CN105925317A - 一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法 - Google Patents

一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法 Download PDF

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Abstract

一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法，其特征在于：所述方法以体积比为50%～90%的甲烷和10%～50%的二氧化碳作为反应气，甲烷与二氧化碳混合后进入热解反应器，与反应器中的质量百分比为30‑90%的煤与10‑70%的半焦混合物在微波加热温度为400～700℃的条件下共热解，恒温时间10～40min，热解挥发性产物离开反应器后进入冷凝***进行气液分离，收集焦油产品。本发明的优点是以半焦作为催化剂，以甲烷和二氧化碳替代氢气作为加氢热解反应气，可以明显提高热解焦油产率，并降低加氢热解成本；利用半焦作为甲烷和二氧化碳活化催化剂，催化剂无需回收，也无需与产物分离，热解过程中半焦不断产生，也不存在催化剂失活问题。

Description

一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法，该方法可应用于煤微波热解生产半焦、焦油以及热解煤气，尤其是可以提高热解过程中的焦油收率。
背景技术
煤炭热解是指煤在惰性气氛或隔绝空气情况下加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应。与气化或液化工艺相比，煤热解工艺简单，加工条件温和，投资少，生产成本低。煤热解可以获得以焦油为目的产品的液体燃料和化工原料。在惰性气氛和隔绝空气情况下热解，焦油产率低；以提高煤热解转化率和焦油产率的加氢热解工艺，以氢气为反应气体，制氢工艺复杂，设备投资大，运行成本高，使得加氢热解技术难以工业化。 甲烷是天然气、焦炉煤气、煤层气的主要成分，价格低廉，来源广泛，H/C原子比高，是理想的热解氢源。但研究发现，800℃以下，甲烷与煤基本上不发生反应，并不能提高焦油产率，甲烷在热解过程中相当于惰性气体（期刊文献， Fuel,1982,61:721）,这主要是由于甲烷是非常稳定的气体分子，在非催化条件下难以活化。中国发明专利200510045853.8公开了一种以甲烷为反应气体提高煤热解焦油产率的方法，该方法采用常规加热方式，设计了双层反应器，上层为催化剂，下层为煤层，甲烷与气体氧化剂混合后先通过催化剂层催化裂解，再进入煤层，对煤热解和焦化，可以提高煤热解焦油产率。该发明的不足在于反应器结构比较复杂，需要负载型金属催化剂，催化剂容易积碳失活；热解反应结束后催化剂需要回收和再生，不利于连续化工业生产。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法。本发明的方法以甲烷和二氧化碳混合气替代纯氢气作为反应气体，以提高煤热解焦油产率的新方法。该方法可以降低传统加氢热解成本；所用催化剂为煤热解的固体产物半焦，催化剂与煤直接混合，反应结束后催化剂无需与产物分离和回收；采用微波加热方式，可以提高催化剂的活性。
本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：
本发明的以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法以体积比为50%～90%的甲烷和10%～50%的二氧化碳作为反应气，甲烷与二氧化碳混合后进入热解反应器，与反应器中的质量百分比为30-90%的煤与10-70%的半焦（半焦作为微波吸收剂和催化剂）混合物在微波加热温度为400～700℃的条件下共热解，恒温时间10～40min，热解挥发性产物（焦油和水经）离开反应器后进入冷凝***（二级冷凝***）进行气液分离，收集焦油产品。
本发明的有益效果如下：
本发明利用半焦为甲烷和二氧化碳活化催化剂，半焦为热解过程本身的产物，无需与产物进行分离与回收；热解采用微波加热，可以提高催化剂的活性，降低催化反应温度；利用甲烷和二氧化碳为反应气体替代氢气对煤进行加氢热解，可以降低传统加氢热解成本，大幅度提高煤热解过程中的焦油产率。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例 1
原煤和半焦总质量为20g（半焦添加量为70%），在石英反应器中充分混合，将反应器置于微波炉中热解；将流量为0.5L/min甲烷和流量为0.5L/min二氧化碳混合后进入反应器，热解终温700℃，热解恒温时间30min；热解产物经-25℃二级冷凝***进行气液分离，按照GB/T 480-2010进行油水分离。由此得到焦油产率为32.03%，半焦收率为24.97%。
实施例2
原煤和半焦总质量20g（半焦添加量30%），在石英反应器中充分混合，将反应器置于微波炉中热解，将流量为0.5L/min甲烷和流量为0.5L/min二氧化碳混合后进入反应器，热解终温700℃，热解恒温时间30min；热解产物经-25℃二级冷凝***进行气液分离，按照GB/T 480-2010进行油水分离。由此得到焦油产率为17.14%，半焦产率为58.59%。
对比例1（无甲烷和二氧化碳）
原煤和半焦总质量为20g（半焦添加量为70%），在石英反应器中充分混合，将反应器置于微波炉中热解。N2流量为1L/min（无甲烷和二氧化碳），热解终温700℃，热解保温时间30min。热解产物经-25℃二级冷凝***进行气液分离，按照GB/T 480-2010进行油水分离。由此得到焦油产率为9.35%,半焦收率32.33%。
对比例2（无甲烷和二氧化碳）
原煤和半焦总质量为20g（半焦添加量为30%），在石英反应器中充分混合，将反应器置于微波炉中热解。N2流量为1L/min（无甲烷和二氧化碳），热解终温700℃，热解保温时间30min。热解产物经-25℃二级冷凝***进行气液分离，按照GB/T 480-2010进行油水分离。由此得到焦油产率为8.36%,半焦收率59.78%。

Claims (1)

1.一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法，其特征在于：所述方法以体积比为50%～90%的甲烷和10%～50%的二氧化碳作为反应气，甲烷与二氧化碳混合后进入热解反应器，与反应器中的质量百分比为30-90%的煤与10-70%的半焦混合物在微波加热温度为400～700℃的条件下共热解，恒温时间10～40min，热解挥发性产物离开反应器后进入冷凝***进行气液分离，收集焦油产品。
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