基于Fluent的煤焦油悬浮床加氢反应器数值模拟与温度控制研究

作为煤焦油悬浮床加氢技术的核心设备——煤焦油悬浮床加氢反应器,其中上部温度骤升问题已经成为制约该技术实际应用的技术瓶颈之一。为了解决温度骤升问题,采用计算流体力学方法,基于Fluent软件,对加氢反应器内温度变化进行了数值模拟,并对温度控制措施展开了研究。结果表明,煤焦油悬浮床加氢反应器在3.0 m高度处出现温度骤升,在温度骤升处增设冷氢管,冷氢的通入不仅可有效控制反应器中上部温度,解决温度骤升问题,还使得反应器内温度的轴向和径向分布趋于均匀,且冷氢的适宜温度为41℃~43℃,最佳温度为43℃。在此基础上,研究了冷氢通入前后加氢反应器内流场的变化。根据流速分布模拟结果,结合温度分布云图,可推测出无冷氢通入时,反应器在3.5 m左右高度处出现局部结焦现象,当高度达到5.0 m时,反应器内开始出现因结焦而导致的局部堵塞,当高度到达5.5 m左右时,反应器内出现因结焦而导致的严重堵塞。43℃冷氢的通入不仅解决了加氢反应器温度骤升问题,还抑制了加氢反应器内的轴向流,促进了反应物料的径向流动及混合,使得流速以及气含率(气相体积占气液混合物体积的百分比)的分布更加均匀,有利于加氢反应器内传质及煤焦油加氢反应的进行。

煤基费托合成含蜡滤渣中重质蜡的萃取分离研究

研究煤基费托合成装置中含蜡滤渣的综合利用,在资源利用、经济效益及环保等方面均具有重要意义。以国能宁煤费托加氢精制一线油为萃取剂,采用萃取-离心分离技术,进行了高效回收煤基费托合成含蜡滤渣中重质蜡的研究。通过控制单一变量法,系统考察了渣剂比、萃取温度、离心机转速、离心温度和离心时间对蜡回收率和油损耗率的影响。实验结果表明:在渣剂比1:5、萃取温度80℃、离心机转速3500 r/min、离心温度80℃、离心时间5 min的条件下,蜡回收率稳定在91%~94%之间,油损耗率稳定在15%~18%之间,具有良好的萃取分离效果和技术经济可行性。

油页岩分质高效利用技术研究与应用

油页岩是一种储量十分丰富的新型非常规石油资源,目前比较成熟的油页岩干馏技术多数处理含油率高于5.5%的12~75 mm的块状页岩,油回收率较低。为提高资源利用率,保证资源高效利用,开展了油页岩分质高效利用技术研究。结果表明:通过块状页岩分级均匀干馏技术、小颗粒页岩叉流干馏技术、低品位页岩与有机固废耦合干馏技术等三种干馏技术的结合,可实现对油页岩全粒度、全品位分质高效利用。

煤-焦炉气共热解特性研究Ⅳ.甲烷和一氧化碳对热解的影响

分别在具有不同Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ等气体组成的热解反应气气氛下，采用１０ｇ固定床反应器考察了先锋褐煤热解产品收率的变化规律，并利用日本ＳＨＩＭＡＤＺＵＧＣ１７Ａ／ＱＰ５０００ＭＳ对焦油进行色质联检。结果表明：焦炉气中甲烷和一氧化碳对加氢热解有十分重要的作用，二者相互促进相互制约共同影响热解结果。其中甲烷对加氢热解的影响具有双重性，一方面它能提高焦油收率（特别是在较高压力下），同时能明显增加焦油中苯、甲苯、二甲苯（ＢＴＸ）和萘的相对含量，实现焦油轻质化；另一方面它又降低热解总转化率（半焦收率增加）并生成更多的热解水分。焦炉煤气中的一氧化碳也有利于提高热解总转化率、焦油收率并主要通过增加酚、甲酚、二甲酚（ＰＣＸ）的含量以改善焦油质量，但它却促进了水的生成。相比较而言，焦炉煤气中甲烷对增加热解焦油产率和改善焦油质量比一氧化碳具有更为明显的影响。

橄榄石基固体热载体影响褐煤热解产物分布的分析

为了提高固体热载体煤热解工艺中焦油的品质,降低焦油中沸点大于360℃的重质组分含量,本实验采用固定床反应器,在450～600℃下进行褐煤固体热载体快速热解反应。分析对比了橄榄石基和石英砂固体热载体对褐煤热解产物收率、焦油馏分、气体组成的影响。结果发现,Co能改变煤内部挥发分氢元素的分布,橄榄石负载Co热载体能将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。热解温度为550℃时,与橄榄石相比,负载Co的橄榄石固体热载体使焦油收率提高了19.2%。与石英砂相比,负载Co的橄榄石固体热载体使焦油中重质组分含量降低了17.0%,轻质组分收率达5.1%,其中,轻油、酚油和萘油分别提高了19.6%、17%和15.2%,气体产物中H2、CH4含量下降。

