论文部分内容阅读
为有效利用碎煤和减少气化过程中焦油的产生,本文提出了流化床热解耦合固定床气化的新型两段气化工艺。该工艺适合于处理碎煤、易于大型化,兼有流化床气-固传质、传热方面的优势和下吸式固定床原位半焦有效脱除焦油的优点。热解气(含焦油)通过高温半焦层,充分利用煤热解产生的原位半焦吸附并催化重整焦油,以简单的工艺实现低焦油气化,得到低焦油燃气。为有效脱除热解气中的焦油,实现低焦油气化的目标,搭建了一套实验室规模的装置并对流化床热解和下吸式固定床气化工艺的热化学基础进行了研究。首先研究了流化床反应器中煤的热解特性,包括温度、过量空气比(Equivalence ratio:ER)和水蒸汽/煤比(S/C,重量比)对热解产物分布、半焦与焦油反应性的影响；然后对下吸式固定床脱除热解气中的焦油的效果进行了研究,包括考察裂解温度(1000-1200℃)、通入二次空气量ER(0-0.06)和气体在半焦中的停留时间对焦油脱除的影响。对于流化床热解,随热解温度、ER及S/C的增加,气体产率增加,而半焦和焦油产率减少。02和水蒸汽的加入使半焦的比表面积增加显著,半焦气化活性增强,但半焦在900℃和ER为0.22的条件下出现轻微石墨化,降低了其气化活性。反应气氛中含有02和水蒸汽对焦油的性质有显著影响,与单纯的N2气氛相比,02和水蒸汽的存在使热解焦油中单环芳烃、酮类、酚类、脂肪烃都明显减少,这对于焦油的进一步裂解及重整更加有利。第一段的最佳操作条件为：温度、ER及S/C分别为850℃、0.15及0.15。随着第二段反应温度、二次空气量和气体停留时间的增加,得到燃气中焦油的含量降低。从不同裂解温度下得到的焦油的GC-MS分析结果可以看出,随着裂解温度的升高,发生高温聚合反应和环化反应,焦油中总成分减少。随着反应温度的升高,得到的燃气中的H2和CO含量增加明显,但CH4和C2H4含量降低。当二次空气量ER为0.06时,焦油含量降低为0.233 g/Nm3。焦油的GC-MS分析表明：随着ER的增大,含氧杂环物质被分解,多环物质和高碳氢比物质增多,燃气中的H2、CH4和C2H4含量降低,CO和C02含量升高。随着停留时间增加,半焦的催化效果更加明显,燃气中的焦油含量也随着减少,当停留时间为6.5s时,焦油含量减少到86mg/Nm3。从不同停留时间下得到焦汕的GC-MS分析可知,焦油中的成分基本稳定在难分解的重组分物质,且这些物质随停留时间的增加不能完全被脱除,只是含量降低。