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1、第26卷第2期燃料化學(xué)學(xué)報(bào)Vol126No121998年4月JOURNALOFFUELCHEMISTRYANDTECHNOLOGYApr11998X富氫氣氛下煤熱解特性的研究廖洪強(qiáng)孫成功李保慶(中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太原030001)劉澤常(山東礦院濟(jì)南分院化工系濟(jì)南250031)摘要選用云南先鋒褐煤在10g固定床反應(yīng)器中分別與總壓(3MPa)和氫分壓(3MPa)下的氫氣,氮?dú)?合成氣以及焦?fàn)t煤氣共熱解,通過比較它們的熱解特性來考察合成氣和焦?fàn)t煤氣替代純氫作加氫熱解反應(yīng)氣氛的可能性。實(shí)
2、驗(yàn)結(jié)果表明,與相同總壓的加氫熱解相比,焦?fàn)t氣與合成氣氣氛下煤熱解總轉(zhuǎn)化率及焦油收率均略有降低且水分有所增加,煤焦?fàn)t氣共熱解焦油中BTX和萘的收率與之相當(dāng);與相同氫分壓下的加氫熱解相比,煤焦?fàn)t氣(合成氣)共熱解半焦和焦油收率以及焦油中BTX,PCX和萘的收率及含量均明顯增加,但同時(shí)水分也增加。關(guān)鍵詞煤,加氫熱解,焦?fàn)t氣,合成氣為實(shí)現(xiàn)煤炭資源的潔凈、高效、合理加工利用,考慮采用加氫熱解以盡可能地提取出煤中富氫組分作優(yōu)質(zhì)燃料和重要化工原料;同時(shí)將熱解產(chǎn)生的低硫半焦作潔凈動(dòng)力燃料以減少直[1,2]接燃煤引起的環(huán)境污染和
3、資源浪費(fèi)。研究表明,煤加氫熱解可以制取高熱值煤氣,高收率優(yōu)質(zhì)焦油以及潔凈半焦。與一般煤熱解相比,加氫熱解焦油產(chǎn)量和質(zhì)量均有明顯提高且有明顯的化學(xué)脫硫效果。盡管如此,煤加氫熱解工藝至今仍停留在中試水平上,其主要原因就是加氫熱解需要制氫及氣體循環(huán)裝置而增加成本,尋求廉價(jià)氫源已成為煤加氫熱解的發(fā)展方向之一。結(jié)合我國(guó)焦炭工業(yè)和化肥工業(yè)的實(shí)際,采用廉價(jià)易得而又富含氫氣的焦?fàn)t煤氣和合成氣代替純氫氣進(jìn)行煤加氫熱解,可望大大降低成本和投資費(fèi)用,可能為我國(guó)煤炭資源的高效利用開辟一條新的途徑。[3,4]有關(guān)用煤焦?fàn)t氣替代氫氣進(jìn)行煤
4、加氫熱解的經(jīng)濟(jì)可行性國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了評(píng)述,近期[5～7]國(guó)外學(xué)者BraekmanDanheux等人在模擬焦?fàn)t氣氣氛下考察了溫度及焦?fàn)t氣組分對(duì)煤加氫熱解產(chǎn)品收率及其半焦特性的影響。結(jié)果證實(shí)了用焦?fàn)t煤氣替代純氫的可行性。但有關(guān)直接采用焦?fàn)t煤氣和合成氣氣氛下煤加氫熱解特性的研究至今尚未見報(bào)道。本文選用先鋒褐煤在10g固定床反應(yīng)器中分別與焦?fàn)t煤氣和合成氣共熱解,通過與相當(dāng)條件下的加氫熱解對(duì)比來考察用焦煤爐氣、合成氣頂替純氫進(jìn)行加氫熱解的可能性。1實(shí)驗(yàn)部分熱解實(shí)驗(yàn)選用典型的云南先鋒褐煤(60～100目)在10g固定床反應(yīng)
5、器中分別與總壓(3MPa)和氫分壓(3MPa)的合成氣、焦?fàn)t煤氣及純氫氣共熱解。熱解條件為:升溫速率5℃?min,終態(tài)溫度650℃,為取得相當(dāng)?shù)膶?duì)比實(shí)驗(yàn)條件,3MPa壓力下取氣體流量為1L?min,5MPa[8]壓力下對(duì)應(yīng)1167L?min的反應(yīng)氣流量。10g固定床反應(yīng)器的流程及詳細(xì)情況見文獻(xiàn)。簡(jiǎn)言X收稿日期:19970210日本NEDO資助項(xiàng)目,山西、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目;得到北京中關(guān)村地區(qū)測(cè)試中心資助。2期廖洪強(qiáng)等:富氫氣氛下煤熱解特性的研究115之,反應(yīng)氣氛穿過熱解反應(yīng)器中煤層,在高溫下與煤發(fā)生熱解反應(yīng)
6、并將熱解揮發(fā)分產(chǎn)物帶出反應(yīng)器,揮發(fā)分產(chǎn)物冷凝收集后通過離心分離油水,焦油稱量后置于冰箱冷藏以備分析。焦油分析采用日本SHIMADZUGC17A?QP5000MS色質(zhì)聯(lián)檢,其工作條件列于表1中。先鋒褐煤的成分分析及合成氣與焦?fàn)t煤氣的組成分別如表2、表3所示。表1色質(zhì)聯(lián)檢工作條件Table1G1C1conditionsAnalyzedColumnColumnColumnColumnCarrierDetectorproductstypelength?mdiameter?mmtemp1?℃gasOilsSE30250.
7、245℃?5minHeQP50005000→250℃(10℃?min)MS250℃?5min表2煤樣分析數(shù)據(jù)Table2AnalysisofcoalProximateanalysis?w%,arUltimateanalysis?w%,dafMVACHNSO(diff1)18.539.62.468.75.02.30.323.7表3合成氣及焦?fàn)t煤氣的組成Table3CompositionsofthereactivegasComp1?vol1%H2CH4CON2CO2C2H4C2H6C3H6H2SCokeovenga
8、s60.920.76.97.81.81.50.50.073.2E5Synthesisgas64.92.431.60.50.6----2結(jié)果與討論211煤焦?fàn)t氣共熱解在升溫速率為5℃?min,終態(tài)溫度650℃的熱解條件下,10g先鋒褐煤在固定床反應(yīng)器中分別與氫氣(3MPa)和焦?fàn)t煤氣(3MPa、5MPa)共熱解結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出,與相同總壓的加氫熱解相比,含氫60%的焦?fàn)t氣
