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。     

神府煤固体热载体法快速热解的研究

固体热载体法低温快速干馏(或称快速热解)是一项对褐煤、油页岩和长焰煤进行综合加工利用的正在开发的新工艺。为此,我们在实验室建成了10kg/h处理量的连续实验装置,并对国内多种褐煤、油页岩及神府长焰煤进行了实验和评价,得到了较理想的结果。本文就神府长焰煤的结果,对该工艺的特点、原料煤热解特性、产品分布、组成、性状及加工利用等问题进行分析和讨论。     

南宁褐煤固体热载体快速热解研究

在实验室１０ｋｇ／ｈ处理量的连续实验装置上,以南宁褐煤为原料,进行了快速热解实验。实验结果表明,利用劣质的南宁褐煤,可以生产符合城市煤气标准的中热值煤气、轻质焦油和活性半焦。重点分析和讨论了工艺特点、原料煤热解特性、产品分布、组成、性状及加工利用等问题。     

炉前干馏过程中煤与热载体混合方式的研究

在热解反应器的上部设置混合段 ,在混合段内安装几层特制的挡板 ,固体热载体与煤颗粒在进入热解反应器之前先进入混合段 ,在挡板的作用下依靠重力进行快速分散、混合 ,然后落入反应器内进行热解反应 .实验在 1 kg煤～ 1 0 kg热载体的间歇粉煤快速热解反应装置上进行 ,并与用螺旋搅拌桨进行搅拌混合的热解实验结果进行了比较 .结果表明 ,在混合段内设置几层挡板是一种非常有效的混合方式 ,可以被用于炉前低温干馏过程 .     

铁镍复合助剂对煤热解过程中氮迁移规律的影响

为了减少煤炭燃烧过程中NO_x的排放,在管式炉中进行了煤与金属助剂（FeCl₃、NiCl₂）的热解实验,研究了助剂负载量、热解温度、助剂添加方式对氮迁移及N₂产率的影响并且对复合助剂作用机理进行了探讨。结果表明：随着助剂负载量的增加,氮脱除率及N₂产率呈现先增加后趋于稳定的趋势,且负载量以0.8%Fe复合1.0%Ni为最佳。在700~1000℃的热解温度范围内氮脱除率及N₂产率随热解温度的增加而增加。对煤进行溶胀处理添加复合助剂后,氮脱除率及N₂产率要优于未经处理的煤样。铁基助剂与镍基助剂在催化煤热解氮迁移过程中形成互补,铁基助剂的添加增加了镍基助剂的活性,弥补了单助剂的劣势,且复合助剂相比于单助剂有更强的氮脱除效果并且N₂产率达到最高39%。铁镍复合助剂对煤中N-5转化为N₂的催化效果更加明显,因为复合助剂对吡咯的内氢转移和开环有更强的催化作用。本研究能够为煤炭洁净化利用提供理论和实验依据。     

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.     

煤热解过程中氮元素迁移规律影响因素

由于散煤燃烧会造成严重的环境污染,尤其是其排放的氮氧化物对大气环境破坏严重,煤热解作为煤燃烧、气化的伴随过程,具有重要的研究意义,而探究煤中氮元素在热解过程中的迁移规律,了解氮氧化物前驱物的生成条件对后续含氮污染物的控制起到决定性作用,在实际的热解过程中,多种因素共同制约着含氮物相的迁移方向,通过煤阶、粒径、热解温度、矿物质种类这些影响因素,可以得到:煤阶越高,挥发分越不易析出,在一定程度上,高煤化度煤氮易留在焦中,中等煤化度煤氮则易于进入挥发分中,煤颗粒粒径越大,挥发分也同样不易析出,而热解温度则对挥发氮和焦氮形成均有促进作用,不同金属离子对含氮物相析出有不同的效果。     

年轻煤固体热载体低温干馏

在热的粉焦为热载体的１０ｋｇ／ｈ装置上进行了三种褐煤和神府煤的干馏实验,获得了质量的煤气,焦油和半焦产品,该产品洁净能源和化工原料,简介了１５０ｔ／ｄ平庄工业试验装置,讨论了此技术用于循环发电等的可能性,实验结果表明,新法干馏的条件温和,投资省,是有竞争力的技术。     

