發(fā)布時間：2020-10-17 17:12

　　 我國低階煤儲量約占煤炭總儲量的50%以上,資源豐富,低階煤揮發(fā)分含量高,可以提取出豐富的油氣資源,而現(xiàn)在以直接燃燒和氣化為主的利用低階煤的方式?jīng)]有充分發(fā)掘其中的潛在價值。熱解技術(shù)可以在相對較溫和的條件下提取低階煤中高附加值的焦油和煤氣,產(chǎn)生的半焦可以燃燒或者氣化,因而是實現(xiàn)低階煤高值化利用的有效方法,但目前尚成熟的無可以利用非粘結(jié)性低階碎煤的熱解技術(shù)。本研究針對非粘結(jié)性低階煤熱解高產(chǎn)率制取高品質(zhì)焦油技術(shù)難題,提出了內(nèi)構(gòu)件強化移動床煤熱解技術(shù),以解決現(xiàn)有熱解技術(shù)焦油產(chǎn)率低、重質(zhì)組分含量高和焦油含塵量高等瓶頸問題。本文首先以依蘭長焰煤為研究對象,對其在多種條件下的熱解特性進(jìn)行深入研究,為新型反應(yīng)器設(shè)計和操作條件確定提供參考依據(jù)：然后依次分別設(shè)計、建立了1公斤級小試、100公斤級放大模式裝置及1000噸／年的中試裝置,并開展了相應(yīng)研究工作,驗證了內(nèi)構(gòu)件強化煤熱解技術(shù)的先進(jìn)性和可行性,展示了良好的應(yīng)用前景。本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.本文在對依蘭煤的熱解特性基礎(chǔ)研究中考察了煤樣熱解溫度、升溫速率、粒度、堆積方式和料層厚度等對于焦油產(chǎn)率和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：依蘭煤熱解產(chǎn)焦油的溫度范圍為350-500℃,提高升溫速率、減小煤料粒度會提高焦油的產(chǎn)率,但是焦油中重質(zhì)組分含量會增加;使生成的熱解氣穿過較厚的料層會略微降低焦油的產(chǎn)率,但是可以提高焦油中輕質(zhì)組分的含量。2.開展了1-kg級新型內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器煤熱解制高品質(zhì)油氣小試。利用自制內(nèi)部加裝傳熱板和中央集氣管的新型內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器進(jìn)行了多種條件下的煤熱解實驗研究,并與無內(nèi)構(gòu)件的常規(guī)反應(yīng)器進(jìn)行對比,考察了內(nèi)構(gòu)件中傳熱板和中央集氣管的作用效果和加熱爐溫對于不同反應(yīng)器中煤熱解行為的影響。結(jié)果表明：當(dāng)爐溫為700℃時,與傳統(tǒng)的反應(yīng)器相比,加裝傳熱板和中央集氣管的內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器中煤熱解時間幾乎縮短了50%,煤熱解焦油的產(chǎn)率從7.67wt.%提高到了9.82wt.%,同時焦油中的輕質(zhì)組分的含量也有所增加。在外爐溫600℃到1000℃范圍內(nèi),隨著溫度升高,傳統(tǒng)的反應(yīng)器中焦油產(chǎn)率從7.89 wt.%降低到了4.77 wt.%,內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器的焦油產(chǎn)率從8.50 wt.%升高到了10.64wt.%,內(nèi)構(gòu)件改變了傳統(tǒng)反應(yīng)器中焦油產(chǎn)率隨熱解爐溫的變化規(guī)律。進(jìn)一步研究表明,傳熱板以強化傳熱為主要作用,可顯著提高煤樣升溫速率,而中央集氣管也有一定的強化傳熱作用,但主要是改變氣相產(chǎn)物的流動方向由高溫區(qū)向低溫區(qū),通過減少焦油的二次熱解反應(yīng)而提高焦油產(chǎn)率,并對焦油中的重質(zhì)組分進(jìn)行原位截留一再裂解,提高焦油中輕質(zhì)組分的含量,提高焦油的品質(zhì)。3.在進(jìn)一步100-kg級熱解放大模式研究實驗中考察了內(nèi)構(gòu)件在放大后的反應(yīng)器中的作用效果以及煤樣粒度、加熱爐溫和煤樣水分對于內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器中的煤熱解行為的影響,在此基礎(chǔ)上開展了內(nèi)構(gòu)件移動床放大冷態(tài)模擬連續(xù)運行實驗研究,以確定中試乃至工業(yè)示范反應(yīng)器模式。結(jié)果表明：反應(yīng)器放大后,內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器中煤升溫速率仍快于無內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器,焦油的產(chǎn)率為6.11wt.%,達(dá)到了格金焦油產(chǎn)率的87.0%,高于傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器的3.29wt.%,同時內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)器熱解焦油中輕質(zhì)組分含量為71wt.%,高于傳統(tǒng)反應(yīng)器的67wt.%,說明放大后的內(nèi)構(gòu)件仍具有提高焦油產(chǎn)率和品質(zhì)的作用。粒度較大的10-50 mm的塊煤,熱傳導(dǎo)效果較弱,煤樣的真實升溫速率較慢,同時焦油在塊煤的高溫表面經(jīng)過了二次熱解反應(yīng),熱解焦油產(chǎn)率低于碎煤,焦油中的輕質(zhì)組分含量也低于碎煤。隨著加熱爐溫從900℃升高到11 00℃,焦油產(chǎn)率從5.65wt.%增加到6.34wt.%,規(guī)律與小試的結(jié)果一致,焦油中的輕質(zhì)組分含量從74wt.%降低到69wt.%。煤樣中的水分過高,煤樣升溫速率較低,會延長反應(yīng)所用的時間,焦油產(chǎn)率也比較低,但是焦油中的輕質(zhì)組分含量較高。在0.6 m×0.35 m×6 m(長×寬×高)的移動床裝置和0.2 m×0.175 m×6 m(長×寬×高)的移動床單元中,水分含量為9.53wt.%的煤料和水分含量約為1wt.%的半焦均無架拱現(xiàn)象,都可以順利穩(wěn)定下料,這為中試內(nèi)構(gòu)件移動床結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。4.建立了1000 t/a內(nèi)構(gòu)件強化移動床熱解中試平臺并進(jìn)行了連續(xù)運行熱解實驗,分別以0-10 mm的兩種碎煤和兩種碎油頁巖為處理對象,考察了技術(shù)的穩(wěn)定性、調(diào)控性、熱解制油效果以及爐溫的影響等。結(jié)果表明,0-10 mm的碎煤和油頁巖都可以在內(nèi)構(gòu)件移動床反應(yīng)器中連續(xù)熱解制高品質(zhì)油氣并且運行穩(wěn)定,通過設(shè)定加熱爐溫和調(diào)節(jié)進(jìn)料、出料速率,可以控制反應(yīng)器內(nèi)煤料熱解溫度在預(yù)定范圍并保持在最佳工藝條件下穩(wěn)定運行。在爐溫為1000℃時,焦油產(chǎn)率可以達(dá)到格金焦油收率的80%以上,焦油含塵量在0.1 wt.%左右,焦油中輕質(zhì)組分含量在70wt.%以上,焦油品質(zhì)較高。本論文通過小試探索和中試驗證,證明了內(nèi)構(gòu)件移動床技術(shù)可以高效熱解處理0-10 mm的非粘結(jié)性碎煤和油頁巖,具有工藝穩(wěn)定、調(diào)控性好和油的產(chǎn)率高、品質(zhì)好,同時副產(chǎn)高品質(zhì)熱解氣等優(yōu)點,顯示良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ530.2
【部分圖文】：

