固体热载体热解淮南煤实验研究

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重质液相组分黏附于煤粒表面， 未能随热解气体导出 反应器。该过程挥发分收率较低， 但对于在较高热解 温度下得到轻质煤焦油、 提高半焦燃烧性是有利的。 ! ! !" 反应时间对热解产物产率的影响 " 反应时间 对气体产率的影响见图 " ， 热载体初始温度 #$$ % & ’$$ % 、 煤粒径 ( ) **、 热载体与煤的质量比为 + 时， ,- *./ 较 " *./ 和 0 *./ 可获得更高的气体收 率。煤中挥发分的进一步脱出以及部分焦油的二次 热解是导致随着反应时间的延长气体收率增加的原
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燃. 料. 化. 学. 学. 报
第 @@ 卷
砂的用量来改变。 ! ! "# 实验装置与流程 # 固体热载体煤热解实验装 置及流程见图 " 。煤斗、 灰斗采用外加电炉丝加热， 灰斗内同时设置石英加热棒以提高升温速率， 热解 反应器采用外加电炉丝加热以补偿散热损失。将预 烘干的煤和石英砂加入煤斗和灰斗， 并将系统用氮 气置换。将煤预热到 "## $ ； 根据热解温度的不同， 将石英砂预热到 %## $ & ’## $ 。实验开始时， 启 动 (# ) * +,- 的螺旋搅拌器， 使煤和灰粒子在下落和 反应过程中能得到混合。开启连接于煤斗、 灰斗和 热解反应器间的电控阀， 将煤和石英砂通过落料管 同时投入热解反应器中， 煤粒被热砂快速加热， 挥发 分通过反应器出口的粉尘净化装置进入冷凝系统， 在避免油灰混合物进入冷凝系统的同时明显降低了 焦油中灰的质量分数。反应结束后， 开启反应器落 料阀， 将反应后的半焦与石英砂混合物落入熄焦槽 内， 热半焦与空气的反应在最短时间内得到抑制。 系统降温后用四氢呋喃清洗反应器出口、 水冷器及 气液分离器， 得到的液体过滤后用旋转蒸发器蒸出 溶剂， 四氢呋喃可溶物定义为油品， 并对该油品进行 蒸馏处理； 气体产物通过湿式流量计计量， 从气体收 集器中取样并进行气相色谱分析。
、 AG86G13 法、 以 及 H%I 法
［ "］
等。
"! 世纪 ’! 年代初大连理工大学在 +! >< J K 连续实 验的基础上， 进行了 +#! F J L 以热焦作为固体热载体 干馏褐煤的中试技术试验
［ $］
。以高温热焦作热载
体， 煤热解过程释放出的重焦油成分不能完全以气 态形式流出体系而黏附在焦颗粒表面， 容易使焦粒 之间及焦粒与管壁发生黏结而堵塞管道， 使用黏结 性煤更是受到限制。近年来， 随着循环流化床燃烧 技术的不断成熟与发展， 与循环流化床相结合的固 体热载体煤热解工艺有可能实现
图 ?. 热载体初始温度对气液产率的影响 /,01)2 ?. M::258 9: ,-,8,7= 82+<2)781)2 9: 49=,> 6278 . . . . 57)),2) 9- 862 <)9>158 A,2=>4 （ " ）074； （ ? ）87)； （ @ ）567)
图 ". 固体热载体煤热解实验装置和流程示意图 /,01)2 ". 3 4562+78,5 9: 862 2;<2),+2-87= 4281< . " —597= :22>2)； ? —627) 57)),2) :22>2)； @ —<A)9=A4,4 )27589)； B —70,8789)； C —D782) 599=2)； ( —074E=,F1,> 42<7)789)； % —F12-56,-0 87-G； H —074 +282)； ’ —074 59==2589) 图 @. 热天平失重实验与混合热解实验挥发分 . . . 收率的对比 /,01)2 @. N9+<7),49- 9: 862)+9O7=7-52 D2,068 =944 . . . . 82484 7-> P9=78,=2 A,2=> 9: <A)9=A4,4 82484 （ " ）8987= P9=78,=2（ <A)9=A4,4 82484） ； （ ? ）D2,068 =944（ 862)+9O7=7-52 82484）
升高到 (B# $ 。由图 ? 可知， 提高热载体初始温度可 使气、 液相产品产率增加， 半焦产率下降； 热载体初始 焦油收率可达 "#J 左右。热载体初 温度高于 H## $ ， 始温度的提高给颗粒混合热解带来更多的热量， 提高 了热解温度， 最终热解产物的产率也增加。 . . 为了进一步研究在固体热载体热解实验所考察 的混合热解温度范围内煤中挥发分的析出状况， 结 合热天平失重实验对比了 BH# $ & (B# $ 热天平失 重与混合热解实验的挥发分收率。热天平操作条件 为， 煤粒度小于 ?## 目、 氮气的体积流量 (# +K * +,-、 升温速率 ?# $ * +,-。如图 @ 所示， 在较高的床层温 度 （ L C?# $ ） 下， 混合热解实验中煤的挥发分收率 明显低于热天平实验中煤的失重率， 说明煤中部分 挥发分残留在半焦中没有析出。这可能是由于部分
