低阶煤无热载体快速热解炉工艺试验研究

为实现煤炭热解分质梯级利用,提出了低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺,以印尼褐煤为研究对象,对无热载体粉煤快速热解工艺所产焦油、热解气、半焦等进行分析,验证低阶煤无热载体热解炉工艺的技术可行性。结果表明,试验煤种经低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺处理后热解焦油产率达11.84%、热解气产率14.08%,半焦产率64.97%,其中焦油产率比格金干馏试验提高了1.49%,半焦发热量较原煤提高了2.63 MJ/kg,热解气有效气体含量达80%以上。表明该低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺具有热解温度可区域精确控制、热解速度快、焦油产率高、产品品质好等优点。     

低阶煤催化热解研究进展及展望

为推动煤催化热解技术的发展,论述了金属类催化剂、负载类催化剂和煤基催化剂的催化机理及其对煤热解转化特性、产物分布的影响。根据催化机理不同,将煤催化热解工艺分为直接催化热解工艺、间接催化热解工艺和热解产物催化热解工艺,并论述了各工艺的研究现状。过渡金属、分子筛可改变低阶煤热解产物分布,提高焦油产率;金属氧化物催化剂可提高热解转化率,调节气体产品分布,提高气相产品收率。液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,提高热解焦油产率,影响气相产物分布。首次提出煤直接液化残渣与煤混合热解所产生的正协同作用也可看成是一种对煤热解的正向催化。     

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...     

低阶煤热转化产品特性影响因素研究及展望

为实现低阶煤的高效利用,论述了变质程度、煤岩组成、水分等原料煤性质及升温速率、热解终温、压力、气氛等热转化工艺条件对低阶煤热转化产品特性影响的研究进展,分析了各条件下低阶煤热转化产品产率、品质差异,提出了低阶煤适宜转化利用的途径及建议。影响低阶煤热解因素众多,外因热加工条件和内因原料煤性质均明显影响低阶煤热解产品组成和品质,以热解为龙头的低阶煤分级转化多联产产业链是实现我国低阶煤资源合理利用的适宜方式。提出应深入开展低阶煤热转化过程基础科学研究,从分子角度揭示低阶煤热转化过程自由基/官能团裂解、迁移、聚合规律;以热解为先导,分级分质将低阶煤中的挥发分转化为油气资源,并将煤气、半焦、焦油深加工转化为高级产品,实现低阶煤综合利用多联产产业链。     

煤原位热解研究进展

煤热解是煤炭热转化利用中最初和必经的阶段,煤受热分解会产生煤气、焦油及半焦产品等,是目前我国化工原料和能源燃料的重要来源。由于一次热解是煤热解过程的重要步骤之一,大部分的煤热解产物都直接或间接地来源于一次热解,而一次热解产物的产率和性质直接影响到二次热解对目的产物的定向调控,故二次调控对提高煤热解产物产率具有一定的局限性。笔者提出了煤原位热解的概念,以提高煤热解产物产率为目的,从直接影响煤一次热解的角度出发,对煤不同的预处理方法,包括热预处理、水热预处理、溶剂溶胀预处理、离子液体预处理以及溶胀同步负载金属离子预处理等方法进行论述,并讨论了温度、压力、热解气氛、停留时间、粒径等工艺参数条件对煤原位热解的影响,最后对未来煤热解工艺技术的发展趋势进行展望,在继续探索煤热解机理的基础上,研究不同煤预处理方式与不同工艺参数条件的优势结合,同时发展对应的煤热解工艺技术,努力提高煤原位热解的产物收率,减少环境污染。     

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.     