１．１課題硏究背景與意義??中國富煤少油，是世界上少數(shù)幾個［＾＾煤炭為主要消費能源的國家。我國煤炭產(chǎn)??量自從１９８９年超過１０億噸之后，一直穩(wěn)居世界第一Ｗ。圖１．１為２０１３年我國能源??生產(chǎn)與消費的結(jié)構(gòu)中煤炭、石油和天然氣等各自所占比例，在能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，煤??炭占到了?７５．６％，在消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占到了?６６％，無論是在能源生產(chǎn)還是消費方??面，煤炭都占了主要地位Ｗ。如圖１．２所示，我國煤炭的產(chǎn)量和消費量呈逐年増加??的趨勢１Ｕ１。??Ｏｉｌ??…―＿?８．９％?Ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?一《＾?點％??導(dǎo)立夢?礁??潮＂、琴邊款??（ａ）能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)?化）能源消費結(jié)構(gòu)??圖１．１?２０１３年我國能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)Ｐ１??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?ｉｎ?２０１３＾?＾??＾?３８?■??忘?３６?＾?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?一??夏?＾?？－？－?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ??養(yǎng)?３４?？??ｉ：：：??＜＾６－８＾??ｓ?２４?？??畫，伊：??§?０?ｔ?■?■?■?Ａ?—?…■?■??２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３??Ｙｅａｒ??

