[实用新型]煤快速热解耦合热解挥发分原位催化改质的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于属于煤热解技术领域，特别涉及一种新型多级孔分子筛实现煤快速热解耦合热解挥发分原位催化改质的装置。

背景技术

我国的低阶煤储量大，反应活性好，产油率高，通过中低温热解得到的中低温煤焦油，不仅可以用作车用燃料，而且还是获得一些化工原料的重要来源。但低阶煤直接热解获取的中低温煤焦油中，重质成分含量高，这不仅降低了焦油的品质，而且其高黏度的特性也造成了工业上分离，运行等一些列困难。因此，实现焦油产率及品质的提高，对煤热解产业及国家的发展具有深远的影响。

众所周知，热解工艺条件对煤热解转化率及产物分布具有很大的影响。其中升温速率的提高有效加快了热解挥发分的析出，使初次分解产物与煤粒接触时间短，减少了挥发物二次反应发生的机会，而且由于快速升温对煤分子有很强的冲击力，促使化学键同时断裂生成较多的小分子片断，从而促使相应焦油轻质组分的提高。因此，实现煤快速热解引起人们重视，目前实现煤快速热解工艺主要有微波辅助煤快速热解和传统加热炉实现煤快速热解。微波热解有效的实现了煤样的快速升温，克服了传热不均的不足，但其价格昂贵，工艺复杂，长时间内无法满足工业发展。传统加热炉实现快速热解主要有两种方式，一种是通过加热炉对反应管进行升温，待温度升至预期温度时，从反应器上方将煤样倾倒进反应管内，由于此种方法在倾倒煤样的过程中掺杂空气进入，会燃烧掉一部分煤样，对后期的计算造成困难，而且整个过程操作难度系数大，以此工业化实现困难。另一种是前期将煤样装载在小篮中，置于反应器的上方，待加热炉升至预期温度时，将小篮放下，实现快速热解。但由于此种方法是由上部落下至反应器，因此上下抽动部分时间长了也会由于磨损引起气密性变差，空气进入等问题。因此不得不常常更换配件，且对于大量煤样，人力操作系数大，就经济适用而言，此种方法也不利于工业化的发展。

加氢热解和催化热解均可实现热解过程中焦油品质的提高。但是，加氢热解需要耗费大量的氢气，而制取氢气又耗费大量的能量，加上制氢及气体分离等一系列设备，加大了产业成本，于是人们将目光聚焦在催化热解上。催化剂的引入不仅提高煤热解转化率，实现了热解产物分布和定向转化，而且有效的缓和了热解条件。为了实现焦油提质，以提高热解焦油中轻油含量为目的的催化剂应选择含Mo、Co的铁基、镍基、分子筛催化剂。其中分子筛催化剂兼具载体和催化剂双重功能，活性高且具有产物选择性，目前的研究中主要采用传统的单一微孔分子筛作为低阶煤热解催化剂。闫伦靖将活性金属Mo与Ni负载在HZSM-5分子筛用于煤热解焦油原位催化改质，结果发现，经HZSM-5催化褐煤(XM)热解轻质芳烃总量的增加率为220％，负载活性金属Mo和Ni后，可以有效促进轻质芳烃的生成，Ni对焦油中带脂肪侧链化合物具有更强的裂解作用，而Mo则有利于带咋练化合物如甲苯和二甲苯的形成。Muhammad Nadeem Amin在两段式固定床上，将镍基催化剂负载在ZSM-5上对低阶煤进行催化热解，研究发现，负载NiO的ZSM-5催化剂不仅增加了轻质焦油(如酚油，萘油)的产率，而且有效的降低了焦油中的N和S的含量。因此，在催化热解低阶煤过程中，分子筛对于优化，获取高附加值化工产品具有重要的意义。孔晓俊以超稳Y型分子筛(USY)为催化剂，采用py-GC/MS考察了USY分子筛对煤热解的影响，结果表明：USY分子筛可以有效促进PAHs等重质组分向轻质组分裂解转化。经USY分子筛催化后，贺西煤所得的BTEXN产率由1.5wt％增加到4.5wt％，同时3～4环多环芳烃总产率分别降低了32.8％。陈静升利用TG-FTIR技术研究了CoMoP/13X催化剂对黄土庙煤热解失重特性和气体产物生成规律的影响，研究表明：在氢气氛围下CoMoP/13X催化剂存在时轻质芳烃化合物生成量最大，其可能是CoMoP/13X催化剂上的CoMo活性促进了氢气接力成氢自由基，使得热解过程生成的含苯环自由基被及时稳定下来，从而生成了更多的轻质芳烃物质，这也可能与13X的孔道和酸性等物化特性有关。Gang Yao将负载有钌元素的H-beta分子筛具有双重功能的催化剂用于木质素加氢脱氧以去除酚类单体及二聚物，达到提高生物油提质的目的。研究表明，在温度为413k，压力为4Mpa温和操作条件下，Ru/H-beta分子筛通过液相加氢脱氧有效的脱出了木质素中酚类及酚类单体及酚类聚合物等含氧官能团，进而实现了生物油提质的目的。刘树萍通过苯酚和叔丁醇的液相烷基化反应来评价Beta分子筛的催化活性。结果表明，当SiO₂/Al₂O₃比为15时，样品由于具有较多的酸性位和较好的孔道结构特性而表现出较高的催化活性，对苯酚的转化率较高，且主产物的选择性较高。庞新梅以硅铝比(SiO₂/Al₂O₃)为14的Beta分子筛为催化剂，分别对汽油，直馏柴油，重油进行催化，结果发现，以Beta分子筛为助剂在催化裂化反应中，有利于减少汽油的损失，提高重油转化率和轻油收率，也可以起到增产丙烯，提高汽油辛烷值的作用。Jan以负载有pt的Beta分子筛为催化剂，探索其对热解油模型化合物的催化加氢及及加氢脱氧的影响。研究发现：Pt-Beta分子筛适合于苯酚的加氢及加氢脱氧，在Pt-Beta分子筛的作用下，苯酚转化成了环己烷，环己醇和环己酮混合物，而且随着硅铝比的增加，甲酚和酚的整体转化减少。同时，具有合适硅铝比的实验室合成的介孔分子筛较商业的Beta分子筛相比，其催化效果更具优势，由苯酚转化来的环己醇具有更高的产量。然而，目前用于煤催化热解的分子筛均为单一微孔分子筛，其微孔结构使得热解中的大分子无法接近分子筛内部酸活性位，使得分子筛的催化效果无法实现。然而目前引入介孔的方式多为酸处理法和碱处理法，这种处理方法直接粗暴，严重的可能破坏分子筛自身的结构且形成的介孔结构孔道不均一，因此催化性能和择形性能均有待提高。目前，采用多级孔分子筛参与低阶煤热解挥发分(热解焦油)原位催化改质方面的研究尚未见报道。