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%。     

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。     

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。     

煤热解提高焦油产率及品质关键技术与研究进展

针对低阶煤热解工艺普遍存在的焦油产率低、焦油中重质组分(沸点高于360℃的组分)含量高等关键技术问题,从煤热解机理及焦油产生过程出发,探讨了影响焦油产率和品质的主要因素,提出通过原煤预处理强化挥发分的组成和结构的控制、设计结构新颖的热解反应器调控煤颗粒的热解和挥发分的二次反应过程、协同控制热解条件、控制油气中粉尘含量等提高焦油产率和品质的方法。期望新型的热解技术可处理较宽粒度范围的煤,降低挥发分在高温区的停留时间、抑制焦油二次反应,提高轻质焦油含量,并降低焦油中粉尘含量,构建热解条件和焦油组成之间的协同调控,实现煤热解油品品质强化。     

基于格金干馏炉的煤热解焦油生成特性研究

利用格金干馏炉研究了升温速率、煤样粒度、煤料布料方式以及煤料床长度等条件对依兰煤低温热解生成焦油的产率和馏程分布特性的影响。结果表明:煤样升温速率由10.6℃/min提高到60.2℃/min,焦油产率可提高20%,而焦油中的重质组分也增加10%左右;粒径3～5 mm的煤样比其0～0.2 mm的标准分析煤样的焦油产率低20.5%,同时焦油中重质组分有所减少;煤样以柱状填充干馏管比平铺在干馏管中的布料方式获得的焦油产率低,且热解气流出方向上的填充煤料柱越长,焦油产率越低,而焦油中轻质组分含量则越高。     

钴系催化剂对神府煤热解油收率及品质的影响

以钴盐为催化剂,对神府煤进行催化热解研究。考察了钴离子的添加量、热解温度以及热解方式等条件对热解煤焦油总收率及其轻重组分含量的影响。研究表明,钴系催化剂能提高热解焦油的收率,并对焦油轻重组分含量也有很大的影响;温度和热解方式对其也有很大影响。在实验条件下,当钴离子的添加量从0增加到9%时,焦油总收率由2.56%增加到5.86%,焦油中轻组分含量由41%增加到63.33%。半焦催化热解、负载钴离子的半焦催化热解时焦油总收率降低,但其轻组分含量有所增加。     

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%。     

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。     

扎赉诺尔褐煤热解提质实验研究

为对扎赉诺尔褐煤进行热解提质,利用沉降炉进行实验,主要考察了热解温度、载气流量和进料速率对产物组成及其特性的影响。结果表明:扎赉诺尔褐煤热解产物主要为半焦和气体,焦油含量较少。随热解温度升高,半焦产率逐渐降低,焦油产率先增加后减少,气体产率单调增加;经过热解,煤阶提高,但半焦的燃烧特性变差。     

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...     

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。     

温度和压力对煤热解影响的研究

在不同压力及不同温度下对内蒙烟煤进行热解研究,考察温度和压力对热解产物产率及热解气体组成的影响规律。研究表明:随着热解压力的增加,内蒙烟煤的气体产物和固体产物总量增加,液态产物减少,其焦油产率降低、半焦产率增高,干馏气中H2和CO含量下降、CH4含量上升;随着热解温度的增加,其焦油产率先增加后减少,干馏气中H2含量不断上升,即热解温度升高可使气相产品的产率增大及液相产品产率降低。     

煤催化热解研究现状

基于煤中低温催化热解可实现煤分质清洁转化,通过对煤催化热解中催化剂和工艺研究现状进行分析,发现不同催化剂对热解产物分布影响不同,可根据目标产物选择相应种类催化剂,过渡金属、分子筛可改善热解产物分布,提高焦油产率,金属氧化物催化剂可提高热解转化率,增加煤气产率。煤催化热解工艺中,两段热解、多段停留加氢热解、具备催化功能的固体热载体热解均可明显改善热解产物分布。     

石英管定向强化流场模拟内构件反应器不同厚度煤热解特性

内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特性。试验结果表明,随着煤层厚度的增加,热解焦油收率降低,焦油中轻质组分含量(沸点低于360 ℃)明显升高。当温度为800 ℃,煤层厚度从100 mm增加到200 mm时,焦油产率从6.96%下降到4.50%,下降幅度达35.30%;焦油中轻焦油组分含量从62.50%上升至76.80%,增加幅度达22.90%;热解水和煤气产率分别由9.32%和9.60%增至10.70%和10.90%,半焦产率略微降低。其中汽油馏分从3.80%增加到20.30%,煤油馏分从18.50%增加到40.00%。     