热解和气化过程中焦油裂解的研究

介绍了在热解、气化过程中关于焦油裂解的研究，讨论了温度、压力、气氛、停留时间和加热速率对焦油裂解的影响．同时讨论了氧化钙对焦油裂解的影响，并对不同催化剂的催化剂活性进行了比较．

移动颗粒床除尘装置滤料加热工艺的优化与改造

针对移动颗粒床除尘装置滤料加热工艺中存在的问题,对滤料加热工艺进行了优化及改造。改造解决了移动颗粒床除尘装置滤料加热效率低、滤料加热缓慢,热风炉能耗高,影响系统整体开车进度及浪费能源的问题,改造后系统运行稳定,节能降耗效果明显。

中低温煤焦油中酚类化合物的分离研究进展

中低温煤焦油中含有大量酚类化合物,加氢转化过程中会造成氢耗及污水处置费用增加。从粗酚提取、粗酚精制两个角度介绍了中低温煤焦油中混合酚化合物的提取以及混合酚中单质酚的纯化工艺技术,对相关工艺技术的优势及不足进行了对比。探讨了中低温煤焦油中酚类化合物提取的技术发展趋势,认为三废排放更少的有机溶剂萃取法是粗酚提取的工业化发展趋势,烷基化反应后分离仍是目前最有效、工业化可行性最高的甲酚同分异构体的高效分离工艺技术。

响应面法优化煤焦油电脱盐工艺

在单因素实验基础上采用响应面分析法的中心组合设计原理优化了煤焦油电脱盐、脱水工艺。优化得到的工艺条件为：电脱温度110．97℃，电场强度983．06V／cm，破乳剂注入量9．65μg／g。水注入量9．11％，脱金属剂注入量30μg／g，电脱总时间8mln。电脱后煤焦油中的金属含量为24-28μg／g，水份小于300μg／g，固体杂质小于400μg／g，符合加氢原料油的进料要求。

中低温煤焦油加氢前后沥青质组成和结构变化

为更深入理解中低温煤焦油加氢过程中催化剂失活问题,在小型固定床加氢反应装置内进行煤焦油加氢实验,通过元素分析、平均分子量、红外光谱分析、1H-NMR和扫描电镜等方法研究煤焦油加氢前后沥青质组成和结构的变化。结果表明,加氢产物中沥青质质量分数降低,加氢沥青质平均相对分子质量减小,H/C原子比增加,硫、氮、氧杂原子含量降低;加氢后沥青质缩合度明显减小,沥青质在加氢反应过程中一方面发生烷基侧链和芳环取代杂原子(尤其是羟基氧)脱除反应,以及桥键断裂反应;另一方面发生环烷环和杂环开环、芳环加氢饱和反应。

我国煤温和气化(热解)焦油性质及其加工利用现状与进展

煤的温和气化（热解）技术是洁净煤技术的重要内容之一。采用该工艺对低阶煤进行加工转化，可同时获取多种用途广泛、有经济价值的煤基产品，从数量和质量上较好地利用了煤资源，技术上和经济上易于实现不同层次的开发和生产，是该类煤种综合利用的有效途径。分析总结了国内主要的煤热解工艺，特别是较典型的热解工艺焦油产物的基本性质。在此基础上，对我国目前低阶燥热解焦油的加工利用现状及进展进行了阐述和比较分析。认为加氢制取机动车燃料油是此类焦油深加工的有效途径之一，同时指出应关注其中＞36℃的重焦油类的加工利用、酚类化合物的提取利用和热解焦油沥青的深加工与有效利用。

褐煤与煤直接液化残渣共热解产物半焦性能研究

为使煤直接液化残渣得到清洁高效再利用,采用常压固定床反应器,对神东煤直接液化残渣与呼伦贝尔褐煤共热解制取的半焦进行了研究。结合扫描电镜、N2-吸附、X射线衍射、拉曼光谱以及热重分析发现,共热解过程中存在的软化熔融现象导致液化残渣与褐煤相互黏结,共热解半焦比表面积与孔体积减小,半焦结构有序化程度增加。与褐煤单独热解半焦相比,共热解半焦CO2气化反应性能低。

褐煤固体热载体催化热解研究进展

综述了国内外褐煤固体热载体催化热解技术研究进展,对比分析了传统固体热载体热解工艺和耦合热解集成工艺特点,以及使用的固体热载体催化性能,明确了循环流化床耦合低温热解多联产技术是褐煤清洁高效综合利用适合的工艺,指出该集成工艺不仅可以优化产物组成、增加产率和提高能量利用效率,还可实现热、电、气、油、焦多联供,提升煤的综合利用价值。最后对固体催化热载体本身及其制备过程中存在的问题和研究方向提出了相应的建议。

