煤催化加氢气化研究进展

煤加氢气化制天然气技术具有工艺路径短、热效率高等优点,其应用基础研究备受关注。但煤中存在部分致密的芳香碳结构,加氢反应性较差,即使在苛刻的反应条件下(~1 000℃、~7 MPa H_2),仍难以转化。通过引入催化剂,进行煤催化加氢气化可在温和的反应条件下实现煤的碳转化率和CH_4收率的同步提高。论述了碱金属(K、Na等)、碱土金属(Ca)和过渡金属(Fe、Co、Ni等)催化剂对模型碳加氢气化的催化作用原理。探讨了反应温度、氢气压力、和碳结构对C-H_2催化反应的影响规律,分析了适用于原煤催化加氢气化的最佳催化剂及工艺条件,并从CH_4和轻质液体焦油等产物生成规律、煤中碳结构随着反应进行的衍变过程等角度,讨论了催化剂分别对煤加氢热解和热解半焦加氢气化的催化作用行为。提出了煤催化加氢气化联产CH_4和轻质液体焦油技术从基础走向应用的进一步研究建议。现有研究结果表明,过渡金属与碱土金属组成的二元催化剂(Fe/Co/Ni-Ca)对煤加氢气化的活性较高。过渡金属元素在反应过程中主要提供C-H_2反应所需的活性氢,并削弱C—C键的键能;碱土金属元素Ca主要促进Fe/Co/Ni的分散,防止其发生硫中毒失活,并增强Fe/Co/Ni与碳之间的相互作用。温度升高一方面为化学键断裂过程提供了更高能量,加速C-H_2反应,另一方面促进催化剂在煤结构中扩散,提升催化剂的供氢和断键效率。升高压力促进了活性氢的供应,同时CH_4浓度得到稀释,反应向生成CH_4的方向移动。以5%Co-1%Ca为催化剂,在850℃、3 MPa H_2反应条件下,30 min内可同时达到90.0%的碳转化率和77.3%的CH_4收率。Co-Ca催化剂在煤加氢热解过程中具有催化解聚和催化加氢的作用,提高焦油和CH_4收率,同时催化剂在煤加氢热解过程中对煤结构产生催化活化作用,使得生成的半焦具有较高的气化活性。煤催化加氢气化的机理研究目前仍处于推测阶段,另外,该技术气化剂、煤种的适应性,催化剂循环利用性能有待进一步阐明。     

固体热载体煤热解过程中氮的迁移

在固体热载体煤热解实验装置上考察了石英砂、燃烧灰和气化半焦为热载体对煤热解过程中氮迁移的影响.固体热载体煤热解过程中,热解温度升高有利于煤中挥发分析出,可以促进煤中含氮官能团发生断键,利于氮的脱除.快速热解可促进煤中氮脱除生成HCN和NH3.分别以石英砂、燃烧灰和气化半焦为热载体,研究表明:热载体中矿物质可促进焦油氮分...     

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.     

对CFB燃烧_煤热解多联产工艺过程的开发

在处理量为1kg煤的间歇式固体热载体热解装置上,以高挥发份烟煤为原料,石英砂作热载体,进行热解特性评价实验。结果表明,提高混合热解温度,气体产率有所增加。温度高于560℃时焦油产率可达9%(wt)～11%(wt)。通过模拟炉前低温干馏过程,以高硫的坪石煤为原料,发现循环灰具有明显的固硫作用,热解产生的大部分气相硫被固定在灰中。同时,结合实验室前期的研究结果以及正在进行的多联产中试试验,对CFB燃烧/煤热解多联产工艺过程开发中的关键技术问题的解决方案,如组合式U型返料器开发、反应器压力的控制方式、体系平衡关系的建立等进行了探讨。     

多射流锥形对撞流气流床流场特性实验及模拟研究

为了考察多射流锥形对撞煤加氢气流床内的冷态流场情况,以3 t/d的热态煤加氢气化炉为依据建立了气流床冷模装置。使用三维动态颗粒分析仪(3D-PDA)对气流床内的速度场进行了测量,同时使用Fluent软件,采用κ-ε模型对气流床内的流动情况进行了模拟研究,模拟结果与实验结果能较好地吻合。结果显示:多射流锥形对撞气流床内的流体流动分为对撞区、射流区、回流区和管流区,在考察范围内,随着进气速度的增加,回流区的体积占比先增大后减小;随中心喷嘴携带气速度的增加,射流区速度增大,且较进气速度的影响更为敏感;适当增加进气角度,则会降低射流区速度,增大回流区体积。     

兰炭废水资源化预处理技术研究进展

以中低温干馏为核心工艺的低阶煤分质分级利用对我国实现煤炭清洁高效利用、锚定“双碳”目标具有重大意义。然而,兰炭废水“四高一少”的组成特征给预处理工艺中乳化油、氨和酚的综合治理带来难题,成为限制该行业发展的主要瓶颈之一。基于兰炭废水脱油除尘和酚氨回收2个工段,分类阐述了国内外对含油废水、煤化工废水的研究现状,结合工业运行现状和兰炭废水的水质特征,对比分析了各类技术应用于兰炭废水预处理时的难点,探讨了兰炭废水乳化油、氨和酚资源化处理的研究前景。     

反应气氛对碳酸钾催化煤加压热解特性的影响

以内蒙古不连沟次烟煤为原料,在加压热解装置中考察了530℃,3.5MPa条件下热解气氛(N_2+H_2,N_2+H_2O和N_2+H_2O+H_2)对碳酸钾催化剂催化煤热解产物产率及性质的影响.结果表明:碳酸钾的分解以及碳酸钾催化剂促进煤中含氧官能团的断裂,导致大量CO_2的产生;与N_2气氛下催化热解相比,N_2+H_2和N_2+H_2O气氛促进了焦油和CH_4的生成;在N_2+H_2O+H_2气氛下热解,焦油产率进一步增至7.62%,CH_4产率增至2.06%;相同气氛下有/无催化剂的热解实验结果表明,H_2对碳酸钾催化剂的催化作用影响较小,H_2O气氛下碳酸钾能促进碳水气化反应的进行;实验考察范围内,气氛的改变对热解半焦的比表面积及其气化反应特性的影响较小.