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%。     

半焦基催化剂裂解煤热解产物提高油气品质

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次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。     

Co~(2+)催化热解神府煤研究

于450~750℃下进行了Co~(2+)催化热解神府煤研究。研究了热解温度和Co~(2+)负载量对热解半焦形貌、热解气体组成、焦油收率及焦油轻重组分含量的影响。研究表明,温度及Co~(2+)负载量对半焦形貌、气体组成、焦油收率及组成影响很大。随着温度升高,半焦结构逐渐由致密转变为疏松。焦油收率在550℃最高,为6.28%,当Co~(2+)负载量为9%时,焦油轻组分收率最高,达总焦油的63.3%。H_2随温度的升高而增加,CH_4、CO、CO_2则呈减小趋势。     

240t/d固体热载体粉煤热解工艺及中试研究

以粉煤分质梯级利用为背景,提出了一种固体热载体粉煤热解工艺,该工艺主要包含基于循环流化床技术的热解-缺氧燃烧耦合系统、缺氧燃烧煤气的脱灰及余热回收系统和热解煤气的脱灰及油气净化分离系统,并于2016年底完成了该工艺中试装置72 h满负荷连续稳定运行。中试试验以0~10 mm的神木煤为原料,原料煤满负荷输入量为240 t/d,试验结果表明:热解煤气中CH_4和H_2的体积分数分别为35.3%和12.5%,热解煤气热值达到20 920 kJ/Nm~3以上;热解焦油产率为9.24%,为原料煤格金焦油产率的81.8%;产品焦油的含尘率为0.47%,焦油中的正庚烷可溶物质量分数为84.3%;热解半焦的固定碳含量为86.3%,热值为29 985.5 kJ/kg。计算表明,该中试装置72 h连续稳定运行期间的物料平衡偏差为1.93%,能量利用效率为87.95%。     

铁系催化剂对神府煤加氢热解焦油收率的影响

研究采用浸渍法制备了Fe/Al_2O_3、Fe/SiO_2、Fe/SiO_2-Al_2O_3、Fe/ZSM-5、Fe/AC(粉煤灰)五种催化剂,并在固定床反应器上考察了它们对神府煤热解过程中焦油收率的影响规律。实验结果表明这些催化剂都可以使神府煤热解焦油收率提高,Fe在各种载体中的最优添加量的质量分数均为:6%(Fe,daf),当超过此值时焦油收率提高量开始减少。其中以6%-Fe/Al_2O_3-SiO_2催化剂对神府煤热解焦油提高最高,在700℃热解时,神府煤热解焦油收率提高到15.08%。     

半焦催化裂解原位煤热解焦油的研究

在两段固定床反应器内考察了不同半焦对府谷煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,不同半焦对煤热解产物催化裂解后,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分质量分数明显增高。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃时,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时催化效果最好,其中轻质焦油收率基本不变,焦油中轻质组分质量分数提高了25%。半焦的表面结构和灰分都对煤热解产物的催化裂解有一定效果。在比表面积较低时,半焦中的灰分对原位煤热解焦油的裂解作用比较明显;随着比表面积的增加,灰分的影响越来越弱,半焦表面结构的影响越来越明显。     

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。     

与低阶煤共热解的冶金渣优选研究

采用自行研发的煤低温干馏装置,将四种冶金渣与长焰煤进行低温催化热解,对液体产物煤焦油和固体半焦分别进行GC-MS和SEM分析,同时,利用在线红外煤气分析仪对煤气进行成分分析.结果表明,随着冶金渣的添加,煤气含量呈先上升后下降趋势,煤气中CH4和H2的含量分别可达到23.98%和38.12%;热解水和焦油收率降低,但焦油中直链烷烃、萘、菲和芴等含量不断增大,实现了低温煤焦油部分轻质化;半焦的表面变得粗糙凹凸不平有龟裂纹,导致半焦的反应性增加.四种冶金渣中炼铁瓦斯泥对热解过程的催化作用更为显著.     

低阶煤催化热解研究进展

煤热解是煤热转化过程中最先和必经的阶段,受热分解为煤气、焦油及半焦/焦炭三相产品.基于煤(催化)热解可实现低阶煤的高效分质利用,对煤催化热解机理、不同种类催化剂及在煤热解中的应用、煤催化热解的影响因素进行了阐述,同时对低阶煤催化热解的发展进行展望,期望开发出煤热解反应条件温和化、热解转化率更高、热解焦油轻质化及可对目标...     

