黏结性煤破黏技术的研究现状

煤的黏结性是煤的重要指标之一,对煤的热解、气化等化工应用有着重大影响。本文在大量文献的基础上,总结分析了目前国内外破黏技术的发展及研究现状,并对今后的研究趋势进行了展望。

黏结性烟煤氧化破黏及热贯通特性

为了探索黏结性烟煤在地下气化通道贯通过程中热贯通特性,采用空气预热氧化的方法,研究并获得了温度、流量、时间3个因素对烟煤黏结指数的影响规律,以及低温氧化破黏前后烟煤燃烧贯通特性。实验表明,随着氧化温度的升高、空气流速的增大、破黏时间的延长,烟煤黏结性都显著下降,最适合的破黏温度为140~180℃;破黏后煤样燃烧的初始引发温度降低,2 920 min破黏后的煤样与原煤相比,初始引发温度降低了28℃;破黏处理后的煤样燃烧扩展速率提高了20%,燃烧贯通时间缩短;因此破黏后有利于黏结性烟煤地下气化通道的形成和扩展。

配煤成型在黏结性煤破黏过程中的研究

为解决黏结性煤在干馏过程中的黏结问题,采取配煤成型方法,在实验室条件下,以某黏结性原煤为基本原料,通过配入一定比例的不黏结煤和加入适当比例的黏结剂,进行配煤成型破黏研究,重点考察了成型过程中2种原料煤的粒度和配比、黏结剂用量和成型水分等因素对配煤成型破黏效果的影响,最终确定试验煤样配煤成型破黏的最优工况。结果表明:在黏结性煤(粒径≤0.5 mm)、不黏煤(粒径≤1 mm)配比为50∶50,黏结剂用量为1.0%,成型水分为15%的条件下进行配煤成型,得到的型煤干燥后冷压强度可达363 N/个,型焦冷压强度达597 N/个,且低温干馏试验中没有黏结现象,满足了国富(GF)干馏炉的入炉要求。

黏结性烟煤的催化破黏与气化研究

以平顶山瘦煤和兖州气煤为研究对象,利用等体积浸渍法考察了NaCl、KCl、Na_2CO_3和K_2CO_34种碱金属盐类对黏结性烟煤的破黏和催化气化效果。结果发现碱金属对黏结性烟煤具有显著的破黏作用,实验所用4种催化剂对煤样的破黏效果依次为K_2CO_3>Na_2CO_3>KCl≥NaCl;当每克平顶山瘦煤添加0.001mol的K_2CO_3时,与原料煤相比其气化活性指数可以提高10倍以上。

黏结性碎煤射流预氧化破黏与流化

具有黏结性（黏结性指数10-30）并高灰的劣质煤，如洗中煤难于适应于现有气化技术，但焦化等行业对这些煤的气化高价值利用具有极大的需求。中国科学院过程工程研究所提出了黏结性煤射流预氧化流化床气化技术，采用含氧气体向流化床气化炉稀相区喷射供料，有效破除煤的黏结性，同时强化气固接触和气化反应，实现对黏结性劣质煤的高效转化。采用小型射流预氧化流化床反应器，研究了黏结性指数为20的一种煤通过射流预氧化的破黏与实现流化的效果。分别考察了射流气过量空气系数（ER）和氧浓度（ O2C ）、加热炉设定温度（T）对预氧化破黏及煤颗粒流化的影响效果，分析了反应器内射流区的温度分布与生成气组成随时间的变化规律，并对预氧化后的半焦进行了电镜观测和气化反应活性测试及傅里叶红外分析。结果表明，在流化床中通过射流预氧化有效破黏、实现黏结性煤颗粒流化的工艺条件为：T＆gt;950℃， O2C =21%，ER ＆gt;0.1。在有效破黏的条件下射流区内的温度变化平稳，生成气中H2与CO含量较低，波动较小，而结焦条件下射流区内温度逐渐下降，生成气中H2与CO含量增加。经历结焦的半焦表面生成了黏结性物质，而经过预氧化成功破黏后的半焦其表面大部分官能团消失。