難Ｗ符合工業(yè)和民用要求，對后續(xù)進(jìn)一步加工利用造成影響ｔｉｗｓｉ。??（２）國富爐??國富爐是北京國電富通公司研發(fā)的褐煤提質(zhì)爐，國富爐的工藝流程圖如圖１．８??所示。該工藝的生產(chǎn)工藝流程如下：礦區(qū)的褐煤通過破碎和篩分之后，達(dá)到要求的??粒徑（６－１２０ｍｍ），經(jīng)皮帶上煤系統(tǒng)送至煤斗內(nèi)，煤斗內(nèi)設(shè)有布?xì)夂图瘹庋b置，利??用冷卻段出來的熱煙氣將煤斗內(nèi)的煤預(yù)熱到一定的溫度。原煤經(jīng)過預(yù)熱后經(jīng)插板ｎ??從煤斗進(jìn)入提質(zhì)爐干燥段，在該段設(shè)有４個燃燒器提供加熱熱量，燃燒所需要的煤??氣來自干溜段煤熱解產(chǎn)生的煤氣，在干燥段煤中９５％Ｗ上的水分被脫除，煤的溫度??升高到１５０?’Ｃ左右，干燥段出口煙氣通過煙氣風(fēng)機抽出后送入冷卻段對半焦進(jìn)行冷??卻，干燥后的煤繼續(xù)下落進(jìn)入干饋段。在干個段煤被繼續(xù)加熱升溫到５６０?’Ｃ左右，??熱源由２個燃燒器提供

式熱解反應(yīng)器，靠近加熱墻處的煤首先熱解形成半焦，床層變得疏松，孔隙率増加，??煤熱解之后氣相產(chǎn)物更多的從靠近加熱墻處的半焦與加熱器么間的縫隙通過，稱為??外行氣，只有很少的一部分氣相產(chǎn)物是向上穿過煤層，稱為里行氣。從圖１．?口可??看出，外行氣的量要遠(yuǎn)高于里行氣的量。由于加熱墻處溫度高，初焦油經(jīng)過高溫區(qū)??域時會發(fā)生劇烈的二次熱解反應(yīng)，焦油產(chǎn)率降低，焦油中的重質(zhì)組分含量增加，品??質(zhì)變差ＷＳ１。??Ｈｅａｔｉｎｇ?ｗａｌｌ?ｉｎｎｅｒ?ｇａｓ?ｏｕｔｅｒ?ｇａｓ??願１＾＇＂、?ｆｔ?個＇、個昆菌??Ｍｌ??ｉｉｉｌ?ｉｉｉｌ??圖１．１２傳統(tǒng)外熱式反應(yīng)器技術(shù)原理示意圖Ｉ＂１??打ｇ．?１．１２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｉｎｄｉｒｅｃｔ?ｈｅａｔｉｎｇ?ｐｙｒｏｌｙｚｅｆｌ＂！??１．４本課題創(chuàng)新思路巧主要研究內(nèi)容??１．４．１創(chuàng)新思路??基于１．３．４的分析，可利用外熱式移動床熱解技術(shù)的焦油含塵量低這一優(yōu)勢，??通過對熱解反應(yīng)的調(diào)控，改進(jìn)其焦油產(chǎn)率低和品質(zhì)較差的劣勢，開發(fā)出一種新的外??熱式移動床熱解新技術(shù)。對于改進(jìn)外熱式移動床熱解器的劣勢，一方面需要強化加??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓江則;劉少杰;申淑鋒;;半焦催化裂解原位煤熱解焦油的研究[J];現(xiàn)代化工;2017年02期