固体热载体热解高挥发分烟煤产物分布及性质

以三种高挥发分烟煤为原料,对固体热载体煤热解获得的气、油、焦产物产率、组成和性质进行了考察.结果表明,提高煤与热载体的混合热解温度可使煤气和焦油产率有所增加.热解焦油产率可达干煤重量的9%～11%,热解焦油可用于提取具有较高附加值的BTX,PCX,萘及脂肪族烃类等产品.热天平燃烧实验结果显示,热解半焦仍具有很好的着火和燃烧特性,随着热解反应温度的提高,燃烧区间向高温区移动,确定了半焦燃烧的反应动力学及其参数.     

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。     

小粒径低阶煤热解特性试验研究

为优化小粒径低阶煤热解工艺参数,以典型小粒径长焰煤为研究对象,结合热重分析,利用1kg外热式固定床热解装置,考察了热解温度对热解产品产率及质量的影响。结果表明:500~750℃时,随着热解温度升高,半焦产率降低,煤气产率升高,煤气中H2含量不断增加,最高为44.64%,CH4含量不断降低,为28.83%~38.55%;焦油产率先升后降,在700℃时达到最高。物料热解过程中发生粉化,炉壁温度高于650℃以后,物料粉化现象加剧,粉末比例迅速增加,因此最终确定小粒径神木煤适宜热解温度为600~700℃。     

神东煤热解特性及半焦用作高炉喷吹适用性分析

为实现神东煤的深度加工利用,利用热重分析仪及管式热解炉对神东煤的热解特性进行分析,研究热解半焦用作高炉喷吹原料的适用性,提出热解半焦利用的新途径。结果表明,神东煤的煤质特性优良,格金焦油产率高达8.15%,比较适宜用作低温热解;550℃时焦油产率最大,焦油灰分低,馏出温度350℃占比50%以上。随着热解温度升高,热解气中CH4和CO2含量降低,而H2和CO含量增多。热解水产率基本保持在16%。热解半焦喷吹特征与目前国内主流的喷吹煤性质相当,比较适合用作高炉喷吹原料。轻度热解半焦可直接用于高炉喷吹,提取焦油剩余半焦用作喷吹配煤可实现煤炭分质转化利用。     

煤加压富氢热解及半焦气化特性研究

为研究加压固定床气化过程中热解区和气化区的反应,模拟固定床富氢气氛热解与半焦气化过程,利用加压富氢热解装置考察了压力、加热终温以及富氢比例对煤热解的影响,分析了各因素对热解影响的机理,以富氢气氛热解半焦为原料,通过加压热重分析仪进行试验研究,研究不同温度和不同热解半焦原料的条件下碳转化率与CO_2反应速率随时间的变化规律,分析富氢比例对气化反应活性的影响。结果表明:常压富氢气氛热解试验中,随着富氢比例的升高,提供大量H,H浓度增大,煤在热解过程中自由基会不断与H结合生成稳定组分,其中包括大量小分子的挥发物以及部分焦油析出,使半焦中挥发分降低0.69%,半焦收率降低4.8%;加压条件下半焦收率较高,半焦收率随压力的增大变化幅度不大,且没有明显规律,挥发分总体逐渐降低,但变化较小;随着终温的升高,挥发分析出量逐渐升高,伴随着挥发分析出,富氢氛围中的H将与自由基结合生成小分子结构而逸出,半焦收率与挥发分均逐渐降低;增加富氢比例能提高半焦的成熟程度,富氢比例由0增加到35%,H浓度增大,煤中小分子可迅速加氢生成挥发物,同时大分子也会加氢变为稳定结构,半焦挥发分降低了1.46%,半焦收率降低了2.50%;富氢热解能明显促进CO和CH_4的生成,在35%H_2时产量分别达到91.2和63.8 mL/g。由气化特性试验可知:提高气化反应温度,有助于提高富氢半焦与CO_2的气化反应性;富氢气氛与惰性气氛下热解半焦的气化反应活性相近,表明加氢热解能够提高焦油产率与焦油品质,同时对半焦的气化活性影响不大。     