弱黏结煤热解高值化利用的风化破黏特性研究

为了利用内构件热解技术对弱黏结煤进行热解处理以实现高值化利用,采用模拟的风化条件,实验研究了弱黏结煤的风化破黏特性。结果表明,风化时间越长,煤的黏结指数(G_(R.I))下降越多;风化气氛对煤风化破黏有较大影响,风化气氛压力越高,温度越高,含氧量越高,气体流量越大,G_(R.I)下降越多;煤本身物性对其风化破黏也有较大影响,煤的颗粒越大、含水量越高,G_(R.I)下降越慢;助剂的添加也会促进煤风化破黏,氧化性助剂使G_(R.I)下降最多,中性助剂次之,还原性助剂最少。

烟煤破黏技术研究进展

黏结性煤热解或气化过程中,会产生一定量的胶质体,若直接用于固定床和流化床,易导致炉内煤样结焦,堵塞排渣管口,导致气化炉无法正常运行。因此,需要对黏结性煤进行破黏处理。论述了常见的破黏方法,并对破黏技术进行展望。破黏的主要方法有预氧化法、掺混法、机械破黏法和添加剂法等。现阶段,预氧化法相关工艺研究较多,且破黏效果显著。预氧化过程中,煤中含氧官能团增加,脂肪族氢减少,煤的微孔和交联程度增加,加热过程中使其失去流动性,减少胶质体的生成,从而实现破黏。一般来说,提高温度、氧含量、预氧化温度和时间,有利于破黏。掺混法和添加剂法主要是通过添加不黏物质降低整体黏结性,从而实现破黏,但破黏程度有限且降低气化单位产能,其次受当地原材料影响较大。机械破黏通过搅拌的方式防止气化过程煤样黏结而无法排渣,优点是工艺简单,但只能应用于固定床,且处理量很难满足大工业生产需求。未来发展中,为实现高效破黏和降低成本,可以将多种方法耦合,打破单一技术局限性,研究出高效复合破黏技术。如碱性化合物添加法与预氧化法相结合,在降低煤黏结性的同时,破黏后的煤在气化过程中碱性化合物亦可发挥催化作用。

尚店油田稠油破乳降黏技术研究及应用

将尚店油田稠油配成不同含水率的稠油乳状液,利用黏度法研究了含水率与乳状液类型的关系,得到了含水率在60%左右时体系从W/O型转变为O/W型,此含水率时乳状液黏度达到最大值,对于综合含水为55%的尚店油田稠油乳状液,其黏度达到10 206 mPa.s。根据黏度、界面张力等实验数据,结合稳定性分析等微观分析方法研究了破乳剂SD-1的降黏效果及降黏机理,结果表明:SD-1质量浓度为0.10 g.L-1时,降黏率可达82.1%;破乳剂的加入加速了稠油乳状液中水滴的聚并沉降从而引起了稠油乳状液的反相,导致脱出水成为连续相,油分散或包裹在水中,从而使体系黏度大大降低。现场试验采用机械式井口自动点滴加药方法,实施井筒降黏19井次,降黏率达到75.7%,节约费用54%。

瓦庄油田井筒原油破乳降黏实践与认识

随着油田开发的进一步深入，瓦庄油田大部分油井进入中高含水开发期，油井含水在60％～90％，原油中富含石蜡、沥青质、胶质等天然的乳化剂。生产过程中井筒出现严重的乳化现象，导致抽油杆上行载荷变大，下行载荷变小，加大了抽油杆的工作负荷，抽油杆断脱几率增加，油井检泵周期缩短。采用化学破乳方法开展了井筒原油破乳降黏试验。选取KD-25型破乳剂及超高分子量聚丙乙烯醚型破乳剂进行评价，筛选出两种主剂进行复配试验．复配后起到了协同增效的效果，脱水率达到94％以上。加药浓度选取120μL／L，加药方式采取药剂直接加入井筒，然后加入一定量的清水对黏附在油套管壁上的药剂进行冲洗，药剂到达油井液面后与井液混合。在2口试验井取得明显效果的基础上，对瓦庄区块油井进行破乳降黏，各井最大载荷均有明显下降，抽油杆功率下降幅度在14．6％-30．2％。