［ & @ (］
。该工艺将循
环流化床锅炉和煤干馏炉组合成集成系统， 实现在 一套系统中多种产品的联合生产， 即以循环流化床 锅炉的高温循环灰作热源将煤在干馏炉中进行干 馏， 析出煤气和焦油， 热解半焦与循环灰被返送入循 环流化床锅炉燃烧室继续燃烧发电， 达到热、 电、 油、 气多联产的目的。该项工艺的优点在于煤热解的热 源来自循环流化床的热灰， 因而热效率较高； 热灰作 热载体时， 煤热解后生成的半焦分散于热灰中， 可避 免半焦颗粒之间及半焦与管壁之间的黏结， 提高了 系统的稳定性； 由于热解使煤中部分硫先行释出， 降 低了循环流化床燃烧过程及后系统的脱硫负荷。因 此多联产系统是否可行的关键在于循环流化床锅炉 与干馏炉的优化集成问题以及进一步改进干馏炉中
" " 梁* 鹏+， ，王志锋+， ，董众兵$ ，毕继诚+
（ +: 中国科学院山西煤炭化学研究所 煤转化国家重点实验室，山西 太原* !$!!!+ ； ": 中国科学院研究生院，北京* +!!!$’ ； $: 安徽理工大学 化工系，安徽 淮南* "$"!!+ ）
摘* 要：自制处理量为 + >< 煤的间歇式固体热载体热解装置， 以淮南烟煤为原料， 石英砂作热载体， 对该煤进行热 解特性评价实验。考察了热载体初始温度 (!! ? @ ’!! ? 、 反应 & 02; @ +) 02;、 煤粒径及热载体与煤的质量比 # @ ’ 对热解产物产率和性质的影响。结果表明， 提高热载体初始温度， 气、 液产率增加； 延长反应时间和提高热载体比 例， 气体产率有所增加； 热载体初始温度对热解气组成影响显著。提高热载体与煤的质量比和热载体初始温度， 可 以抑制半焦对热解反应器内壁的黏附。 关键词：固体热载体；热解；反应条件 中图分类号：AB#"$: )* * 文献标识码：C
?. 结果与讨论
"! !# 热载体初始温度对热解产物产率的影响#ห้องสมุดไป่ตู้混合 反应 B +,-、 热载体 热解实验表明， 在煤粒径 I @ ++、 与煤的质量比为 C 时， 热载体初始温度由 %## $ 提高 到 ’## $ ， 对应的混合热解温度即床层温度由 BH# $
第) 期
梁3 鹏 等：固体热载体热解淮南煤实验研究
［ ,$ ］ 因， 这与 12 等 的实验结果一致。
温度升高到 #+$ % 三个反应时间焦油的收率非常接 焦油二次热解的 近； 当热载体初始温度高于 0$$ % ， 速度已经超过焦油析出的速度， 短停留时间则对提 高油收率更为有利。反应从 " *./ 延长到 ,- *./， 气 液总产率变化不大， 这说明 0$4 以上的挥发分在热 解反应的前几分钟得到释放。 ! ! #" 煤粒径和热载体与煤的质量比对热解产物产 率的影响 " 在热载体初始温度 0+$ % 、 反应 " *./、 热载体与煤的质量比为 + 时， 煤粒径对热解反应气 液产物产率的影响见图 -。原料煤粒度 ) ** & - ** 与 ( ) ** 的实验结果相比， 气液产率略有降低。虽 然小粒径煤具有相对较大的比表面积， 煤粒与热载体 间的传热更充分， 挥发分更易向外扩散， 但从实验结 果以及工业循环流化床燃烧选取的煤粒径范围来看， 粒径对热解产物产率的影响不大。实验结束后， 通过 对反应器出口的粉尘净化装置内粉尘收集量的对比 发现， 小粒径煤在热解过程中有更多的半焦粉尘被热 解气带出， 这对于挥发分除尘是不利的。
* * 固体热载体煤热解技术可以在相对比较温和的 条件下产生煤气和大量轻质焦油。代表性的工艺过 程有 ,1DDEFF 法
［ +］
［ M， ’］ 固体热载体煤热解的控制技术 。
固体热载体与煤的混合热解规律是多联产系统 中干馏炉设计、 运行的理论基础。而煤在干馏炉中 的停留时间、 热载体用量和热解温度直接影响过程 的设计， 但目前有关这方面的基础研究报道很少。 本文采用固体热载体煤混合热解工艺， 设计了一套 处理量为 + >< 煤的间歇式固体热载体实验装置， 以 淮南烟煤为原料， 石英砂作为模拟热载体， 考察了不 同热载体初始温度、 反应时间、 煤粒径和热载体与煤 的质量比等因素对热解产物收率及其特性的影响。 通过模拟和考察多联产系统中燃煤炉前干馏的反应 特性和操作特性， 为未来多联产工艺过程的设计和 运行提供一定的理论依据。
3 3 反应时间对液体产率的影响见图 + ， 热载体初 始温度为 #$$ % 时， 反应由 " *./ 延长至 0 *./ 和 ,- *./焦油收率可提高 ,4 左右， 这是由于低温下焦 油二次热解的程度较低， 延长反应时间可使焦油进 一步脱出； 随着热载体初始温度的升高， 延长反应时 间焦油的二次分解作用逐渐变得明显； 热载体初始