固体热载体法褐煤热解过程中的传质传热特性

为揭示在固定床反应器中固体热载体法快速热解褐煤工艺过程中的热、质传递机理,建立了固体热载体法褐煤热解过程中的传质传热模型。模型包括球型颗粒的一维非稳态导热方程和基于分布活化能模型的动力学模块,分别采用有限容积法与Matlab软件中遗传算法工具箱对二者进行数值计算。通过呼伦贝尔褐煤热重实验数据与温度测定实验数据分别验证了预测的动力学参数及颗粒传热模型结果。研究发现,热、质变化在固体热载体法褐煤热解工艺中呈现复杂的耦合特性。此外,考察了在不同初始温度、热载体进料比与煤颗粒半径条件下,褐煤在热解过程中颗粒内部温度场在径向上随时间的变化规律,并分析了产物释放速率与温度场的关联性,结果表明热历程改变是工艺条件对热解产物分布造成影响的根本原因。     

褐煤固体热载体热解提质工艺进展

介绍了国内外几种典型的褐煤固体热载体热解提质工艺,并从原理、操作条件、原料、热解产品、能量利用率、局限性等方面对各种工艺进行了分析对比;分析了工业上常用的固体热载体的优缺点,提出了褐煤固体热载体热解技术的发展方向。     

固体热载体热解中传热行为的Fluent模拟和实验

固体热载体热解(SHC)和外热式普通热解(CP)由于传热方式和热解挥发物经历温度场的不同,其传热行为和热解行为存在较大差异。采用小型密闭固定床反应器,以核桃壳(WS)为原料、石英砂(QS)为固体热载体,在石英砂预热温度800℃、QS与WS质量比9∶1条件下研究了传热行为和热解规律。采用实验和Fluent模拟两种方式研究了固体热载体热解过程的传热行为,并将温度场解耦为热解温度(T_WS)和挥发物温度(T_QS-h)。研究结果表明:相比于模拟所得的T_WS和T_QS-h最大值(490和612℃),实验数据(460和508℃)更小,实验过程存在散热现象。T_WS平均值■和T_QS-h平均值■的温差的实验值和模拟值分别为39和72℃,说明低温挥发物在逸出过程中经过高温石英砂层时发生剧烈的二次反应。相比于CP,SHC热解方式下的焦炭得率和气体得率更高,分别为67.42%和12.51%;油得率和水得率更低,分别为8.69%和11.38%。同时,SHC热解方式下的油中极轻馏分(VL...     

煤中固有矿物质在热解过程中对氮释放的影响

采用管式炉固定床反应器,考察了平朔煤( PS)、神木煤( SM)和阳城煤( YC)三种不同变质程度的煤种在热解过程中的HCN和NH3 释放规律,主要讨论煤中所固有的矿物质在这一过程中对氮分配的影响.结果表明:不同变质程度的煤种脱除矿物质后,均表现为热解过程中的NH3释放量减少,其减少程度与灰分的性质有关;而HCN的释放与煤中矿物质的关系却受煤变质程度的影响;同时矿物质对不同形态氮的分配也有明显的作用.     

煤热解过程中氮、硫析出形态的研究进展

综述了煤中氮、硫元素的赋存形态及其在煤热解过程中析出形态的研究进展，讨论了温度、压力和煤阶等因素对氮、硫在热解产物中赋存形态的影响，同时给出了一些含氮、硫化合物的可能生成途径。指出应大力加强煤热解过程中氮、硫析出形态的研究，以实现煤的洁净利用。     

煤热解多联产技术述评

集燃烧和热解工艺于一体的煤热解多联产技术是我国煤资源的有效利用方式之一。介绍了煤热解多联产技术的工作原理;论述并对比了以流化床、移动床、焦热载体为热解基础的煤热解多联产典型工艺技术特点;指出:煤热解多联产工艺技术更适合于挥发性高的低阶煤种,该技术已建有小型工业化生产示范装置,具备商业化生产应用的技术基础。     

