煤气化技术作为煤洁净利用的重要研究方向之一,对我国的能源高效利用有重要意义,但在气化的过程中不可避免的产生焦油,一方面可能腐蚀和堵塞管道;另一方面也增加了粗煤气的清洗难度,且产生的污液难以处理。当不以焦油作为目标产品时,如果能使煤在热解过程中生成的焦油尽可能地裂解转化为气体,则不仅上述问题可以得到解决,同时可以增加煤气产量,促进煤的洁净高效利用,故研究煤裂解和气化过程中焦油的析出和裂解规律,对指导煤气化工艺具有重要的意义。 本文对影响焦油含量的各种因素进行了详细综述,其中炉内因素包括三部分:合适的气化条件,合适的物料或在气化过程中添加催化剂,合适的气化炉设计。气化条件的影响又包括温度、压力、停留时间、加热速率、气化介质、煤种、粒径和床料等。床料添加剂包括石灰石,白云石,橄榄石及Ni基催化剂等,各有其优缺点。合适的气化炉的设计能有效降低焦油的产率,其中包括二次风法,二段炉法,具有内循环和单独热解气燃烧区域的顺流气化炉等,同时还有专门设计出回收焦油的炉型。炉外的方法又包括热裂化、催化裂化、湿式方法、干式方法、机械式捕焦油器、电捕焦油器和化学吸收法等,每一种方法都有一定的优缺点,并有一定的适用范围。许多方法需要组合起来共同采用,因此,本文又介绍了粗煤气的净化流程,能更直观地了解煤气净化的各种方法。 采用冷态捕集方法进行焦油取样,采用重度分析法对焦油样品进行分析以确定煤气中焦油含量。在1MW热、电、气多联产试验台上进行了空气和循环煤气气化试验,并对不同反应工况的煤气成分和焦油产率进行了比较,研究了添加石灰石/不添加石灰石对反应工况的影响。在流化床多功能试验台上采用兖州烟煤和枣庄烟煤的热解煤气作为焦油来源,研究了热解温度、添加剂、不同气氛(空气气化、氮气热解及不同水蒸气和风量)对焦油含量的影响,探究焦油产生和转化的机理。 针对煤焦油成分复杂,分子量大的特点,采用了热解焦油的组分分析方法,将焦油层析成脂肪类、芳香类、酯类、极性物、沥青质五个不同极性的族分,然后再对各族分采用GC—MS分别进行定性和定量分析,并最终获得焦油的主要组成信息,能有效了解焦油的转化情况,有利于进行深入的机理分析。 建立了焦油热裂解的动力学模型。分析表明在添加了催化剂后的900℃煤气中的焦油裂解所需的活化能要比800℃煤气中焦油的活化能提高了近一倍,这可以为高温焦油比低温焦油更难转化的现象提供了理论分析。