流化床中低阶煤热解产物分布和特性研究

作     者：曾令鹏 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢放华;高士秋;许光文

授予年度：2013年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：低阶煤 复合流化床 多层床 煤热解 油气品质 半焦(兰炭) 

摘      要：我国的低阶煤储量丰富，约占煤炭储量的50%。低阶煤普遍具有挥发分高、化学反应性好等特点，是理想的化工、冶金原料。现有低阶煤利用技术主要为燃烧或气化，没有充分利用低阶煤中的高挥发分。本课题针对低阶煤热解提质，系统研究了复合流化床煤热解获取高品质半焦(兰炭)和油气的工艺条件及产物分布，并对多层床煤热解提高油气品质的机理进行了模拟实验研究，以期为低阶煤热解气化新工艺的建立提供基础数据。具体的研究内容及获得的主要研究结果有以下两部分： 第一部分为复合流化床低阶煤热解气化工艺条件与产物分析研究。考察了过量空气系数(ER)、流化床气化温度、输送床热解温度、停留时间、进料位置对低阶煤热解气化产物分配及特性的影响。揭示制备兰炭要求的工艺条件，同时联产高品质焦油和热解气。结果表明：(1)产物分布：ER增加，半焦和焦油产率降低，气体产率显著升高，且热解过程中氧化反应越彻底，氧气与碳、焦油、可燃性气体发生反应生成更多的CO2、CO和H2O;流化床中的高温促进了焦油的二次裂解和输送床半焦对焦油的重整，使H2、CH4等气体产率增加;随输送床热解温度的升高，焦油产率先升高后降低，半焦产率降低，气体产率升高;停留时间延长，增加了焦油的二次裂解，致使焦油产率减少、气体产率增加。(2)工艺条件：流化床中温度为850℃(900℃或950℃)，半焦停留时间为180s，过量空气系数为0.15(0.2)时，流化床收集的半焦中固定碳含量都高于82%，符合兰炭标准。(3)焦油组成：ER增大，焦油轻质组分先增加后减少，ER=0.15时达到最大;长停留时间和高温有利于焦油中重质组分被裂解成轻质组分。 第二部分为多层床煤热解提高油气品质的机理研究。利用两段固定床对三层床煤依次经过450℃低温、650℃中温和900℃高温的分级热解过程进行模拟实验，分别研究了上两段中低温和下两段中高温热解相邻两段之间的相互作用，揭示了多层床煤热解提高油气品质的机理。通过中低温热解的相互作用，焦油中轻质组分(沸点低于360℃的馏分)含量增加，热解气中CH4含量增加，H2含量减小，说明中低温热解主要通过半焦对热解产物的原位催化提质作用而提高焦油品质。通过中高温热解的相互作用，焦油收率和焦油中轻质组分含量增加，CH4和CO含量升高，H2含量下降，表示中高温热解的主要作用是在富含H2气氛下热解提高焦油收率和品质。实验结果表明，多层床煤热解主要通过半焦的原位催化提质和富H2气氛的协同作用而提高热解油气品质。