球型固体热载体煤粉热解过程传热计算及分析

为了优化球型固体热载体煤粉热解反应器和操作条件,建立了热载体球煤粉热解过程的传热模型。计算了不同热载体与煤质量比、热载体初始温度及煤粒径下的煤颗粒温度分布。结果表明:增加质量比、提高热载体的初始温度能够提高煤热解平衡温度,缩短达到平衡温度所需时间;减少煤粒径同样可以缩短达到热解平衡温度所需时间。在热载体初始温度973.15 K,煤初始温度373.15 K,热载体与煤质量比大于4时,煤热解温度才能高于732 K。     

神府煤热解中试过程中硫、氮迁移分布探讨

在低阶煤新型热解工艺中试研究的基础上,探讨了不同温度条件下煤热解过程中硫、氮在半焦、焦油、煤气三大产品中的迁移分布情况。研究结果表明:煤中硫、氮的迁移直接受热解温度、煤阶以及硫、氮在煤中的赋存形式的影响;热解终温达到500℃后,硫的产物分布趋于稳定,大部分硫主要滞留于半焦中,焦油中硫的分布较少;热解终温达550℃时,有半数左右的氮仍滞留于半焦中,释放出的含氮产物中,HCN和NH_3所占的比例较少,大部分以焦油氮和N_2的形式分布于热解产物中。     

淖毛湖煤在热解过程中钠的迁移转化规律

采用立式管式炉对淖毛湖原煤和洗煤进行热解,利用电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）等检测手段研究了淖毛湖煤在不同热解温度下碱金属钠的析出特性及不同赋存形态之间的迁移转化规律。结果表明：乙酸铵洗煤和盐酸洗煤的不溶钠在热解过程中会向乙酸铵溶钠和酸溶钠转化,其中钠的挥发性呈现增加的趋势,释放量在3%～24%;而水洗煤在热解过程中钠会从水溶态、乙酸铵溶态和酸溶态向不溶态和气相迁移转化。原煤中钠主要以水溶态为主,在热解过程中水溶钠会向其他形态转化,其中钠的挥发性先减少后增加,在600℃达到最低。低温下钠的挥发来自乙酸铵溶钠的分解,高温下水溶钠和酸溶钠会进入气相,使得原煤和洗煤在800℃时钠的挥发速率增加。     

固体热载体热解煤中氮的迁移特性

在固体热载体快速热解装置上考察了锅炉循环灰对内蒙古羊市塔烟煤热解过程中氮的迁移转化特性的影响.结果表明,在考察温度(530℃~660℃)内,在气相氮中仅含有HCN和NH3,无N2产生.循环灰对煤结构及焦油分子中氮杂环的裂解没有催化作用,与惰性石英砂作为热载体的实验结果相比,热解温度600℃时,循环灰作为热载体使气相中HCN-N和NH3-N的产率分别降低了24.53%和29.86%.并通过向惰性石英砂中添加碱性矿物质对循环灰中影响煤热解过程中气相氮释放的主要物质进行了考察.     

基于循环灰热载体煤热解的固-固颗粒冷态混合特性

以开发循环流化床（CFB）燃烧/煤热解分级转化工艺为应用背景,为在移动床混合段内利用有限高度空间达到理想的灰/煤混合效果,建立了内置锥面形挡板结构的固-固冷态混合实验装置,并对颗粒的混合特性进行了研究。分别以石英砂和硅胶模拟CFB循环灰和煤,采用挡板重力混合的方法,探究了挡板角度、层数、放置方式（对向和旋转放置）以及物料混合比等因素对混合效果的影响,并与机械混合实验进行了对比。结果表明,在混合过程中颗粒的混合和分散是并存的,旋转放置30°的挡板层数越多,硅胶和石英砂颗粒混合越均匀,混合物料中石英砂比例越高,混合效果越好。通过优化挡板结构及设置方式强化对流混合和剪切混合可明显改善固-固混合效果。虽然与机械混合相比,挡板混合效果略差,但在一定操作范围内仍可满足灰/煤混合热解工艺的要求。