CO2作为气化剂在移动床固态排灰加压煤气化中的反应特性

煤制合成天然气已成为我国目前优先发展的新一代煤化工项目, 移动床加压固态排灰气化工艺成为煤制合成天然气最有竞争力的煤气化技术。本项目针对移动床加压固态排灰气化过程使用过量水蒸气降低炉温造成含酚废水排放，及加压气化粗煤气中含大量CO2等问题，提出用CO2返炉替代部分水蒸气作为气化剂创新方法。本研究将在反映气化炉气化剂实际作用的小型内热式固态排灰加压气化炉内，从物理和化学过程考察CO2吸热行为，探寻对不同煤阶、不同灰熔点煤CO2代替水蒸气的最大量。并根据煤制合成气对煤气中高甲烷含量的要求，探讨CO2与水蒸气共气化过程中影响甲烷等有效气体组成的主要因素和主要反应的动力学历程。获得煤结构、温度（灰熔点以下）、压力（3MPa 到 6MPa）、气化剂比例与甲烷等有效气体产率的热化学关系及提高甲烷等有效气体含量的途径。研究结果将为节水、CO2减排和无污染的移动床加压固态排灰煤气化技术提供理论依据。

煤制合成天然气已成为我国目前优先发展的新一代煤化工项目, 移动床加压固态排灰气化工艺成为煤制合成天然气最有竞争力的煤气化技术。本项目针对移动床加压固态排灰气化过程使用过量水蒸气降低炉温造成含酚废水排放，及加压气化粗煤气中含大量CO2等问题，提出了用CO2返炉替代部分水蒸气作为气化剂创新方法。在固定床碎煤加压气化不同煤种的操作温度范围内，系统考察了煤焦与H2O/CO2共气化过程的化学反应特性，提出了共气化过程协同效应机理，揭示了该机理与煤中内在碱金属及碱土金属的内在关联；探明了与固定床碎煤加压气化炉干馏段相匹配温度范围内煤干馏过程中酚类化合物释放特点，并在此基础上研究了CO2引入干馏过程对酚类物质释放及分布的影响规律；计算了加压条件下CO2部分替代H2O后，对气化炉的各项工艺参数的影响。此外，还对CO2气氛下热解煤焦结构特点及反应性进行了系统研究。研究结果表明：伊宁煤焦在800oC与不同配比CO2/H2O反应性的高低遵循(60%H2O+40%CO2)>(40%H2O+60%CO2)>100%H2O>100%CO2的顺序，60%H2O+40%CO2气化剂配比下的最大气化反应性指数比100% H2O气化条件下高出0.06min-1; CO2气氛能促进焦油的生成, 700°C时，伊宁长焰煤在CO2气氛下热解生成总酚量为N2气氛下生成总酚量的1.3倍; 计算表明：1100℃下当CO2替代量达到60%时，CH4含量仅下降3%左右，这为下一步中试规模的CO2返炉实验提供了理论指导。本项目研究发现CO2引入作为气化剂与H2O之间存在促进煤焦气化反应的协同效应，并获得了最佳CO2替代比例，为目前正在新疆庆华煤制天然气厂进行的CO2返炉实验提供了较好的理论指导。通过本研究项目，已发期刊论文9篇，发明专利1项，其中SCI和EI同时收录6篇。培养博士研究生1名，硕士研究生6名。