N_2保护下热预处理对胜利褐煤热解产物分布的影响

采用管式炉反应器在惰性气氛下对胜利褐煤进行脱氧预处理,研究了热预处理对褐煤热解产物半焦产率、焦油产率及气态产物的影响。结果表明:热预处理使得煤半焦产率明显降低,焦油产率升高,气体生成量大于原煤。在600℃热解时,半焦产率最小,焦油产率最大。褐煤中含氧官能团之间的氢键会使得交联反应增加。     

低阶煤分质利用转化路线的现状分析及展望

为系统了解国内低阶煤分质利用的产物应用现状和技术发展趋势,介绍了低阶煤分质利用的工艺路线与转化路径,并对煤炭热解产生的3种主要产物(煤焦油、热解煤气、半焦)及其工业化应用现状作了阐述。总结了煤焦油、热解煤气和半焦的利用去向,并剖析了低阶煤分质利用目前存在的关键技术问题,提出了未来重点研究方向,还对发展前景进行了展望。通过分析,认为依据我国煤炭资源的分布、低阶煤的储量及其特点,以及国家对煤炭能源政策的引导,在攻克众多共性关键难题的情况下,低阶煤分质利用宜作为上游工序,同时下游配套煤-电-化一体化项目,这种园区项目组团模式的煤炭分质清洁利用将是实现低阶煤利用互利共赢的最佳方式。     

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。     

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。     

低阶煤与浒苔低温共热解产物特性研究

采用自行设计的低温干馏装置,将不同配比下的低阶煤-浒苔混合物进行低温共热解,考察随着浒苔配入量的增加各热解产物的产率和品质的变化.结果表明,当浒苔配入量为30%时,焦油产率达到最大值11.39%,比低阶煤单独热解提高了28.61%.此时,热解焦油中烷烃类含量为48.66%,酚类含量为9.12%,明显高于原始焦油中相应组分的含量,热解焦油的n(H)∶n(C)提高了9.87%,表明热解焦油达到了一定程度的轻质化.同时煤气成分中CH4和H2的含量有所增大.SEM检测显示,混合热解时半焦表面变得粗糙,形成了明显的裂纹中心.混合热解的半焦热值相对于浒苔单独热解的半焦热值有显著提高.     

高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展

我国碱金属、碱土金属(AAEM)含量高的低阶煤储量丰富。高碱含量造成锅炉受热面结渣沾污及气化炉结块腐蚀等难题,低阶煤内水高、氧含量高、挥发分高、发热量低以及易氧化自燃等特性为其储、运、用带来极大的难题。热解可生产优质燃料和高附加值化工原料,也是燃烧、气化、直接液化等过程的起始阶段和/或伴随反应,煤在热解阶段发生的反应、经历的变化,对煤转化利用的效率和清洁程度起重要、甚至决定性作用。笔者对煤热解与热解半焦研究及进展进行综述性评价,着重探讨煤中AAEM对热解过程及半焦的影响。结果表明,热解研究装置模拟的工况与现代煤化工过程中煤热解所处环境相差甚远,半焦样的代表性不强使热解研究成果的指导意义不大;对煤中不同赋存形态AAEM的分离方法有待完善,还需筛选、尝试新的萃取试剂;基本掌握了煤热解过程中AAEM的变迁行为,但尚缺乏控制煤中AAEM危害的有效方法。高碱低阶煤的安全高效洁净转化利用技术仍待突破。     

低阶煤热解-气化-燃烧TBCFB系统模拟及优化

三塔式循环流化床（TBCFB）是基于低阶煤分质转化利用理念开发的新型工艺系统,包含热解、气化及燃烧三个主反应器。提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为循环热载体的新工艺,并使用Aspen Plus建立了基于半焦颗粒的TBCFB系统模拟流程,寻求系统内物料转化和能量利用的适宜操作条件。结果表明,只需燃烧40%的热解半焦,即可满足低阶煤在600℃热解和60%的热解半焦在800.9℃进行水蒸气气化所需热量;与石英砂或高温灰相比,利用热容较高的半焦颗粒作为循环介质可以显著降低热载体循环量,与原煤质量比仅为5.5。综合气化产物组成、低热值和冷煤气效率等指标,适宜的水蒸气与反应半焦质量比为1.5。上述模拟结果对半焦循环TBCFB新技术的工业应用具有一定指导意义。     

