红外加热固定床油页岩热解特性研究

为在高温下实现油页岩的热解油及热解气同时高收率生产，本文提出“热解反应定向调控”技术路线，并开发了红外加热固定床热解反应器验证该技术路线的可行性，考察了不同热解终温下热解产物分布和焦油组成，分析了铝甑分析和红外加热方式对油页岩热解过程的影响。结果表明，在考察的实验条件范围内，红外加热固定床热解气收率随热解终温升高而持续增加，热解油收率在热解终温为700℃时达到最大，为铝甑分析热解油收率的1.39倍。红外快速加热方式能够促进煤中弱供价键断裂并有效抑制高温反应条件引起的挥发分二次反应，热解所得焦油中轻质组分收率随热解油收率增加而增加。     

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。     

不连沟煤热解半焦燃烧特性研究

煤热解产生具有高利用价值的煤气和焦油,并伴随产生大量的热解半焦,燃烧是半焦的主要利用途径之一。本文采用非等温热重分析法研究了热解条件(热解温度和停留时间)、热解气氛和燃烧升温速率对热解半焦燃烧行为的影响,并利用Coats-Redfern积分法对半焦燃烧过程进行动力学计算。结果表明:热解温度对甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合过程半焦的燃烧反应特性有重要影响。随热解温度升高,半焦燃烧反应性呈下降趋势,反应活化能逐渐增加,这与半焦中较低的挥发分成正相关。热解停留时间和热解气氛对半焦燃烧影响较小。与在氮气中热解半焦相比,加氢热解和耦合热解半焦表现出几乎相同的燃烧特征和反应活化能。燃烧升温速率显著影响半焦的燃烧特性,提高燃烧升温速率促使半焦燃烧反应在更高温度下进行。     

沉降炉中生物质热解产物的脱硝特性

利用连续沉降炉模拟白酒糟循环流化床解耦燃烧再燃区的反应气氛,研究各因素对半焦、焦油和热解气脱硝效率(比脱硝效率)的影响. 结果表明,反应温度由800℃升至1050℃,热解产物比脱硝效率均增大;半焦和焦油达到最佳比脱硝效率所需的停留时间为3.4 s;随反应气中NO浓度由400′10-6(j)增加到1000′10-6(j),热解产物比脱硝效率均呈降低趋势,但NO绝对还原量却呈增加趋势;随反应气中O2浓度增加,半焦比脱硝效率增大,热解气比脱硝效率降低,焦油比脱硝效率呈先增加后减少的趋势,在O2浓度为1.6%(j)时达最大,为60.1%. 在本研究的反应条件下,焦油比脱硝效率最好,热解气次之,半焦效果较差.     

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。     

低变质粉煤热解过程研究

在管式电炉上研究了碱房沟、王家沟、孙家岔煤热解过程中温度变化对其热解产物收率和性能的影响。研究结果表明,管式炉电加热25 min温度达到500℃左右,热解气体大量析出,且随温度的升高,煤样失重率、煤气收率呈递增趋势,焦油收率基本不变;加热终温为800℃时,除CO外三种煤热解气体成分变化趋势基本一致,这和煤样的组织结构有关。     

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。     

气体热载体法煤热解动力学研究

采用热重分析和气体热载体实验考察了准东煤和神木煤的热解动力学特性,并根据热解动力学模型确定动力学参数。随热解温度的升高,反应停留时间对半焦收率及半焦挥发分的影响逐渐减小;煤热解活化能与反应停留时间、煤粒径大小均相关。研究结果对于煤热解工艺工业化具有参考意义。     

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.     

生物质热解油的热解气化实验研究

采用固定床生物油气化系统对生物油在不同气化温度、停留时间、气化剂等条件下对生物质流化床快速热解油的热解气化特性进行了研究,并对合成气的组成特性进行了分析.研究发现随着热解气化温度的升高,合成气中CO和H2的量快速增加,并在800℃取得最大值;停留时间的过度延长不利于合成气品质的提高,由于生物油的含氧量较高,气化剂O2的加入对合成气中可燃气含量的提高不利.     

Pyrolysis of oil sand from the Whiterocks deposit in a rotary kiln

A rotary kiln reactor was evaluated for thermal recovery of oil from Utah oil sands. A series of continuous-flow pyrolysis experiments was conducted. Process variables investigated included temperature (748–848 K), solids retention time (10–27 min) and sweep gas flow rate (1.27–2.83 m_s³ h⁻¹). The results indicated that the pyrolysis temperature and the solids retention time were the two most important variables affecting the liquid and gas yields. The liquid yield (C₅⁺]) decreased and the gas yield (C₁–C₄) increased with increasing temperature. The liquid yield increased with decreasing solids retention time, while the gas yield decreased. No significant effect of the sweep gas flow rate on the product distribution and yields was observed. The quality of the bitumen-derived liquids was significantly better than that of the bitumen. A preliminary process kinetics model which conforms to the observed trends was proposed.     