固体热载体煤热解工艺的开发与进展

介绍了煤炭低温热解工艺的发展,对国内外几种典型的以固体热载体作为热源将煤热解的工艺进行了比较和评述。针对目前煤炭资源综合利用和环境保护的需要,认为将循环流化床燃烧和煤炭低温热解组合成技术集成系统,实现热、电、油、气多联产,在燃煤电厂具有良好的发展前景。

固体热载体热解霍林河褐煤实验研究

在处理量为10kg/h的粉煤-固体热载体移动床实验装置上,以循环灰为热载体对其进行了热解特性评价实验。考察了热解温度(460℃～610℃)、反应时间(6min～8min)及煤粒粒径对热解产物产率和组成的影响。结果表明,随着热解温度的升高,气体产率增大;焦油产率在520℃时达到最大值4.94%。热解煤气的热值为19.80MJ/m3～23.20MJ/m3。与淮南烟煤相比,热解焦油中BTX、PCX的含量较高,特别是PCX的含量在反应温度为610℃时达到23.82%。热解半焦具有很好的燃烧特性而且硫含量明显低于原煤,有利于减轻循环流化床锅炉的脱硫负荷。

烟煤固体热载体低温快速热解实验研究

以连续式热解装置为实验平台,藁城和府谷煤为原料,石英砂为热载体,考察了460～520℃范围内热解所得气、液产物收率、组成和性质的变化规律.结果表明,在考察的温度范围内,提高热解温度,热解气、液产物收率增加,液体产物收率最高可达12%左右.热解温度对热解产物中不凝气组成影响显著,热解煤气热值高达25MJ/Nm3以上.焦油组分中酚衍生物含量最高,稠环烃、芳香烃、链烃组分的含量也较高,酚含量随热解温度增高有所降低,而芳烃含量则显著提高.根据实验结果提出了酚-芳烃转化的可能路径.

炉前煤低温干馏的工艺研究

为了模拟真实的循环流化床燃烧/煤热解多联产工艺中的移动床热解系统,同时验证静态挡板混合以及颗粒床除尘在该系统中应用的可行性,建立了处理煤量为10kg/h的移动床固体热载体煤热解连续实验装置。结果表明,在混合段内设置挡板是一种有效的灰/煤混合方式,可以获得与机械混合接近的气、液产率;滤料性质、床层高度、过滤气速等均会对颗粒床除尘器的除尘效果产生影响,颗粒床的使用可将焦油中的含尘率控制在一定范围内。该研究可为炉前低温干馏工艺开发提供可靠的基础数据。

炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘

为了寻求优化的炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘方案,在使用400目金属滤网对间歇式粉煤固体热载体热解装置挥发分除尘研究的基础上,将颗粒床过滤器用于该过程的除尘研究。热态除尘实验表明,颗粒床的使用有效地降低了滤网的过滤负荷。选用2 mm石英砂和φ5 mm×2 mm瓷环作为滤料,通过对比实验发现,两种滤料除尘效率均在90%以上;随着过滤操作的进行,由于颗粒床内粉尘的沉积使其过滤效率有所提高,而对气、液收率的影响很小。结果表明,颗粒床与滤网结合可作为粉煤炉前低温干馏工艺中可供选择的挥发分除尘方案。

固体热载体热解淮南煤实验研究

自制处理量为1kg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700℃～900℃、反应4min～16min、煤粒径及热载体与煤的质量比5～9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。

煤-焦炉气共热解特性研究 Ⅲ.热解焦油分析

采用色质联用技术分析先锋褐煤在焦炉气气氛下热解油品的组成及其相对含量，主要考察了不同热解压力和升温速率对油品组成的影响并与相当氢分压下的加氢热解油品分析结果比较。结果表明，煤焦炉气共热解焦油中含有非常丰富的苯、甲苯、二甲苯（ＢＴＸ），酚、甲酚、二甲酚（ＰＣＸ）以及萘。热解压力和升温速率对油品的组成及其相对含量有较大的影响。在实验条件下，压力升高和升温速率降低均有利于焦油中ＢＴＸ、ＰＣＸ和萘实际收率的增加，从而增加焦油中的轻质组分。与相当氢分压（３ＭＰａ）下的加氢热解相比，煤焦炉气共热解焦油总收率增加约１．２倍，焦油中ＢＴＸ收率增加约１．６倍（其中苯增加约２．４倍），ＰＣＸ增加约１．３倍，萘增加约１．６倍，而且相同总压（均为３ＭＰａ）下的煤焦炉气共热解焦油中ＢＴＸ和萘的收率能与加氢热解相当。说明与相当氢分压下的加氢热解相比。