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低阶碎煤流化床两段气化技术基础研究
孙延林
学位类型硕士
导师许光文 ; 曾玺
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业化学工程
关键词低阶碎煤 流化床两段气化 工业燃气 半焦活性
摘要

气化技术是煤炭清洁高效利用的一种主要技术途径和重要发展方向,新型高效气化技术的研究和利用对于进一步优化我国产业结构和实现经济社会可持续发展具有重要战略意义。我国对煤制工业燃气需求量巨大,全年煤气产量可达7560亿m3。现阶段,国内煤制工业燃气技术主要以单段和两段固定床煤气发生炉为主,其技术局限性在于使用优质块煤,对碎煤适应性差,原料成本高;生产规模小,放大困难;燃气中焦油含量高,后期燃气净化处理阶段易产生含酚废水造成二次污染问题。气流床气化工艺由于操作条件较为苛刻,生产成本高,因此不适合工业燃气的生产。以鼓泡流化床和循环流化床气化为代表的流化床气化技术具有热质传递效果好、处理强度大、放大容易、适合处理小粒径原料等特点,但仍面临着生成气体中焦油含量高、气体热值较低等挑战。基于工业燃气市场需求和生产工艺存在的不足,中国科学院过程工程研究所提出了流化床热解耦合输送床气化的新型低焦油两段气化技术,主要采用低阶碎煤生产清洁工业燃气。新型流化床两段气化技术将煤炭气化过程解耦为煤热解和半焦气化两个子过程,并分别在上游的流化床热解器和下游的输送床气化炉内进行。原料首先在流化床热解器中发生干燥、热解和部分气化反应,生成的全部产物 (热解气、半焦和焦油) 进入到气化炉中,进行半焦气化。同时,利用输送床气化炉内的高温有氧环境和半焦床层对焦油的催化重整作用来脱除焦油,生产洁净的工业燃气。本论文针对流化床两段气化技术开发,利用实验室流化床装置和两段气化中试实验平台,对关键性反应参数和工艺整体可行性进行了系统研究和验证。主要的研究内容和结果整理归纳如下:(1)在实验室射流预氧化流化床反应装置上研究了小龙潭褐煤的热解行为,重点考察了反应温度、物料含水量、反应气氛等对煤样热解行为的影响,分别对热解产物分布、半焦气化活性、气体和焦油组成变化进行了分析讨论。惰性气氛下随着反应温度的提高,挥发分析出速度加快,气体收率逐渐增大,半焦和焦油的收率降低;半焦随着挥发分的析出,比表面积增大,气化活性提高,但过高的反应温度,例如在900 ℃下,会引起半焦的晶格结构有序化程度增大,气化活性反而降低。活性气氛 (氧、水蒸气) 下能够进一步提高气体收率和半焦的气化活性,氧气气氛下焦油中重质组分含量提高,焦油整体收率降低;一定外部水蒸汽条件能够促使焦油轻质化,同时降低焦油整体收率;煤中固有含水一定程度上能够提高焦油中轻质组分的含量,但也会引起挥发分析出不完全,进而造成物料热解程度降低,因此物料的含水量需控制在一定的范围内。在同等水煤比条件下,外部通水蒸气较物料内部含水对气体收率的提高程度更大。综合考虑基础实验结果,流化床两段气化工艺上段流化床热解反应器内最佳的反应条件为:反应温度800 ℃、过量空气系数为0.14、外部通水蒸汽情况下水煤质量为0.11、原料含水量应小于10%。(2)基于100 kg/h的自热式流化床两段气化中试实验平台,在典型操作条件下开展了内蒙胜利褐煤流化床两段气化实验,运行结果显示,随着热解器和气化炉操作温度的提高,热解气和气化气的有效气体组分提高,气体中的焦油含量明显降低。当热解器和气化炉的温度分别为840 ℃和1000 ℃时,气化炉出口处气体的热值达到1100 kcal/Nm3,气化气中的焦油含量为365 mg/Nm3;热解气所含焦油组分中重质组分较高,经过气化炉内高温裂解和半焦床层催化裂解作用后,产品气中所含重质组分和焦油总量减少,轻质组分增多,有利于其进一步脱除;中试实验结果充分说明了流化床两段气化的工艺可行性和技术特点,为工艺进一步放大提供了良好的技术支撑。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24367
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
孙延林. 低阶碎煤流化床两段气化技术基础研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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