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。     

Influence of Operating Conditions for Fast Pyrolysis and Pyrolysis Oil Production in a Conical Spouted‐Bed Reactor

Fast pyrolysis experiments of larch sawdust were conducted in a conical spouted‐bed reactor to study the influences of reaction temperature, inlet gas velocity, feeding rate, and particle size on the product yield and pyrolysis oil quality. For the first time, the optimal conditions were determined for various pyrolysis operations of such reactor to increase the yield and quality of pyrolysis oil. The results demonstrate that the biomass particle size, reaction temperature, biomass feeding rate, and inlet gas velocity all affected the quality and yield of the pyrolysis oil, in this order.     

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%。     

神木烟煤热解产物分布及主要元素的迁移规律

在石英管固定床反应器中对神木烟煤进行热解实验,研究了热解温度对煤热解产物分布和C, H, O, N, S元素在热解产物中分配的影响. 结果表明,在500?900℃范围内,随热解温度升高,半焦产率下降,气体产率增大,焦油产率先增大后降低,600℃时达最大值9.2%(ω);半焦中C, H, O和N元素迁入量下降,S元素迁入量先降低后略有增大,在700℃时达最小值67.0%;热解气中C, H, O元素迁入量增大,N元素和S元素迁入量先增大后减小,分别在800和600℃时达最大值28.8%和27.9%;焦油中C, H, O元素迁入量先增大后降低,均在600℃时分别达最大值9.3%, 14.0%和7.2%,N元素和S元素迁入量缓慢增加;热解水中H和O元素迁入量先增大后略有降低,在700℃时分别达最大值14.5%和48.5%.     

A comparison of fluidized bed pyrolysis of oil sand from Utah,USA, and Alberta,Canada

Characterization and thermal pyrolysis of oil sand was conducted. The experiment was performed on Circle Cliffs, Utah, U.S.A. and the results were compared with the data from Alberta, Canada. The reaction character identified by TGA was dual mode of vaporization of light hydrocarbon and thermal cracking of high molecular hydrocarbon. The pyrolysis experiment was performed in a 2 kg/h capacity fluidized bed externally heated by electricity. The process variables investigated were a temperature range of 723-923 K, fluidization gas velocity of 1.5-2 times of the minimum fluidization velocity, solid retention time of 15-30 minutes, and average particle size of 435 microns. The results of TGA and elemental analysis of bitumen provided necessary information regarding maximum liquid yield from the pyrolysis prior to pyrolysis experiment. The oil yield was maximum at 823 K. The yield of liquid was not exceeding the weight percent of maltenes in original bitumen. The optimum reaction condition should be fast vaporization of light hydrocarbon and minimizing thermal cracking of high molecular hydrocarbon. To maximize the liquid yield, fast heating and vaporization of oil sand bitumen and then the rapid removal of the vaporized product from the heating zone is recommended, i.e., operation in a fluidized bed reactor.     

稻壳快速热解制取生物质油的试验研究

目前生物质快速热解高温热解气主要利用间壁式冷却器进行冷凝,容易造成冷却管道的结焦堵塞问题,本试验根据流化床稀相输送特点、生物质的热解特性以及生物质油的冷凝收集特点,设计了生物质快速热解反应装置,改进生物质物快速冷凝系统,以稻壳为原料进行快速热解制取生物质油的试验研究,分别考察单因素反应温度、流化气量以及进料速度对生物质油产率的影响。试验表明:稻壳热解气能够快速顺利地得到冷凝,反应系统能够连续顺利运行,随着反应温度、流化气量、进料速度的增大,生物质油的产率都呈现先增大后减小的趋势。另外对产出的生物质油用气质联用设备进行了成分分析,得出了生物质油的主要成分,其中酸类、酮类、脂类以及酚类的含量相对较高。     

含油污泥在ZSM-5沸石上催化热解产物特性

采用U型固定床管式炉研究了含油污泥在ZSM-5分子筛催化剂上的热解产物特性。发现在450℃下未使用催化剂热解时,GC-MS和GC测得的油泥热解油产物中的主要成分为烷烃和烯烃,芳烃含量较低;气体产物中主要为短链烃类,氢气产量较少。而在ZSM-5分子筛的催化作用下,热解油中芳香烃产量达到88.4%,气体产物中的氢气产量和短链烃类产量均明显增加。研究了400～550℃之间分子筛对含油污泥的催化效果,发现ZSM-5在500℃时催化效果最佳,油相产率达到65.6%,油相中的沥青质和胶质含量较低,芳香烃产量达到90.9%。通过热重和XPS分析发现分子筛上的积炭主要以多环芳烃焦炭的形式存在。