甘蔗渣与褐煤共热解半焦的特性

利用自制的干馏装置进行褐煤与甘蔗渣的低温共热解实验,并探究甘蔗渣的添加量对热解产物产率及半焦品质的影响。研究结果表明,在甘蔗渣掺混比为20%时,产物产率的实验值与理论值偏差达到最大,此时焦油产率的实验值比理论值高出9.61%;FTIR检测表明半焦中主要含有-OH、C=C和C=O官能团,且甘蔗渣的添加能促进半焦中苯类化合物转化为其他类低分子化合物;SEM检测表明褐煤与甘蔗渣共热解半焦比煤样单独热解半焦孔隙发达;BET分析表明甘蔗渣与褐煤的相互作用不仅能提高共热解半焦比表面积,而且能改善孔径分布,使共热解半焦孔径有减小的趋势。半焦吸附重金属离子实验表明未经任何处理的煤半焦及甘蔗渣半焦对铅离子去除率分别达到78.42%和87.80%。     

南台子煤催化加氢热解产物分布的初步研究

以新疆伊犁南台子煤为考察对象,在常压固定床反应器上和温度500℃～700℃范围内,系统研究了以氧化铁为主催化剂和硫为助剂时,催化加氢热解过程中产物的分布.结果表明,氧化铁的加入最高可使焦油产率增加约2％,半焦产率下降约4％,水产率增加约4％,气产率略有降低.助剂硫的加入有利于与铁生成Fe1-xS,从而有利于煤的催化加氢热解.     

50MW循环流化床煤炭分级转化多联产技术开发

为了进一步推进煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用,实现煤炭清洁高效资源化利用,通过试验研究和理论分析相结合的方法,利用1 MW流化床热解分级转化工业示范装置对煤炭热解分级转化产物的释放及其组分分布特性进行研究,分析了温度、煤种特性对挥发产物煤气产率、焦油产率、煤气组分、煤气热值等的影响,并对煤炭热解-燃烧双流化床协同耦合运行调控特性进行研究,最后以获得的1 MW流化床热解分级转化过程的相关产物转化特性参数及运行特性参数为基础,进行了50 MW循环流化床煤热解燃烧多联产工艺装置设计开发。结果表明,该装置煤气主要成分CH_4与H_2含量分别高达41.97%、28.32%,设计煤种条件下焦油产量3.16 t/h,煤气产量35 262 Nm~3/h,煤气热值达到26.7 MJ/Nm~3,焦油提取率达到90%以上,实现了较高的煤气热值与焦油回收率,为煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用提供借鉴。     

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。     

低阶煤热解影响因素及其工艺技术研究进展

我国低阶煤储量巨大,全组分高效利用煤炭资源有助于确保我国能源安全,低阶煤热解可得到高值化的煤气、焦油以及半焦,实现其高值化梯级利用。通过低阶煤热解过程3个阶段阐明了其热解机理,分析了煤阶、温度、粒径、升温速率、气氛等热解条件以及酸洗、水热、溶胀、离子液体等预处理方法对低阶煤热解反应特性的影响。催化热解通过定向调控获取高品质热解产物,基于催化剂特性的差异和催化行为的不同,分类梳理了不同催化剂对低阶煤催化热解的影响,包括分子筛、过渡金属化合物、碱金属化合物、天然矿石等。在论述低阶煤热解技术的研究现状和最新进展的基础上,对低阶煤固体热载体、气体热载体以及内构件移动床热解工艺技术进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望,以促进我国低阶煤热解技术的发展。     

低阶煤热解-气化-燃烧TBCFB系统模拟及优化

三塔式循环流化床(TBCFB)是基于低阶煤分质转化利用理念开发的新型工艺系统,包含热解、气化及燃烧三个主反应器。提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为循环热载体的新工艺,并使用Aspen Plus建立了基于半焦颗粒的TBCFB系统模拟流程,寻求系统内物料转化和能量利用的适宜操作条件。结果表明,只需燃烧40%的热解半焦,即可满足低阶煤在600℃热解和60%的热解半焦在800.9℃进行水蒸气气化所需热量;与石英砂或高温灰相比,利用热容较高的半焦颗粒作为循环介质可以显著降低热载体循环量,与原煤质量比仅为5.5。综合气化产物组成、低热值和冷煤气效率等指标,适宜的水蒸气与反应半焦质量比为1.5。上述模拟结果对半焦循环TBCFB新技术的工业应用具有一定指导意义。     

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。