煤热解焦油产率影响因素研究

煤热解是煤炭清洁利用的一种有效途径,对新疆小红沟煤进行低温热解,探讨热解工艺因素对焦油产率的影响。结果表明:热解工艺中热解终温和催化剂影响较大,分别使焦油产率较原煤提高0.57%和0.77%。通过最佳热解条件分析,发现影响焦油产率顺序为溶胀热解终温升温速率催化剂超声波保温时间,经过对各种因素分析得出的最佳工艺参数为热解终温570℃,升温速率12℃/min,催化剂1∶20,超声波处理15 min,保温时间18 min。此时,煤样焦油产率16.76%,较原煤提高7.63%。     

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。     

温度对内旋式移动床热解产物的影响规律研究

低阶煤热解产物的产率和性质与反应器类型及热解温度等工艺条件密切相关,直接影响下游产业链的开发与延伸,一直是煤热解工艺开发过程中关注的重点。为获得满足产物后续规模化利用要求的最优热解工艺条件,采用1 kg/h内旋式移动床连续热解试验炉,以神木煤为原料,研究热解温度对半焦燃烧性、可磨性、稳定性以及焦油产率和组分分布的影响规律。结果表明:内旋式移动床热解炉控制热解温度500～800℃,热解时间150 min时,半焦产率为68.53%～78.62%,焦油产率先升高后降低,在650℃时最高,为7.52%;连续试验中半焦挥发分波动在1个百分点以内,气流着火温度为562.1～730.5℃,着火性能处于易燃和中等可燃范围,哈氏可磨性指数随着热解温度先升高后降低;热解温度控制为600～700℃,获得较高焦油产率的同时,半焦质量可满足电站锅炉和高炉喷吹规模利用的要求;通过反应器温度场控制可以实现焦油组分的调控,反应器底部温度650℃,中上部温度450～550℃时,焦油中重质组分含量(360℃馏分)最低为25.68%,有利于后续蒸馏、加氢等处理;反应器中上部温度高于550℃时,挥发物二次反应加剧,导致轻质组分含量降低。     

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%。     

低阶煤微波辅助催化热解焦油特性研究

为提升低阶煤热解焦油产品的品质,在微波管式热解炉内,考察了K、Ca和Fe对煤热解焦油生成特性的影响,研究了不同焦油产品的族组分分布和芳香烃组成结构的变化规律。结果表明:负载K、Ca和Fe的煤样会快速响应微波产生极化损耗和电导损耗,使得活性组分周围被选择性加热因而诱发焦油催化裂解反应进行。微波辅助金属组分可催化调节焦油族组分分布,K、Fe使苯及其衍生物含量分别增加了12.8%和25.15%,Ca使脂肪烃含量显著增加了212%。K、Ca和Fe显著促进了三环、四环芳烃的开环裂解并使得四环以上芳烃几乎消失,其中Fe可将三环芳烃芴、苊和菲及其衍生物含量分别降低62.68%,67.25%和58.33%,表明微波辅助金属组分改变了重质芳烃的裂解途径,促进了焦油产品的轻质化。     

磁性Mo/HZSM-5@SiO2@Fe3O4催化剂可控制备及煤催化热解

低阶煤炭资源量丰富,催化热解是实现其清洁高效利用的重要途径。目前,低变质煤催化热解技术存在焦油产率低,重质组分高,催化剂回收难等发展瓶颈。为此,设计制备了磁性核壳型载体HZSM-5@SiO_2@Fe_3O_4(简写为HSF)和煤热解磁性Mo/HSF催化剂。研究了SiO_2隔热包覆层的层数,热处理温度和时间,以及包覆HZSM-5载体层对HSF磁性的影响。以补连塔煤为研究样品,探讨了磁性Mo/HSF催化剂的煤热解催化活性及磁选回收特性。研究结果表明,在常温条件下,随着SiO_2包覆层数不断增加,SiO_2@Fe_3O_4饱和磁化强度和磁选回收率均呈现不同程度的降低,当SiO_2包覆层数为2层时,饱和磁化强度和磁选回收率下降程度最小,但提高热处理温度或延长热处理时间,包覆HZSM-5载体层均使其磁选回收率降低。以2层SiO_2包覆的SiO_2@Fe_3O_4为磁核制备的5%Mo/HSF磁性催化剂催化性能最好。在5%Mo/HSF作用下,补连塔煤热解的焦油产率达到10.8%,焦油中苯类质量分数增加了2.31%,酚类几乎不变,脂肪烃质量分数增加了8.44%,稠环芳烃质量分数减少9.64%。活性组分Mo的引入不仅可以提高焦油的品质,而且也提高了煤气中甲烷和CO比例,煤气中甲烷体积分数达50%以上。Mo/HSF催化剂初次磁选回收率可达到90.3%。随着该催化剂磁选回收次数增加,催化剂活性和磁选回收率明显下降,主要是因为催化剂表面积炭和磁核被还原,磁性减弱所致。