基于反應(yīng)解耦的煤氣化熱解研究

【摘要】： 煤是我國主要的一次能源,我國煤耗的80%以上被直接燃燒或氣化,沒有充分利用煤中固有的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。而石油資源的短缺又迫切需要燃料油和芳香烴化學(xué)品生產(chǎn)的替代路線。集成熱解、氣化和燃燒的“聯(lián)合熱轉(zhuǎn)化”技術(shù)思想可設(shè)計(jì)多種實(shí)現(xiàn)煤的梯級(jí)轉(zhuǎn)化與高值化利用的新型轉(zhuǎn)化工藝。本課題以“燃燒解耦雙流化床氣化”和“熱解拔頭氣化與燃燒”兩類典型技術(shù)工藝為對(duì)象,系統(tǒng)地研究了基于該工藝條件的煤流化床氣化生產(chǎn)中熱值燃?xì)馀c流化床熱解制備熱解油的相關(guān)反應(yīng)基礎(chǔ)。 以指導(dǎo)煤“燃燒解耦雙流化床氣化”的氣化反應(yīng)條件和反應(yīng)時(shí)間的確定為目的,模擬氣化反應(yīng)器的煤進(jìn)料方式、氣化劑中的水蒸汽含量、氧氣含量、煤料粒徑等因素,研究了這些影響因素對(duì)煤氣化進(jìn)程C轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化以及所產(chǎn)可燃?xì)鉄嶂档挠绊?明確了煤燃燒解耦雙流化床氣化的適宜反應(yīng)條件和在該條件下要求的反應(yīng)時(shí)間。 模擬流化床熱解拔頭生產(chǎn)熱解油工藝的實(shí)施方式,在流化床反應(yīng)器內(nèi)考察了床層高度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、煤料顆粒粒徑以及模擬熱解氣的反應(yīng)氣氛對(duì)焦油產(chǎn)率的影響,并采用TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)分析了流化床熱解反應(yīng)過程中不同因素對(duì)焦油組成和分布的影響,為流化床熱解拔頭的反應(yīng)器設(shè)計(jì)、最適合反應(yīng)條件的確立提供了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、操作條件影響等方面的理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 結(jié)果表明,對(duì)于煤燃燒解耦雙流化床氣化,流化床表面加料的方式較有利于煤氣化反應(yīng)進(jìn)行,適宜操作條件為氧氣含量5%、水蒸汽含量35%的氣化介質(zhì)和4mm以下的煤原料。在該條件下實(shí)現(xiàn)60%的C轉(zhuǎn)為氣體所需要的停留時(shí)間大致為600s。而對(duì)于流化床熱解而言,采用高床層進(jìn)料、反應(yīng)溫度873K、以熱解氣作為熱解氣氛的條件下焦油產(chǎn)率最大,此時(shí)需要的反應(yīng)時(shí)間在180s左右。而對(duì)于同一種煤而言,粒徑對(duì)焦油產(chǎn)率的影響同時(shí)受到不同粒徑煤的揮發(fā)份含量等不同性質(zhì)的作用。熱解氣氛中H_2和CO_2的存在不利于焦油生成,H_2的加入有利于焦油中酚羥基、羧基類化合物生成,同時(shí)也促進(jìn)了脂肪族化合物的進(jìn)一步裂解;CO和CH_4的加入促進(jìn)了焦油生成,但CO不利于脂肪類、單環(huán)芳烴類等化合物的生成;而CH_4的存在可以提高焦油中單環(huán)芳烴、脂肪族及酚羥基類化合物的含量。 【關(guān)鍵詞】：解耦熱轉(zhuǎn)化 雙流化床氣化 熱解拔頭 熱解油 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TQ546
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符號(hào)說明14-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-39
• 1.1 煤炭利用技術(shù)概述16-18
• 1.1.1 發(fā)展煤炭技術(shù)的重要性16
• 1.1.2 我國煤炭利用現(xiàn)狀16-17
• 1.1.3 煤的綜合利用技術(shù)17-18
• 1.2 煤氣化技術(shù)18-25
• 1.2.1 煤氣化原理18-20
• 1.2.2 現(xiàn)有煤氣化技術(shù)20-24
• 1.2.3 煤氣化過程的影響因素24-25
• 1.3 煤熱解技術(shù)25-32
• 1.3.1 煤熱解原理26-28
• 1.3.2 煤熱解技術(shù)分類28-29
• 1.3.3 煤熱解影響因素29-32
• 1.4 "聯(lián)合熱轉(zhuǎn)化"技術(shù)32-37
• 1.4.1 "聯(lián)合熱轉(zhuǎn)化"工藝思想及實(shí)現(xiàn)方案32-35
• 1.4.2 雙流化床氣化技術(shù)35-36
• 1.4.3 煤熱解拔頭技術(shù)36-37
• 1.5 本課題研究的目的和意義37-39
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分39-49
• 2.1 實(shí)驗(yàn)用煤及儀器39-40
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)用煤39
• 2.1.2 儀器設(shè)備39-40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程40-43
• 2.2.1 雙流化床氣化實(shí)驗(yàn)流程40-42
• 2.2.2 流化床熱解拔頭實(shí)驗(yàn)流程42-43
• 2.3 分析方法43-45
• 2.3.1 氣體分析43-44
• 2.3.2 焦油分析44-45
• 2.4 物料恒算及數(shù)據(jù)解析45-49
• 第三章 煤燃燒解耦雙流化床氣化反應(yīng)49-61
• 3.1 氣化溫度的影響49-51
• 3.1.1 氣化溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響49-50
• 3.1.2 氣化溫度對(duì)氣體組成的影響50-51
• 3.2 進(jìn)料方式的影響51-52
• 3.2.1 進(jìn)料方式對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響51-52
• 3.2.2 進(jìn)料方式對(duì)氣體組成的影響52
• 3.3 氣化劑中氧氣含量的影響52-55
• 3.3.1 氧氣含量對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響53-54
• 3.3.2 氧氣含量對(duì)氣體組成的影響54-55
• 3.4 氣化劑中水蒸汽含量的影響55-57
• 3.4.1 水蒸汽含量對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響55-57
• 3.4.2 水蒸汽含量對(duì)氣體組成的影響57
• 3.5 煤料粒徑的影響57-60
• 3.5.1 煤料粒徑對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響57-59
• 3.5.2 煤料粒徑對(duì)氣體組成的影響59-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 流化床熱解拔頭反應(yīng)基礎(chǔ)61-88
• 4.1 床層高度的影響61-62
• 4.2 熱解時(shí)間的影響62-69
• 4.2.1 熱解時(shí)間對(duì)焦油產(chǎn)率的影響62-63
• 4.2.2 熱解時(shí)間對(duì)焦油組成的影響63-69
• 4.3 溫度的影響69-73
• 4.3.1 溫度對(duì)焦油產(chǎn)率的影響69-71
• 4.3.2 溫度對(duì)焦油組成的影響71-73
• 4.4 煤樣粒徑的影響73-75
• 4.5 熱解氣氛的影響75-87
• 4.5.1 熱解氣氛對(duì)焦油產(chǎn)率的影響75-80
• 4.5.2 熱解氣氛對(duì)焦油組成的影響80-87
• 4.6 本章小結(jié)87-88
• 第五章 結(jié)論88-89
• 參考文獻(xiàn)89-95
• 致謝95-96
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96-97
• 作者和導(dǎo)師簡介97-98
• 附件98-99

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基于反應(yīng)解耦的煤氣化熱解研究    張曉方