神东煤与煤液化残渣共热解研究

为实现煤液化残渣的资源化利用,采用神东煤与液化残渣进行共热解试验,研究了神东煤粒度、残渣粒度、残渣比例对热解产物分布及热解半焦强度的影响,建立了热解半焦强度测试方法。结果表明,共热解后焦油干基收率随着液化残渣加入量的增多而增大,液化残渣的加入对焦油的生成有正协同作用。1 mm液化残渣添加量由10%增加到30%,3~6 mm神东煤共热解半焦转鼓强度增大29.3%,易碎性F值降低22.8%;同样条件下,液化残渣添加量对3~6 mm神东煤共热解半焦转鼓强度的影响更大,1 mm的液化残渣添加量对神东煤共热解半焦易碎性F值影响更大,3 mm神东煤和1 mm的液化残渣共热解半焦转鼓强度小,易碎性F值高,因此热解过程原料煤应当设置粒度下限。     

玉米秸秆与神府煤低温共热解焦油产率特性影响研究

采用共混法将不同配比的玉米秸秆与神府煤混合后进行低温共热解实验,再用Fe2O3催化剂对其进行催化热解,以探索玉米秸秆对神府煤热解焦油的影响及Fe2O3催化剂对玉米秸秆和神府煤共热解的影响.结果表明:在相同反应条件下,玉米秸秆添加量过高,焦油产率下降,半焦产率升高,当玉米秸秆添加量为6％时焦油产率最高,可达12.77％,添加10％Fe2O3催化剂时共热解焦油产率可达14.69％.玉米秸秆与神府煤共热解所产生的焦油中C10以下的物质居多,占总物质的31.99％,高出原煤热解14.78％,其主要成分为苯类物质和苯酚类物质,相对质量分数分别为5.49％和19.48％,且还有醛类物质和羧酸类物质生成;在添加Fe2O3催化剂后,共热解焦油中C10以下的物质占总物质的45.72％,比玉米秸秆与神府煤共热解时高13.77％,苯类物质与苯酚类物质比玉米秸秆与煤共热解产生焦油中的同类物质分别提高了6.03％和7.14％,并产生了茚类物质和少量的二十二醇与烯烃,但其他长链烃类与多环芳烃的相对质量分数均有不同程度的减少.     

Fe2O3/CaO对低阶煤低温催化干馏的影响

采用自行研发的煤的低温干馏装置,将不同配比下的Fe2O3/CaO与长焰煤进行低温催化热解实验,以探索Fe2O3/CaO对低阶煤催化干馏的反应规律。结果表明:随着催化剂Fe2O3/CaO的添加,煤气产率增加约3%,煤气中CH4和H2的含量分别可达到35.69%和17.73%;焦油收率略有降低,但焦油中直链烷烃,以及一些高附加值的化合物如萘、菲、茚、芴等,含量不断增大,实现了低温煤焦油中高附加值化工产品的富集;半焦产率增加约3%,半焦表面变得凹凸不平并有龟裂纹,导致半焦的反应性增加。在对低阶煤热解过程中,Fe2O3和CaO的催化作用具有一定的协同性。     

煤—焦炉气共热解特性及其增油减水方法研究

介绍了一种实现煤高产,洁净利用新途径－煤－焦炉气共热解的工艺过程,经济技术评价,应用前景以及近期研究结果,在实验的基础上,进一步证实了用焦炉气代替纯氢进行加氢热解的可行性及优越性,固定床热解实验及产品分析结果表明,与相同氢分压下的加氢热解相比,煤－焦炉共热解半焦和焦油收率以及脱硫率的均有所增加,而且焦油质量明显改善,但水分也有所增加,在煤－焦炉气共解中添加少量废塑料可达到增加焦油收率降低热解水分的     

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.     

半焦床层温度对煤-半焦耦合热解制取低温焦油的影响

以半焦在相对高温下发生缩聚反应析出的氢作为氢源,在同一反应器内实现了煤-半焦耦合条件下的含氢气氛煤解聚过程,研究了半焦床层在不同温度(650℃,700℃和750℃)下对煤热解产物分布及其品质的影响.结果表明:耦合热解(CSP)过程较单煤热解(CP)过程的焦油产量增加,且随着半焦床层温度的升高而逐渐增大,750℃时焦油收率提高了16%.焦油模拟蒸馏实验表明,耦合热解过程的焦油中轻质组分含量增加,沥青组分含量显著减少,半焦床层温度在650℃(CSP650),700℃(CSP700)和750℃(CSP750)时,CSP过程沥青含量比CP过程沥青含量分别降低了28.83%,40.77%和44.28%.焦油的GC×GC-MS联用实验表明,耦合热解焦油的芳香环侧链取代结构物质含量增加.原煤半焦的TG-MS实验表明,半焦在高温热解时由于发生裂解、缩聚反应而析出H_2和CH_4,这是本研究中加氢热解的氢源.