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1、第26卷第2期燃料化学学报Vol126No121998年4月JOURNALOFFUELCHEMISTRYANDTECHNOLOGYApr11998X富氢气氛下煤热解特性的研究廖洪强孙成功李保庆(中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室太原030001)刘泽常(山东矿院济南分院化工系济南250031)摘要选用云南先锋褐煤在10g固定床反应器中分别与总压(3MPa)和氢分压(3MPa)下的氢气,氮气,合成气以及焦炉煤气共热解,通过比较它们的热解特性来考察合成气和焦炉煤气替代纯氢作加氢热解反应气氛的可能性。实
2、验结果表明,与相同总压的加氢热解相比,焦炉气与合成气气氛下煤热解总转化率及焦油收率均略有降低且水分有所增加,煤焦炉气共热解焦油中BTX和萘的收率与之相当;与相同氢分压下的加氢热解相比,煤焦炉气(合成气)共热解半焦和焦油收率以及焦油中BTX,PCX和萘的收率及含量均明显增加,但同时水分也增加。关键词煤,加氢热解,焦炉气,合成气为实现煤炭资源的洁净、高效、合理加工利用,考虑采用加氢热解以尽可能地提取出煤中富氢组分作优质燃料和重要化工原料;同时将热解产生的低硫半焦作洁净动力燃料以减少直[1,2]接燃煤引起的环境污染和
3、资源浪费。研究表明,煤加氢热解可以制取高热值煤气,高收率优质焦油以及洁净半焦。与一般煤热解相比,加氢热解焦油产量和质量均有明显提高且有明显的化学脱硫效果。尽管如此,煤加氢热解工艺至今仍停留在中试水平上,其主要原因就是加氢热解需要制氢及气体循环装置而增加成本,寻求廉价氢源已成为煤加氢热解的发展方向之一。结合我国焦炭工业和化肥工业的实际,采用廉价易得而又富含氢气的焦炉煤气和合成气代替纯氢气进行煤加氢热解,可望大大降低成本和投资费用,可能为我国煤炭资源的高效利用开辟一条新的途径。[3,4]有关用煤焦炉气替代氢气进行煤
4、加氢热解的经济可行性国内外学者进行了评述,近期[5～7]国外学者BraekmanDanheux等人在模拟焦炉气气氛下考察了温度及焦炉气组分对煤加氢热解产品收率及其半焦特性的影响。结果证实了用焦炉煤气替代纯氢的可行性。但有关直接采用焦炉煤气和合成气气氛下煤加氢热解特性的研究至今尚未见报道。本文选用先锋褐煤在10g固定床反应器中分别与焦炉煤气和合成气共热解,通过与相当条件下的加氢热解对比来考察用焦煤炉气、合成气顶替纯氢进行加氢热解的可能性。1实验部分热解实验选用典型的云南先锋褐煤(60～100目)在10g固定床反应
5、器中分别与总压(3MPa)和氢分压(3MPa)的合成气、焦炉煤气及纯氢气共热解。热解条件为:升温速率5℃ömin,终态温度650℃,为取得相当的对比实验条件,3MPa压力下取气体流量为1Lömin,5MPa[8]压力下对应1167Lömin的反应气流量。10g固定床反应器的流程及详细情况见文献。简言X收稿日期:19970210日本NEDO资助项目,山西、山东省自然科学基金项目;得到北京中关村地区测试中心资助。2期廖洪强等:富氢气氛下煤热解特性的研究115之,反应气氛穿过热解反应器中煤层,在高温下与煤发生热解反应
6、并将热解挥发分产物带出反应器,挥发分产物冷凝收集后通过离心分离油水,焦油称量后置于冰箱冷藏以备分析。焦油分析采用日本SHIMADZUGC17AöQP5000MS色质联检,其工作条件列于表1中。先锋褐煤的成分分析及合成气与焦炉煤气的组成分别如表2、表3所示。表1色质联检工作条件Table1G1C1conditionsAnalyzedColumnColumnColumnColumnCarrierDetectorproductstypelengthömdiameterömmtemp1ö℃gasOilsSE30250.
7、245℃ö5minHeQP50005000→250℃(10℃ömin)MS250℃ö5min表2煤样分析数据Table2AnalysisofcoalProximateanalysisöw%,arUltimateanalysisöw%,dafMVACHNSO(diff1)18.539.62.468.75.02.30.323.7表3合成气及焦炉煤气的组成Table3CompositionsofthereactivegasComp1övol1%H2CH4CON2CO2C2H4C2H6C3H6H2SCokeovenga
8、s60.920.76.97.81.81.50.50.073.2E5Synthesisgas64.92.431.60.50.6----2结果与讨论211煤焦炉气共热解在升温速率为5℃ömin,终态温度650℃的热解条件下,10g先锋褐煤在固定床反应器中分别与氢气(3MPa)和焦炉煤气(3MPa、5MPa)共热解结果如表4所示。从表4中可以看出,与相同总压的加氢热解相比,含氢60%的焦炉气
