本发明专利技术属于能源技术领域，提供一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的方法。其特征是将富含甲烷的混合气从流化床热解反应器底部通入，先经过催化剂层使）进行反应而得到活化，活化后的气体作为流化气体使加入流化床中的煤流化，并在流化状态下得到热解和焦化，热解产物经气固分离器、冷凝器和油水分离器后分别得到半焦、煤气和焦油。煤的流化床热解可使活化气体与煤充分接触，有利于活化分子与煤热解产生的自由基间的结合，热解焦油产率高于相同条件下氢气或惰性气氛下热解的焦油产率，而且催化剂不与煤直接混合，易于循环再生、重复使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源
，涉及。
技术介绍
煤炭是我国的主要能源。煤热解工艺是煤炭在气化、燃烧或其它方法利用前，在相 对温和条件下将煤中富氢组分以液体和气体的形式提取出来，使煤炭利用效率得到提高的 方法。但传统煤热解过程存在焦油产率低、焦油中重质组分含量高的问题。研究表明，煤 热解过程中焦油的形成与煤中有机大分子受热裂解和裂解自由基的稳定有关。过度的裂 解可能形成气体产物，自由基与小分子间的结合形成焦油，而自由基与自由基间的结合可 能形成焦油，也可能重新形成大分子以固体半焦的形式存在。因此，在煤热解过程中通过外 部施加小分子自由基，使裂解自由基稳定是提高焦油产率的有效途径。煤加氢热解可以有 效提高煤热解过程的焦油产率和质量已得到实验证明，但较高的氢气价格限制了它的实际 应用。甲烷是天然气和煤层气的主要成分，焦炉煤气中不仅含有50%左右的氢气，还含有 25%左右的甲烷，因此可以考虑用甲烷替代氢气作为煤热解的反应气氛，但甲烷直接作为 热解气氛时和惰性气氛效果 相当 (Cypres et al. Fuel ，1982 ，61 :721 ;Steinberg etal. HydrocarbonProcess. 1982,61 :92 ;Calkins et al. Fuel, 1984,63 :1716)。研究表明，甲烷在催化剂作用下的部分氧化过程中，能产生包含甲基和亚甲基等自由基的中间体(Hu etal. J. Phys. Chem. A. 1998， 102 :10568)。如果这些自由基生成后与煤热解过程产生的自由基接触，可以提高自由基的稳定速率和效率，从而提高煤热解过程的焦油产率。 到目前为止，有关在含甲烷气体中进行煤热解，以提高焦油产率为目的的煤热解工艺的研究主要有以下几类 1、焦炉煤气气氛下的热解。焦炉煤气中含有50%左右的氢气和25%左右的甲烷， 研究者利用焦炉煤气进行煤热解的目的是利用其中的氢气，而没有考虑甲烷对热解的作 用，因此所得的焦油产率和组成基本上与相同分压下氢气中热解的结果类似。廖洪强等利 用固定床反应器对先锋褐煤在焦炉煤气气氛下的热解进行了研究，结果显示在焦炉煤气中 热解的焦油产率及焦油中的BTX和PCX的产率明显高于相同条件下氮气中的产率，但低于 相同条件下加氢热解的产品产率(Liao et al. Fuel, 1998， 77 :847)。李保庆等在焦炉煤气 气氛下对添加5%聚乙烯的充州烟煤进行热解试验，结果发现在650°C ，总压为3MPa条件下 的焦油产率较加氢热解增加3% (干燥无灰基煤的重量百分数)(李保庆等，燃料化学学报， 1999,27 :385)。 2、其它富含甲烷混合气气氛下的热解。Smith等研究发现IBCSP No. 5煤在 CH4-N0或(^4-02气氛下热解的液体产物产率高于其他其它气氛下的产率(Smith et al. Energy&Fuel， 1989， 3 :536) 。 Maier和Franke研究了以Li02为催化剂的烟煤在CH4_N20气氛下的热解，结果发现，在580°C时热解的液体产率高于相同条件下N2气氛下的液体产率 (Maier et al. Fuel, 1994， 73 :5)。胡浩权等在上层为含有催化剂煤层，下层为和煤层催化 剂的固定床反应器上进行的热解试验发现，在反应气为400ml/min CH4和100ml/min 02，热 解温度为70(TC，压力为2MPa时，充州煤的焦油产率是相同条件H2气氛下焦油产率的1. 7 倍(中国专利技术专利ZL200510045853. 8)。在CH4_C02气氛下，750°C时平朔煤热解的焦油产 率分别是相同条件，H2和N2气氛下热解的1. 6和1. 8倍(Liu et al. The 7th China-Korea Workshop on CleanEnergy Technology, June 25-28,2008)。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的 方法，该方法以富含甲烷混合气经催化转化后替代常规加氢热解所用氢气，提高流化床煤 热解焦油产率的方法。该工艺可以降低加氢热解成本，简化操作，增大处理量，实现规模生 产，所得焦油产率高于相同条件下加氢热解焦油产率，催化剂易于循环再生、重复利用。