低阶煤热解荒煤气直接转化实验研究.pdfVIP

摘要

摘要

我国的资源特点是富煤、贫油、少气，这决定了煤炭将在绿色能源占主导之前

仍是我国能源消费的主体。低阶煤约占据煤炭蕴藏量的一半，其硬度低、发热量低、

含水量大、挥发分含量高、直接燃烧会排放大量的硫化物及粉尘等，这使得低阶煤

难以被直接加工利用，因此开展低阶煤的高效清洁利用技术研究，是“双碳”背景

下化石能源利用的迫切所需。目前低阶煤一般通过热解生产兰炭的方法来克服其难

以直接利用的不足，而产生的高温热解气体（俗称荒煤气）则采用降温处理的方法

得到焦炉煤气和焦油。降温处理的方法包括氨水直接冷激和间接换热降温，氨水直

接冷激会产生大量含酚废水，处理这些废水成为企业的重大负担；间接换热降温则

因荒煤气中含有大量粉尘造成管路堵塞，引起经常性的停车而影响正常生产。同时，

因煤基焦油的成分复杂使得后续加工的投资较大，加上近年来绿色能源的快速发展，

使得煤基焦油的高价值出路越来越窄。

针对这些问题，本论文作者所在的课题组提出采用高温煤热解耦合荒煤气直接

转化技术，也就是在低阶煤热解后不经降温处理，直接进行反应转化为合成气，以

实现煤的高效清洁的分质利用。本论文主要针对荒煤气直接转化开展研究，在进行

热力学计算和分析的基础上，分别开展荒煤气非催化部分氧化和水蒸气催化重整实

验研究。

采用HSC-chemical软件，通过吉布斯自由能最小原理对荒煤气部分氧化转化和

水蒸气重整转化进行热力学分析。对于部分氧化反应，在温度达到1100~1200℃时

反应在热力学上达到平衡，同时当氧气当量比ER0.2时产物气体达到最优。较高的

温度以及一定量的水蒸气加入有利于水煤气变换反应的进行，使得体系中产生的部

分积碳进一步转化为H和CO等。富CO氛围及富H氛围对反应的进行均有一定

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的抑制作用。在水蒸气重整反应中，反应体系在低温下主要发生热裂解反应，高温

更加有利于蒸汽重整反应以及干重整反应的进行；随着温度的提高氢气的产率均先

升高后缓慢降低，最大氢产率出现在650℃左右，水碳比的增加会提高氢气的产率，

水碳比越高碳生成率越低。

在自行设计和搭建的高温实验装置上，开展以甲基萘替代焦油的荒煤气模拟气

1100~1500

体非催化部分氧化实验，探索在高温（℃）下反应操作条件以及不同气氛

条件下对产物分布的影响规律。结果表明：在反应温度为1300℃时反应基本达到平

衡；随着氧气当量比ER的增加合成气的产率先增大后减小，在ER0.3时达到最大；

控制反应空间时间，随着反应空间时间的增加，反应产气率及有效气体产率明显上

升，在τ1.5s后变化不再明显；HO的加入促进了H，CH，CO等小分子气体产

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I

河北科技大学硕士论文

率的增加，而CO的产率随着水蒸汽浓度的增大而减少。温度越高，水蒸汽对小分

COHCOH23

子气体产率的影响越大。以及主导的气氛条件影响下，在：：到

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CO：H1：4之间为最优操作范围。

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开展荒煤气水蒸气催化重整实验，研究不同种类催化剂对催化重整反应的催化

作用，优化催化剂组成，以及探究重整反应影响因素。首先进行催化剂筛选实验工

ZSM-5XRDBET

作，对分子筛进行酸碱改性以及表征分析，由红外光谱，