2 劉巧霞;張月明;劉丹;劉曉花;郝婷;米建新;;煤熱解焦油收率影響因素[J];煤炭加工與綜合利用;2018年08期

3 閆其珂;岑建孟;方夢祥;趙樂;李曉潔;夏芝香;王勤輝;駱仲泱;;氣氛及甲烷催化活化對流化床煤熱解的影響[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2017年02期

4 黃曉娟;梁麗彤;張乾;王曉鐘;黃偉;;礦物質(zhì)對棗莊煤熱解焦油的影響[J];太原理工大學(xué)學(xué)報;2016年05期

5 廖洪強，李文，孫成功，李保慶;煤熱解富產(chǎn)焦油的工藝評述[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1996年04期

6 辛宏;;煤熱解研究的分析方法[J];應(yīng)用能源技術(shù);2011年04期

7 王俊宏;常麗萍;謝克昌;;現(xiàn)代儀器分析方法在煤熱解研究中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代化工;2006年S2期

8 馬江;馮德林;王家祥;;褐煤熱解分質(zhì)清潔利用研究進(jìn)展[J];煤炭加工與綜合利用;2017年04期

9 張雪瑩;王永剛;秦中宇;鄭盼盼;周玉健;;活化半焦對勝利褐煤熱解揮發(fā)分氮的催化重整[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2017年06期

10 李達(dá);;煤熱解技術(shù)進(jìn)展及工業(yè)應(yīng)用研究[J];化工管理;2018年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張純;外熱式內(nèi)構(gòu)件移動床低階碎煤熱解技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所);2015年

2 劉佳禾;煤熱解與甲烷二氧化碳重整耦合制油過程研究[D];大連理工大學(xué);2012年

3 曾雄偉;灰熔融特性對煤熱解二次失重及煤焦燃盡特性影響的實驗研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 洪迪昆;準(zhǔn)東煤熱解及富氧燃燒的反應(yīng)分子動力學(xué)研究[D];華中科技大學(xué);2018年

5 朱亞楠;在線光電離質(zhì)譜應(yīng)用于煤熱解研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

6 許世佩;紅外快速加熱與反應(yīng)分級調(diào)控煤熱解制油氣研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2019年

7 賀璐;煤熱解與鐵礦石還原耦合工藝的基礎(chǔ)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2018年

8 常麗萍;煤熱解、氣化過程中含氮化合物的生成與釋放研究[D];太原理工大學(xué);2004年

9 李世光;煤熱解和煤與生物質(zhì)共熱解過程中硫的變遷[D];大連理工大學(xué);2006年

10 郭嘯晉;煤熱解過程中揮發(fā)物反應(yīng)的共價鍵斷裂—生成模型研究[D];北京化工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 閆其珂;氣氛及催化劑對流化床煤熱解的影響[D];浙江大學(xué);2017年

2 雷順;破碎煤體抗壓強度測試方法及在圍巖分類中的應(yīng)用[D];煤炭科學(xué)研究總院;2018年

3 孫延林;低階碎煤流化床兩段氣化技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2017年

4 洪雷生;顆粒排布對內(nèi)構(gòu)件煤熱解的影響研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

5 張娜;Ca促進(jìn)劑存在下云南褐煤催化熱解實驗特性分析應(yīng)用研究[D];云南大學(xué);2018年

6 王俊山;金屬離子對模型化合物及煤熱解過程中含硫氣體逸出的影響[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2019年

7 王龍;金屬氧化物對煤熱解過程中硫遷移的影響[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2018年

8 趙曉雯;乙烷二氧化碳重整與榆林煤熱解耦合制油過程[D];大連理工大學(xué);2018年

9 底翠翠;煤熱解殘余物復(fù)燃特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2018年

10 霍文凱;煤熱解與乙烷二氧化碳重整耦合過程研究[D];大連理工大學(xué);2018年

本文編號：2845085