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 该方法通过流化床煤热解装置来实现，所述的流化床煤热解装置包括原煤进料 器、流化床热解反应器、半焦储槽、热态气固分离器、冷凝器和油水分离器，其中流化床热解 反应器由催化剂层、气体分布板和流化热解层组成。 具体工艺如下 以富含甲烷混合气为反应气氛，混合气由流化床热解反应器底部气体入口进入流 化床热解反应器，通过流化床反应器底部的催化剂层，在催化剂作用下得到活化。活化后 气体作为流化床中煤流化热解的流化气体，使由煤斗和进料器进入的煤粉在流化状态下进 行热解和焦化，混合气活化温度500 800°C ;热解和焦化条件为温度400 80(TC，压力 0. 1 3. 0MPa，固体物料停留时间0 60min，热解生成的半焦大部分由流化床侧线排出进 入半焦储槽，并作为产品去半焦利用系统(如半焦气化)。其余产物通过流化床上部出口 离开流化床热解反应器，经热态气固分离器将夹带的半焦从气体中分离，剩余气态产物进 入冷凝器，经冷凝后分别得到煤气和油水混合物，油水混合物经油水分离器分离后得到焦 油和水。 所用的富含甲烷混合气可以是天然气、煤层气、焦炉煤气和煤焦气化煤气中任何一种。 所用的催化剂是能使甲烷活化的任何负载型催化剂，包括镍、钴、铜、铁、其它过渡 金属和贵金属中任何一种的负载型催化剂；负载型金属催化剂载体为氧化镁、三氧化二铝、 二氧化硅、分子筛、氧化钙、活性炭、二氧化钛、二氧化锆、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物和复合 氧化物中的任何一种。 用于混合气活化的催化剂与煤之间用分布板隔开，避免与煤直接混合。 为了提高甲烷的活化转化效果，当富含甲烷混合气中(A含量较低时，可以通过在混合 气中添加部分C02或02，以实现甲烷C02催化重整或甲烷部分催化氧化过程的进 行。 当用于混合气活化的催化剂床层同时作为流化气体分布板使用时，可通过调控催化剂颗粒尺寸，利用催化剂与煤颗粒间在流化速度上的差异，保持催化剂层的稳定，而煤实 现流化。这些措施有利于催化剂的循环再生和重复使用。 本专利技术是采用流化床热解反应器，操作简便，处理量大，易于实现规模生产。以富 含甲烷混合气替代纯氢气作为热解反应气氛，降低了加氢热解成本，而且活化气体与煤充 分接触，有利于活化分子与煤热解产生的自由基间的结合，可使热解焦油产率高于相同条 件下氢气或惰性气氛下热解的焦油产率，而且催化剂不与煤直接混合，易于循环再生、重复 利用。附图说明 附图是本专利技术的流化床热解装置示意图。 图中l进料器；2流化床热解反应器；3半焦储槽；4热态气固分离器；5冷凝器；6 油水分离器；7湿式流量计；8催化剂层；9气体分布板；10进料器。具体实施方式 对比例1 所选煤种为神木煤，其工业分析和元素分析见表一。试验用煤5g，无催化剂，热解 条件为温度75(TC，恒温时间30min本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的方法，其特征在于，该方法通过流化床煤热解装置来实现，所述的流化床煤热解装置包括原煤进料器、流化床热解反应器、半焦储槽、热态气固分离器、冷凝器和油水分离器，其中流化床热解反应器（２）由催化剂层（８）、气体分布板（９）和流化热解层组成； 以富含甲烷混合气为反应气氛，将混合气由底部气体入口进入流化床热解反应器（２），经催化剂活化后作为流化反应气，使由进料器（１）进入的煤粉在流化状态下进行热解和焦化，热解生成的大部分半焦由流化床中的半焦排出口进入半焦储槽（３）后排出系统，其余产物由流化床上部出口进入热态气固分离器（４），将夹带的半焦从气体中分离，剩余气态产物进入冷凝器（５），经冷凝后分别得到煤气和油水混合物，油水混合物经油水分离器（６）分离后得到焦油和水； 所述的富含甲烷混合气为天然气、煤层气、焦炉煤气和煤焦气化煤气中的任何一种。
【技术特征摘要】
一种以富含甲烷混合气为反应气氛提高流化床煤热解焦油产率的方法，其特征在于，该方法通过流化床煤热解装置来实现，所述的流化床煤热解装置包括原煤进料器、流化床热解反应器、半焦储槽、热态气固分离器、冷凝器和油水分离器，其中流化床热解反应器(2)由催化剂层(8)、气体分布板(9)和流化热解层组成；以富含甲烷混合气为反应气氛，将混合气由底部气体入口进入流化床热解反应器(2)，经催化剂活化后作为流化反应气，使由进料器(1)进入的煤粉在流化状态下进行热解和焦化，热解生成的大部分半焦由流化床中的半焦排出口进入半焦储槽(3)后排出系统，其余产物由流化床上部出口进入热...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡浩权，刘佳禾，朱盛维，靳立军，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。