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工程熱物理所在流態化半焦催化焦油脫除技術研究方面取得新進展

  

  煤炭氣化技術是我國潔淨煤技術的重要組成部分,是高效、潔淨利用煤炭的主要途徑之一。在煤氣化過程中,由于煤質的不均勻性和氣化爐內反應條件的不穩定性,煤焦油前驅體在氣化爐內不能完全裂解或氣化爲小分子氣體,從而形成焦油。煤焦油容易與水、飛灰等物質粘結在一起,造成堵塞管道、腐蝕金屬設備、産生酚水等問題,嚴重影響産品氣質量和氣化系統的穩定運行。因此有效去除煤炭氣化産品氣中的煤焦油尤爲重要。煤氣化焦油脫除方法主要包括生物脫除法、物理脫除法和化學脫除法,其中化學脫除法中的焦油催化重整方法由于效率高、環境汙染少、能夠有效利用焦油中的能量等優點備受關注。與堿金屬、天然礦物催化劑、FCC等催化剂相比,气化过程中产生的半焦作为催化剂的优势明显,具有原料来源广、价格低廉、失活后可直接燃烧或气化利用等优点。中國科學院工程热物理研究所循环流化床实验室研究团队针对流态化半焦催化焦油脱除技术进行了系统的研究。 

  團隊研究了反應溫度、半焦性質等關鍵參數對焦油催化裂解的影響規律,考察了流態化半焦對焦油的催化重整的作用效果,分析了半焦催化過程中煤氣組分、煤氣熱值、焦油轉化率、煤氣中的焦油含量和半焦特性的變化規律,揭示了流態化半焦對焦油的催化重整的作用原理。 

  結果表明,與熱裂解相比,半焦催化轉化優勢明顯,能夠實現對焦油的有效脫除。同時提高半焦催化反應溫度,焦油轉化率得到有效提高,典型試驗結果如圖1。在950°C時,半焦催化的焦油轉化率爲94%,而熱裂解的焦油轉化率僅爲42%。相應的,在流態化半焦催化作用下,煤氣中的焦油含量降低92%。由于反應路線的不同,焦油熱裂解過程會形成積碳,而半焦催化轉化工況並無類似現象,表明流態化半焦在焦油脫除中優勢作用。典型試驗結果圖2所示。 

  本研究利用循環流化床爐內強摻混、高半焦濃度的優勢,爲焦油煤焦油在溫和反應爐內裂解並氣化爲小分子氣體實現焦油脫除並提高産品氣中有效氣成分提供了依據,對于煤氣化高效清潔技術的發展具有重要的理論價值和現實意義。相關研究結果已形成多篇論文。