而450℃的半焦中大部分官能团的振动峰几乎消失。模拟蒸馏和核磁结果表明,不同温度段停留均使得焦油中沥青质分率下降,焦油品质提升,焦油的芳香度降低,且两段停留段停留所得焦油的芳香度最低。通过上述研究,可以对新疆低阶煤的分级分质转化利用提供理论基础。     

热解煤气吸附动力学研究

针对热解煤气变压吸附提氢过程,开展了CO₂、CO、N₂、CH₄等主要杂质气体在不同吸附剂上的吸附热力学研究,测量了各种杂质气体在不同温度下的吸附等温线,并通过计算获得了相应的吸附焓。结果发现,温度增加导致CO₂、CO、N₂、CH₄吸附能力减弱,吸附压力的增大导致CO₂、CO、N₂、CH₄吸附量增加。不同吸附剂对CO₂吸附能力的顺序:炭分子筛＞活性炭＞铜吸附剂,不同吸附剂对CO吸附能力的顺序:铜吸附剂＞炭分子筛＞活性炭,随着吸附压力的增大,N₂和CH₄吸附焓为定值,不随吸附量变化而变化。     

CO2气氛中低变质煤微波热解研究

煤-循环煤气微波共热解是煤清洁高效转化利用的一种新技术。为深入剖析其作用机理,主要研究了二氧化碳气氛中低变质煤的微波热解过程,系统考察了微波功率、热解时间、气体流量和煤样粒度等因素对热解产品收率、组成及煤气成分的影响。结果表明：CO2加剧了低变质煤的微波裂解程度,使原煤中挥发分析出较多,有机质分解加快,兰炭中矿物质有效富集。在微波功率960 W、热解时间40 min、CO2流量0.56 L/min、低变质煤样粒度5～10 mm的优化工艺条件下热解,兰炭收率最高可达60.8%,液体产品（煤焦油和热解水）收率最高可达21.8%,煤气中有价成分（CO+CH4+H2）体积分数达54.03%。所得兰炭中固定碳含量达84.89%,满足FC-4级兰炭标准;挥发分含量为4.86%,满足V-1级兰炭标准。所得煤焦油中烷烃类化合物含量高达35.5%。     

煤低温热解与直接液化联产系统研究

煤低温热解和直接液化之间具有很多耦合要素,提出将两者集成联产系统,用煤气制氢替代煤气化制氢来降低成本、用煤焦油作补充溶剂油实现提质加工、将液化残渣与煤共热解提取高附加值油品,实现各副产物综合利用,达到系统价值最大化。基础实验研究表明,神东长焰煤与液化残渣（煤渣质量比为95∶5）共热解焦油干基产率约为8.0%,煤气有效成分大于85%;为使共热解过程不结块,液化残渣掺入量应小于30%。模拟计算表明,百万吨级煤直接液化与千万吨级煤低温热解联产,可以省却煤气化制氢及空分装置,系统能量转化效率达到75%以上,协同效应显著。