原油價格暴跌導致的煤化工行業低迷走勢並沒有影響該領域科研人員的研發熱情
。在2015中國化工學會年會上
,現代煤化工技術論壇成為人氣最高的分會場
,場場爆滿
,一座難求
。論壇上科研人員介紹的甲醇製芳烴
、煤製天然氣
、煤氣化製氫等熱點領域的研發進展
,希望能給煤化工企業創新技術帶來更多啟示
。
甲醇與C5~C6非芳共煉製芳烴工藝我國芳烴需求一半多靠進口
,即使在近期原油價格大幅度走低的情況下
,我國缺芳烴的結構性局限並沒有改變
。在此背景下
,煤經甲醇製芳烴技術成為我國發展芳烴技術的重要組成部分
。
2013年
,清華大學與華電煤業合作
,在國際上首次進行了3萬噸/年甲醇進料的製備芳烴工業實驗
,取得了成功
。他們在2014年又進行了催化劑連續3081小時的加壓循環流化床裝置測試
,性能穩定
,為這類技術的工業化放大提供了堅實基礎。
論壇上,清華大學魏飛團隊重點介紹了流化床甲醇與C5~C6非芳共煉生產芳烴技術
。該技術利用甲醇製備芳烴的放熱反應與C5~C6非芳製備芳烴的吸熱反應
,實現熱能耦合效應
,既可簡化工業過程中的各自高溫移熱或高溫供熱難題
,同時也可有效解決C5~C6非芳這類低值化工原料的出路問題
,此外還為具有煤與 C5~C6芳烴資源的區域提供了更好的工藝解決方案
。
合成氣完全甲烷化工藝合成氣完全甲烷化成套工藝技術開發是大唐國際化工技術研究院有限公司等承擔的國家“863”計劃重點項目煤氣化甲烷化關鍵技術研發與工業示範的子課題
。在該課題的實施過程中
,大唐國際采用自主研發的預還原態甲烷化催化劑和具有自主知識產權的絕熱四段全串並聯合成氣完全甲烷化工藝技術方案
,按照工業化標準在山西潞安煤基合成油現場建設了一套3000標準立方米/天煤製天然氣工業裝置,並連續穩定運行超過4000小時
。
論壇上
,大唐國際技術人員介紹了裝置在煤基合成氣工業氣源條件下
,溫度
、壓力
、模數
、循環比
、運行負荷等工藝運行條件對甲烷化反應的影響
。結果表明
,大唐化工研究院開發的預還原態甲烷化催化劑活性高
、性能穩定
,CO轉化率高於99%;絕熱四段全串並聯甲烷化工藝成熟可靠
,具有較好的工業適用性
。該工業裝置在運行負荷60%~110%的條件下
,產出的SNG達到國家天然氣一類產品指標
。
煤直接氣化製氫工藝煤氣化製氫是工業大規模製氫的首選方式之一
。雖然傳統煤氣化製氫工藝成熟
,但其投資成本大
、需用純氧
、氣體分離成本高
、產氫效率偏低
、 CO2排放量大。降低煤氣化製氫工藝CO2排放的關鍵在於提高過程熱效率
、避免複雜的氣體分離過程
。借助於氧載體的傳遞作用
,化學鏈製氫技術可實現氧和熱在燃料反應器
、蒸汽反應器和空氣反應器之間的轉移
,從而使CO2、H2
、N2內在分離
,既直接利用空氣
、也能獲得高濃度的CO2和H2
。鐵基氧載體是化學法製氫的理想氧載體之一
,然而在燃料反應器中
,鐵基氧載體與煤的直接反應速率很慢且該反應器吸熱
。如何促進氧載體與煤的直接反應速率且使燃料反應器自熱是該製氫技術的關鍵
。
在前期研究的基礎上
,山西煤炭化學研究所提出添加堿金屬催化劑來促進Fe2O3與煤的直接反應速率
。他們通過添加Al2O3
,一方麵作為惰性組分防止氧化鐵的燒結
,另一方麵與FeO反應生成鐵鋁氧載體
,釋放反應熱為燃料反應器提供部分熱量
。模擬結果表明
,采用該技術過程各反應器都能實現自熱
,製氫熱效率可達75%
,生成的鐵鋁氧載體則能被空氣氧化回到初始相態
,實現氧循環
。
高鈉煤燃前預處理工藝新疆準東煤中鈉含量高
,在熱轉化利用過程中造成設備嚴重黏汙
、積灰和結渣等問題
。針對準東高鈉煤的燃燒問題
,主要的一種解決方法是燃前脫鈉
,即對入爐前原煤進行一定的預處理
,將煤中的鈉轉移到溶液中然後脫除
。目前采用的預處理溶液主要有水和硫酸
、鹽酸等酸溶液
,但水洗對有機鈉含量高的煤的脫鈉效果有限
,且酸洗成本較高
,因此迫切需要一種經濟適用高效的燃前脫鈉方法從根本上解決高鈉煤鈉含量高的問題
。
華中科技大學嚐試采用CO2-H2O作為脫鈉提取液
,考察了CO2-H2O在常溫常壓條件下預處理煤的脫鈉效果
。他們在一定固液比的煤水混合物中持續通入過量CO2氣體
,使煤樣浸洗於弱酸性溶液中
,其中的氫離子置換出與羧基結合的有機鈉
,從而實現對煤中水溶鈉及大部分有機鈉的脫除
。實驗結果表明
,CO2- H2O作為脫鈉提取液能有效脫除準東煤中88%的鈉
,經過CO2-H2O預處理的煤樣在熱解過程中鈉的釋放量減少
,其燃燒特性也優於原煤與酸洗煤
,表明 CO2-H2O預處理是一種高效的高鈉煤燃前脫鈉方法
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