煤直接液化與殘渣熱解技術

張善新（惠生南京清潔能源股份有限公司,南京 210047）

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煤直接液化與殘渣熱解技術

張善新（惠生南京清潔能源股份有限公司,南京 210047）

摘 要：在技術迅速發展的今天，我國煤直接液化技術不斷成熟，保持穩定的產業化發展。相關企業多年運行實踐證明，煤直接液化與殘渣熱解技術相融合，既可以提高整體循環系統經濟效益，又能最大程度上較少排放，保護生態系統。

關鍵詞：煤直接液化；熱解；溫度

煤直接液化可為市場提供密度大，潔凈的高質量油品，同時又能滿足現代社會對環境友好可持續發展的呼吁。煤直接液化在工藝流程中會不可避免的產生液化殘渣，若不合理利用，對經濟和環境都會造成較大損失。煤化工相關企業以煤直接液化的殘渣為底料經過各種化學工藝獲得瀝青，然后瀝青再開發碳制品進入市場中，最后能夠保證殘渣的高附加值利用。本文對煤直接液化后的殘渣熱解技術進行相關分析，以期為液化殘渣處理提供理論依據。

1 煤直接液化和殘渣研究現狀

由于石油的需求量不斷上升而地球儲量不斷減少，全球面臨石油原料短缺危機，煤直接液化技術是解決這一問題最佳途徑之一。

二戰前后，德國，澳大利亞，前蘇聯，美國等開始了對煤直接液化這一技術的研究，我國在70 年代也加入了煤直接液化的研究，并對產業發展做了詳細規劃， 前后制定了多種政策促進煤直接液化的研究發展。液化殘渣是煤直接液化的副產物，殘渣含有較高炭灰和硫，通過減壓蒸餾這種工藝最后得到的殘渣一般呈現半流動狀態。

2 液化殘渣主要成分

液化殘渣通常是一些高炭類，高灰高硫類成分，一般是反應中礦物質、催化劑及未完全反應的煤構成,其性質主要由液化煤的材料種類、相關工藝條件及固液分離技術等因素所影響。殘渣的粘度隨著灰分和炭含量的指數的增大而表現出升高趨勢，而黏結性越大，殘渣處于熔融時的流動性就越差，但這種情況下揮發分含量特別高，發熱量也就更高［1］。同時灰分里的鐵氧化物和硫氧化物含量較原來上升較多，殘渣組分中油類物質占得比例較高，回收價值很可觀。

3 液化殘渣的熱解特性

近幾年國內外許多學者研究了液化殘渣的熱解特性，主要研究了不同熱解溫度對殘渣的組成性質及殘渣的干餾半焦產率的影響。

王鵬等學者的研究結果表明在500 ℃時半焦產率最低，油產率為25.64 %，半焦產率在熱解溫度不斷升高的情況下不斷下降，油組分以不能回收利于的瀝青質類為主，熱解溫度在700 ℃以上可回收油類［2］。

范蕓珠等學者試驗結果表明，液化殘渣組分存在臨界升溫速率點（40—50 ℃/min） ，低于這個數值有機組會分析大約50%的量，高于這個數值，熱解溫度在1200 ℃，液化殘渣的有機組分將全部脫除［3］。

劉文郁也研究了液化殘渣的熱解特性，她以固定床熱解裝置考察了液化殘渣和煤共熱解時在溫度900 ℃時產物的分布和析出順序，研究結果表明： 當熱解溫度在600 ℃升高至 800 ℃的情況下，H2的析出量呈現出上升趨勢，體積分數從49. 49% 升高至62.79%。熱解溫度從800 ℃升高至 900 ℃，H2體積分數增長速度開始減緩。當液化殘渣和煤處于900 ℃條件下共熱解時，他們不同配比比例，半焦產率都表現出上升趨勢，但煤氣和焦油的產率都有所降低［4］。

李軍等研究者利用固定床熱解、熱重和紅外光譜等技術研究了液化殘渣熱解產物的組成及分布［5］，最終總結了回最佳收油品的條件。他的研究結果表明： 相同溫度下，在熱解油產率方面，神華液化殘渣高于勝利的液化殘渣，溫度高于450 ℃ 后焦油產率受溫度的影響變小，但瀝青烯會不斷增加。

4 液化殘渣的熱解機理

煤液化之后所得產物液化殘渣，它的熱解機理是自由基反應。煤的內部結構弱鍵斷裂引發自由基，如果從外部 H2，自身的氫及供氫溶劑獲取充足氫，那么自由基會飽和穩定下來產生揮發分，如果得不到足夠的氫與它飽和，自由基就會相互縮聚最后形成焦炭或半焦。

李建廣等研究員發現當溫度處于 450—550 ℃時液化殘渣會熔融兒成為液態，一些油類物質會隨著蒸餾析出，溫度升至 750 ℃，揮發分的析出速率不斷加快，半焦體積不斷膨脹變大，提溫到到 850 ℃，大量的揮發分逐步析出，產生的壓力也隨之減小，沸騰強度減弱，半焦的體積就減小了［6］。

楚希杰發現： 殘渣的熱失重經歷三個過程， 173—510 ℃這個階段會發生瀝青烯、重質油、前瀝青烯這三個組分的熱分解和揮發，這是殘渣失重較多的階段，溫度低于 500 ℃時，大部分重質油會揮發至油相中，當溫度升高至 649 ℃以上，有機成分縮聚和礦物質的分解是殘渣失重的主要原因。

5 小結

本文主要概述了煤直接液化和殘渣研究現狀，液化殘渣主要成分，液化殘渣的熱解特性及熱解機理，希望能夠為后面學者研究液化殘渣的合理利用，獲得較高品質及的高回收率的油類產品提供理論依據。

參考文獻：

［1］陳明波,王彬,趙奇等.煤直接液化殘渣焦化特性研究［J］.潔凈煤技術,2005,11（01）：29-33.

［2］王鵬,步學朋,忻仕河等.煤直接液化殘渣熱解特性研究［J］.煤化工,2005（02）：20-23．

［3］范蕓珠.煤直接液化殘渣和性質及應用的探索性研究［D］.上海：華東理工大學,2010．

［4］劉文郁.煤直接液化殘渣熱解特性研究［D］.北京：煤炭科學研究總院,2005．

［5］李軍,楊建麗,劉振宇.煤直接液化殘渣的熱解特性研究［J］.燃料化學學報,2010,38（04）：385-390．

［6］李建廣,房倚天,張永奇等.煤直接液化殘渣快速熱解半焦特性的研究［J］.燃料化學學報,2008,36（03）：273-278．

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.060