射流预氧化流化床气化炉中黏结性煤的反应特性

针对现有流化床气化技术难以处理黏结性、高含灰洗中煤的问题,中国科学院过程工程研究所开发了可处理黏结性碎煤的射流预氧化流化床气化技术,该技术利用含氧气体将煤颗粒快速喷射送入预氧化区内破除其黏结性,形成的半焦进入气化区内发生气化反应,进而实现对黏结性煤的利用。本工作采用小型流化床射流预氧化反应装置研究较强黏结性煤预氧化破黏后的产物分布、半焦结构与活性变化,并考察气化操作条件(温度、当量空气系数、水煤比等)对半焦气化行为的影响。结果表明:当预氧化区温度为950℃、当量空气系数为0.13时,黏结性煤生成半焦的孔结构和气化活性较好;当半焦气化区温度为1000℃、当量空气系数为0.17、水蒸气与煤质量比为0.09时,生成燃气的品质较好,而且生成焦油中的轻质组分最多,有利于焦油被进一步脱除。研究结果可为射流预氧化气化技术的设计放大提供基础数据。

胍胶压裂返排液特性及处理技术

基于胍胶压裂返排液水量大、组成复杂、黏度高等水质特性,常规处理工艺很难实现其氧化破胶和离子去除,因此亟需优化升级现有处理工艺。文章总结了胍胶压裂液体系的构成及作用,研究了国内外压裂返排液的处理方式,通过探究返排液回注与回配处理技术的发展趋势,明确了破胶降黏对返排液处理的关键作用,建议应结合氧化破胶和离子去除,研发利用高价金属离子的类芬顿氧化剂,实现返排液的高效降黏脱稳,协同控制高价金属离子的影响,为胍胶压裂返排液高效低成本的资源化处理提供支撑。

黏结煤与不黏煤共热解特性研究

为了利用内构件反应器热解技术实现黏结性煤的高值化利用,采用TG-MS和固定床反应器研究了黏结的山西兴县煤(简称XX煤)与不黏的先锋褐煤(简称XF煤)共热解时的破黏和热解特性。TG-MS实验结果表明,XX煤与XF煤配制的混合煤比XX煤黏性小,且XF煤促进了XX煤热解,混合煤热解行为是两种煤共同作用的结果。固定床热解实验表明,煤粒径越小,降黏越显著;XX煤和XF煤的比例(XX:XF)越小,降黏越显著,XX:XF小于5:5时,可消除结焦团块;XX:XF越小,半焦产率越低,焦油和煤气产率越高;随XX:XF减小,焦油中<170℃和230~300℃的馏分含量先升后降,XX:XF=6:4~3:7时最高,170~210℃、210~230℃和300~360℃的馏分逐渐增加,>360℃的馏分含量不断降低;随XX:XF的减小,H_(2)含量先升高后降低,在XX:XF=3:7时最高;CO含量呈略微升高趋势;CO_(2)含量先逐步升高,在XX:XF=6:4达到最高,然后从XX:XF=5:5开始降低,在XX:XF=3:7达到最低,然后又开始升高;CH_(4)及C_(2)~C_(3)组分含量呈下降趋势,而H_(2)+CO+CH_(4)(煤气中有效组分之和)的含量先下降再升高接着再降低,在XX:XF=6:4时最低,XX:XF=3:7时最高。XX:XF越小,虽半焦的C/N和C/H不断减少,但C元素含量增幅和N,H元素含量减幅增大;比表面积越大,内孔结构越多越大,起燃温度越低,燃烧越彻底。

碳酸盐岩油藏智能分流控水解堵技术——以伊拉克S油田为例

伊拉克S油田主力开发层系属于中高孔—中低渗孔隙型碳酸盐岩储层,经过长时间开采,储层受到边底水侵入,含水量不断升高。此外,伊拉克S油田还存在有机垢沉积及油水乳化伤害严重等问题。立足基础理论研究,开展技术研发配套,创新性地提出“连续油管定点选择性堵水+有机溶解+破乳降黏”碳酸盐岩油藏智能控水增油解堵技术路线:通过连续油管将智能分流控水体系定点注入储层,有效封堵储层下部出水层位;注入安全环保的有机解堵剂,与破乳降黏剂相得益彰,解除储层上部有机垢及油水乳化伤害。形成了适用于伊拉克S油田的碳酸盐岩油藏智能分流控水解堵技术。该技术在现场得到了成功应用,作业后含水量下降约20个百分点,产油量增加约70 m3/d,控水增油解堵效果显著,为具有类似情况的碳酸盐岩或砂岩油藏井开展控水增油解堵作业提供了理论和实践依据。