关于煤气化焦油裂解实验及无焦油气化技术的研究

论文摘要

煤炭气化是可实现煤的洁净利用的方式之一,但气化过程产生的焦油一直是制约煤炭高效气化的瓶颈,还会引起管道堵塞、设备腐蚀、能量损失及环境污染等问题。因此,解决气化焦油的问题对整个气化系统甚至下级用气设备都显得至关重要。从炉内因素、炉型结构及炉外净化等三方面对影响焦油含量的各种因素进行了综述。分析发现,炉内因素(温度、停留时间、压力、气氛和催化剂)及炉型结构(两段风式、下吸式)通过影响焦油的裂解,提高其转化率而降低了焦油的含量。炉外净化则是将焦油由气相转移并收集,对焦油中的能量并未充分回收,还可能引起二次污染。因此,强化焦油的裂解是降低煤气中焦油含量可靠、有效的途径。在对气化焦油的组成及性质进行分析时发现,尽管气化焦油中的酚类物质含量较高、燃烧性能好、具备制取碳素纤维的条件,但由于煤种及工艺的原因,气化焦油中的杂质含量普遍较高,导致品质偏低、二次加工性能较差,将给焦油的深加工带来一定困难。另外,在提取、运输和储存等集中环节的成本投入一定程度上制约了焦油深加工工业的规模化发展。就目前形势而言,气化焦油走规模化深加工的路线尚待时日,其处理还需从形成环节着手。裂解实验中,焦油转化率随温度和停留时间的增加而明显提高,在1200℃、12s时达到了91.73%的转化。裂解后,煤气组分有所变化,热值显著提高。这说明裂解反应不仅可降低煤气中的焦油含量,还能改变煤气的组成,改善煤气品质。催化裂解实验发现,焦油仅在900℃时便达到了94.75%的转化率,并且在达到相同转化率所需的温度同比下降约30%。同时,实验也反映出催化剂易积碳、失活而导致使用寿命和催化效果下降等问题。本文提出煤炭的无焦油气化构想,即通过强化焦油的裂解反应,达到降低出炉煤气中的焦油含量的目的,减轻煤气净化环节的负担,同时避免气化焦油深加工的问题。通过对裂解形式的比较,以经济实用性较高的炉内热裂解为基本思路,设计无焦油气化炉。在下吸式炉型的基础上,进行结构调整。通过添加二次风、设置喉口提高炉内温度,并设计锥形还原区、文丘里引射管等延长焦油在高温区的停留时间,为焦油的裂解提供相应条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 煤炭气化
• 1.1.1 气化原理
• 1.1.2 工艺分类
• 1.2 煤炭气化的应用
• 1.2.1 气化煤气的应用
• 1.2.2 气化技术的应用
• 1.3 煤气化焦油的研究意义
• 1.4 课题来源及主要内容
• 第2章 焦油及其影响因素
• 2.1 焦油概述
• 2.1.1 焦油的形成
• 2.1.2 焦油的危害
• 2.2 影响因素
• 2.2.1 炉内条件
• 2.2.2 炉外净化
• 第3章 煤气化焦油的实验研究
• 3.1 焦油试样制备
• 3.1.1 煤质分析
• 3.1.2 焦油取样
• 3.1.3 焦油提纯
• 3.2 焦油性质实验
• 3.2.1 元素分析
• 3.2.2 基本性质
• 3.2.3 镏分分布
• 3.2.4 物质组成
• 3.2.5 氧弹热值
• 3.3 焦油裂解实验
• 3.3.1 热裂解
• 3.3.2 催化裂解
• 3.4 实验结论
• 第4章 煤炭无焦油气化技术
• 4.1 煤炭无焦油气化构想
• 4.1.1 裂解形式
• 4.1.2 实现方式
• 4.2 无焦油气化炉形式
• 4.2.1 两段供风炉型
• 4.2.2 两段式炉型
• 4.2.3 下吸式炉型
• 4.3 设计基本原则
• 4.4 气化过程计算
• 4.4.1 热解过程
• 4.4.2 气化过程
• 4.5 气化炉优化设计
• 4.5.1 风嘴布置
• 4.5.2 二次风
• 4.5.3 破粘结装置
• 4.5.4 引射管
• 4.5.5 喉口结构
• 4.5.6 锥形还原区
• 4.5.7 炉篦和刮刀
• 4.6 相关计算
• 4.6.1 气化强度
• 4.6.2 料层高度
• 4.6.3 气化炉径
• 4.5.4 喉口尺寸
• 4.6.5 供风管径
• 4.6.6 煤气管径
• 4.6.7 焦油含量变化
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