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中国科学院战略性先导科技专项任务“煤热解提油高温脱灰分离技术”介绍与研究进展
发稿时间:2015-12-18         作者:文/董鹏飞 朱治平          来源:循环流化床实验室     【字号:

  一、课题研究背景 

  我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋特点决定了煤炭仍将长期作为主导能源。低阶煤占我国煤炭总储量的55.15%,具有挥发分高、化学反应性高、水分高等特点,若作为动力煤直接燃烧,不仅热效率低,而且煤炭中富有的含氢有机物得不到合理利用,不利于煤炭的清洁高效利用。在燃烧前,通过低温热解方式将煤中的含氢有机物转化为液体燃料和化学原料,将产生重要的经济价值和社会效益。 

  随着机械化采煤技术的广泛应用,粉煤占总采煤量的比例逐年增加,以粉煤为原料的热解工艺将成为今后煤热解提油的主流工艺,目前,国内外开发的粉煤热解工艺如Garrett工艺、L-R工艺、DG新法干馏工艺、回转式和带式热解工艺等,在工业化应用过程中都面临焦油含尘率高或难以放大等问题。解决粉煤热解工艺中焦油含尘高的问题成为粉煤热解技术工业化发展的关键。 

  依托中国科学院战略性先导科技专项课题,工程热物理研究所承担了“煤热解提油高温脱灰分离技术”任务,采用基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺,结合粉煤热解的特点,对粉煤热解提油及高温脱灰分离关键技术开展了针对性的研究开发,旨在解决粉煤热解焦油含尘率高的问题,形成可靠的高温脱灰技术,推动粉煤热解技术的工业化进程。 

  二、课题研究目标 

  建立240/天固体热载体煤低温热解中试装置,研究神木粉煤热解特性和高温脱灰技术,获得固体热载体粉煤低温热解稳定运行参数和高温脱灰技术,实现中试装置热解焦油的含尘率<5%、正庚烷可溶物含量≥50%、系统稳定运行168小时的考核指标,基于240/天固体热载体煤低温热解中试装置试验数据形成十万吨/年级固体热载体粉煤低温热解示范工程的设计方案。 

  三、课题研究进展 

  1.提出了“分级脱灰”的技术路线,完成了基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺研究开发。根据基于循环流化床的燃烧-热解耦合工艺特点,改造了现有的0.28MW循环流化床热态试验台,增加了热解炉及热解油气高温除尘分离装置和收油系统。在改造后的0.28MW循环流化床热态试验台上,进行了一系列工艺研究开发的试验研究,获得了240/天固体热载体煤低温热解中试装置设计所需的关键工艺参数。主要成果进展如下: 

  1)完成了固体热载体间接加热和直接加热两种不同粉煤热解提油工艺的对比研究,论证了直接加热工艺在粉煤热解提油技术上的优势。 

  2)掌握了基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合装置的运行和工况切换工艺;确认了粉煤热解粉尘主要来源于热解原料和固体热载体,热解过程破碎产生的粉尘较少;并获得了粉煤热解两级高温旋风分离器的除尘特性。 

  3)提出“分级脱灰”的技术路线,即热解前“脱灰”,通过粉煤分选系统,控制进入热解炉的粉煤中的细粉含量,将大部分0.3mm以下的粉煤分选出热解原料;热解过程中“脱灰”,优化固体热载体循环过程、热解反应的流程及热解反应器的结构参数,降低热解过程中高温气态产物的粉尘携带量;热解后脱灰,根据各种高温脱灰技术的特点、原理以及最佳工作范围,采用两级高温旋风分离器预脱灰,高温静电除尘器深度脱灰,控制进入收油系统的粉尘含量。 

  2.建成了240/天固体热载体煤低温热解中试装置,打通了基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺全流程,实现了满负荷稳定运行,形成了分级脱灰技术。 

  240/天固体热载体煤低温热解中试装置采用固体热载体热解工艺,即基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺,以分选获得的0.1mm8mm粉煤为原料,同时获得焦油、半焦与高热值煤气产品。中试装置于20142月完成基本设计,9月底建设完成,11月底完成了累计运行470小时的热态调试。针对热态调试过程中遇到的问题,对中试装置进行了改造和优化,于2015411月继续开展了中试试验研究,取得了如下研究成果: 

  1)通过装置的工艺完善和大量热态试验,完成了燃烧工况、缺氧燃烧工况、热解工况的调试和稳定运行,打通了基于循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺的全流程。 

  2)通过不同热解负荷的试验研究,制定了中试装置稳定运行策略和操作规程,于201511月首次实现了满负荷稳定运行。 

  3)通过分级脱灰,已成功将中试装置的热解焦油含尘率降至5%以下。 

  四、下阶段工作计划 

  粉煤热解提油是低阶煤梯级利用的龙头和关键,工程热物理所研究人员致力于采用高温脱灰技术彻底解决粉煤热解提油焦油含尘率高的问题,下阶段工作将进一步完善高温脱灰系统,开展长周期稳定运行试验,获取固体热载体粉煤热解工艺数据和分级脱灰技术性能考核数据,为工程示范设计提供基础数据,推动循环流化床技术的燃烧-热解耦合工艺及分级脱灰技术的工业化示范及应用。 

 
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