固定床气化过程焦油生成影响因素的研究

作     者：臧雪晶 

作者单位：煤炭科学研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈亚飞;董卫果

授予年度：2020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：固定床气化 焦油生成 动力学 热力学 模拟研究 热重分析 影响因素 

摘      要：固定床气化作为三大主流气化技术之一,有其独特的优势,煤的固定床低焦油气化有很大的市场需求,因此,煤炭科学技术研究院有限公司正在开发低焦油固定床气化技术。本文旨在探究固定床气化焦油生成的影响因素,为后续进一步研究焦油的“抑制与“原位转化提供研究借鉴和基础支持。首先研究建立煤气化热力学模型,引入焦油模型化合物CHO,进行计算与分析,然后进行了固定床气化煤气化动力学与焦油热解动力学的系统研究,结合实验数据进行了固定床气化动力学的模拟研究,最后将主要因素对焦油产率与气化指标的协同影响进行了探讨,并用小试试验装置进行了初步验证。研究结果表明:(1)气化压力、温度、通入水蒸气对煤气中焦油含量有显著的影响。增大压力、提高温度、将水蒸气作为气化剂会降低焦油含量。(2)煤种的选择对挥发性有机物的析出有重要的影响。在同一反应条件下,低变质程度的煤更容易析出挥发性有机物与转化C,因此也更容易生成焦油。(3)煤粒径影响挥发性有机物的析出。通过调节粒径大小来改变析出挥发性有机物的总量,从而控制焦油的生成。(4)通过实验得到二氧化碳与碳的还原反应以及水蒸气分解反应的活化能分别为:40202J/mol、19544J/mol并用于后续模拟研究。(5)不同的干馏终温对焦油产率有较大的影响,实验表明,温度在600℃时焦油的生成是最多的,因此在固定床气化的干馏层中,控制好干馏层温度,对控制焦油的生成具有重要意义。(6)焦油的热重-质谱分析图表明不同的温度段下,焦油可裂解成为不同的小分子气体HO、CH、CH、CH、C、H、CO、CO进入到煤气中,将焦油难以利用的热量转化到煤气中,故控制好不同温度段可有利于实现焦油的有效转化与能量利用。(7)利用Aspen Plus进行气化动力学流程模拟发现:在气化过程的允许范围内适量提高空气配比、增加水蒸气通入量、提高压力均能降低焦油的产率。(8)加压气化炉与煤科低焦油气化炉的小试试烧试验结果表明:压力与炉型对焦油的生成亦有重要的影响,尤其是炉型及其结构对焦油生成的影响,亦应作为日后低焦油气化炉开发的着重点之一。