流化床两段气化工艺中褐煤热解特性研究

发布时间：2020-11-05 09:20

　　 目前,我国煤制工业燃气主要以固定床气化技术为主,存在放大困难、原料成本高、对碎煤适用性差、焦油含量高等局限性,急需开发出可以处理廉价而丰富的碎煤、易大型化、燃气中焦油含量低的新型气化技术。为此,中国科学院过程工程研究所提出了一种新型流化床两段气化技术,将煤气化过程解耦为两个子过程:煤热解在流化床热解器进行和半焦气化反应在输送床气化炉中实现,在气化炉中还可以强化焦油的高温裂解反应并利用热态半焦颗粒对其进行催化脱除。本论文围绕该技术首次系统地研究了两种不同水分模式对上段煤热解过程的产物分布;利用热重-质谱联用分析仪考察了半焦对焦油脱除性能,探索了半焦对焦油的催化重整机理,确立了流化床两段气化工艺的优化操作条件,为工艺技术放大与产业化发展提供了理论与数据支撑。本文的主要研究内容和结果如下:(1)低阶褐煤流化床热解过程的基础研究。重点考察了热解温度、外部水蒸气和内部含水对小龙潭褐煤在流化床内热解产物分布规律的影响。N2气氛中,随热解温度的升高,气体产率明显增加、半焦和焦油产率都明显降低;两种不同模式的水分引入的水蒸汽使得半焦和焦油产率进一步降低,而气体产率、尤其是H2产率明显升高。对于固有含水煤样来说,任意温度下,半焦产率都是在Rw/c=19%达到最小值。与N2中的干燥煤相比,固有水分和模拟水蒸气条件都可以在低于700℃的温度下强烈促进焦油产率的提高。对于含水量为4%的情况,温度为600℃时,固有含水煤样的焦油产率低于模拟水蒸气条件下的焦油产率,随着热解温度的升高,这种差异逐渐变小。在高含水14%条件下,特别是在700-800℃的热解温度下,固有含水煤样的焦油产率远高于具有模拟水蒸气条件下的焦油产率。(2)半焦气化活性与比表面积密切相关,低温条件下生成半焦的气化活性较低、蒸汽能提高半焦的气化活性。与纯N2气氛中煤热解产生的焦油相比,特别是在较高的水分含量下,固有水分和模拟水分均可促进低沸点馏分,即环数低于2的芳烃和杂环化合物的产生。固有水分对重组分焦油重整的影响大于模拟水分,含水煤样生成的焦油重质组分随水分的增加而减少,导致更多的轻质组分和微分子化合物的产生,热裂解活性好。(3)焦油裂解特性和半焦脱除焦油的基础研究。在TG-MS联用仪中考察了升温速率、反应气氛、原始半焦、脱灰半焦对流化床热解生成焦油的脱除效果的影响。结果表明,半焦催化重整在脱除重质组分焦油方面较热裂解更有效,可有效转化为小分子有效气体。通过脱灰半焦与原始半焦的对比发现,原始半焦中的S、Cl及金属元素有利于焦油的脱除。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ530.2;TD849.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 煤气化原理概述
        1.2.1 热解反应过程
        1.2.2 气化反应过程
    1.3 气化工艺和典型气化技术
        1.3.1 固定床气化工艺
        1.3.2 气流床气化工艺
        1.3.3 流化床气化工艺
        1.3.4 中科院过程工程研究所流化床两段气化工艺
    1.4 热解气化过程中水分的影响
    1.5 半焦催化焦油脱除技术
    1.6 课题研究目的和内容
第2章 实验仪器和分析方法
    2.1 实验装置及操作步骤
        2.1.1 流化床热解反应装置
        2.1.2 实验步骤
    2.2 产物表征与分析方法
        2.2.1 气体分析方法
        2.2.2 固体分析方法
        2.2.3 焦油分析方法
    2.3 实验计算方法
        2.3.1 流化速度计算
        2.3.2 热解产物产率计算
第3章 流化床内的煤热解特性
    3.1 实验原料分析
    3.2 气体产率及组分变化
    3.3 固体产率及表观特征
        3.3.1 热解产物半焦产率分析
        3.3.2 半焦分析表征
    3.4 焦油产率及特性研究
        3.4.1 焦油产率分析
        3.4.2 焦油多尺度表征分析
    3.5 本章小结
第4章 焦油热裂解和催化脱除特性
    4.1 实验部分
        4.1.1 样品制备
        4.1.2 实验数据处理方法
    4.2 结果分析
        4.2.1 升温速率对焦油裂解的影响
        4.2.2 气氛对焦油裂解的影响
        4.2.3 半焦对焦油催化重整效果
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新性
    5.3 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
攻读硕士学位期间参加的科研工作
致谢

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本文编号：2871436