煙煤熱解半焦氣化特性的研究.pdf

1、煤炭分級轉化多聯產利用技術依據煤中的不同組分所具有不同的組成特性及反應特性，通過有機集成熱解氣化及燃燒過程實現煤炭的分級轉化分質利用，提高了煤炭資源的利用效率，是有望實現我國復雜多變的煤炭資源高效潔凈利用技術之一。浙江大學針對富含焦油的高揮發(fā)分煤炭所提出的雙流化床煤熱解半焦氣化分級轉化多聯產技術，將煤的流化床熱解和循環(huán)流化床氣化過程有機結合，把煤中富氫揮發(fā)分轉化為熱解煤氣和焦油，而半焦則經氣化生成合成氣，所獲焦油可通過加氫制取燃料油或提

2、取高價值產品，而產生的熱解煤氣和合成氣則用于后續(xù)高價值產品如甲醇、燃料油等的合成，從而降低煤炭轉化能耗，提高轉化效率。本文在系統模擬并分析了該煤熱解半焦氣化多聯產工藝系統基礎上重點開展了典型煙煤熱解半焦氣化特性的機理和實驗研究。
　　首先，在Aspen Plus軟件平臺上開展了燥熱解半焦氣化煤炭分級轉化多聯產利用系統的全流程模擬，獲得了系統效率、各產品生產特性以及設備投資等性能參數。并與常規(guī)的煤完全氣化費托合成液體燃料多聯產系統進

3、行了對比。結果表明，227 t/h榆林煙煤給煤量的煤熱解半焦氣化煤炭分級轉化多聯產利用系統可生產燃料油15 t/h，甲醇27 t/h，電力51萬kWh，系統效率可達51％左右。與同等煤處理規(guī)模的煤干粉氣流床完全氣化費托合成液體燃料多聯產系統相比，在系統效率和建設投資等方面具有明顯優(yōu)勢。其主要原因是由于將煤中所含焦油通過低能耗熱載體熱解過程提取出來后采用較低能耗和水耗的焦油加氫制取液體燃料油，同時循環(huán)流化床半焦氣化技術的綜合氧耗較低。系統

4、分析表明雙流化床煤熱解半焦氣化分級轉化分質利用多聯產系統具有燃料適應性好、氧耗和水耗低、制油成本低、系統效率高等優(yōu)點。
　　其次，在經改造的熱天平實驗裝置上開展了常壓和加壓條件下典型煙煤熱解半焦的氣化反應動力學特性實驗研究，獲得了流化床熱解制取的熱解半焦在H2O和CO2混合，以及在H2O、 CO2、 H2和CO多種氣體混合氣氛下的氣化反應動力學特性實驗結果。結合實驗結果，采用均相反應模型和Langmuir-Hinshelwood(

5、L-H)模型聯立預測了半焦氣化的反應速率，分析了壓力對半焦氣化速率的影響，求取了常壓和加壓條件下L-H模型的各動力學參數，并驗證了不共用活性位和共用活性位反應機理的正確性。結果表明，在常壓下，不論是在H2O和CO2混合還是在H2O、 CO2、 H2和CO混合氣氛下，共用活性位L-H模型均更符合實驗結果，即共用活性位反應機理正確。而在加壓下，共用活性位或不共用活性位L-H模型均不能預測實驗結果?；诖?，提出了修正L-H模型，可以較為準確地

6、預測加壓條件下半焦在H2O和CO2混合或是在H2O、 CO2、 H2、 CO混合氣氛下的氣化反應速率。此外，實驗還發(fā)現氣化過程中半焦-CO2反應會抑制半焦-H2O反應。
　　然后，研究了熱解溫度和熱解氣氛對熱解半焦及其氣化特性的影響。在常壓鼓泡流化床實驗臺上制取了N2和模擬熱解氣氣氛下不同熱解溫度的典型煙煤熱解半焦。采用掃描電子顯微鏡、激光拉曼光譜和傅立葉-紅外光譜等手段表征了半焦孔隙結構等理化特性。結果表明，熱解溫度的升高使得半

7、焦的表面孔隙結構更加豐富，且半焦中碳的石墨化/無序化程度更深，同時分析結果表明相較N2氣氛，熱解氣氣氛對半焦的碳形態(tài)和表面官能團均產生了明顯影響。在改造后的熱天平上的氣化實驗結果表明，熱解氣氛下制得的半焦的H2O或CO2氣化速率均低于N2氣氛下制得的半焦，這可能是由于CO的歧化反應和H2與含O結構的反應所導致的。
　　最后，在所建的循環(huán)流化床實驗臺上開展了半焦氣化的實驗研究，獲得了氣化溫度、氧焦質量比和汽焦質量比等運行參數對于半焦

8、氣化的影響特性。實驗結果表明，可以實現煙煤熱解半焦流化床氣化穩(wěn)定運行。隨著氣化溫度或氧焦質量比的提高，氣化氣可燃成分、低位熱值、氣化氣流量、碳轉化率和氣化爐冷煤氣效率均持續(xù)上升。隨著汽焦質量比的提高，氣化氣的可燃成分、低位熱值和氣化爐冷煤氣效率先略微上升然后迅速下降，而氣化氣流量和碳轉化率則持續(xù)下降。在不同實驗工況下，氣化氣有效成分、氣化氣流量、碳轉化率、氣化氣低位熱值和氣化爐冷煤氣效率最高約42％、7.7Nm3/h、94％、5 MJ/