一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法
【專利摘要】一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法，其特征在于：所述方法以體積比為50%～90%的甲烷和10%～50%的二氧化碳作為反應氣，甲烷與二氧化碳混合后進入熱解反應器，與反應器中的質量百分比為30?90%的煤與10?70%的半焦混合物在微波加熱溫度為400～700℃的條件下共熱解，恒溫時間10～40min，熱解揮發性產物離開反應器后進入冷凝系統進行氣液分離，收集焦油產品。本發明的優點是以半焦作為催化劑，以甲烷和二氧化碳替代氫氣作為加氫熱解反應氣，可以明顯提高熱解焦油產率，并降低加氫熱解成本；利用半焦作為甲烷和二氧化碳活化催化劑，催化劑無需回收，也無需與產物分離，熱解過程中半焦不斷產生，也不存在催化劑失活問題。
【專利說明】
一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法
技術領域
[0001]本發明屬于能源技術領域，涉及一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法，該方法可應用于煤微波熱解生產半焦、焦油以及熱解煤氣，尤其是可以提高熱解過程中的焦油收率。
【背景技術】
[0002]煤炭熱解是指煤在惰性氣氛或隔絕空氣情況下加熱至較高溫度時發生的一系列物理變化和化學反應。與氣化或液化工藝相比，煤熱解工藝簡單，加工條件溫和，投資少，生產成本低。煤熱解可以獲得以焦油為目的產品的液體燃料和化工原料。在惰性氣氛和隔絕空氣情況下熱解，焦油產率低；以提高煤熱解轉化率和焦油產率的加氫熱解工藝，以氫氣為反應氣體，制氫工藝復雜，設備投資大，運行成本高，使得加氫熱解技術難以工業化。甲烷是天然氣、焦爐煤氣、煤層氣的主要成分，價格低廉，來源廣泛，Η/C原子比高，是理想的熱解氫源。但研究發現，800°C以下，甲烷與煤基本上不發生反應，并不能提高焦油產率，甲烷在熱解過程中相當于惰性氣體(期刊文獻，Fuel，1982，61:721)，這主要是由于甲烷是非常穩定的氣體分子，在非催化條件下難以活化。中國發明專利200510045853.8公開了一種以甲烷為反應氣體提高煤熱解焦油產率的方法，該方法采用常規加熱方式，設計了雙層反應器，上層為催化劑，下層為煤層，甲烷與氣體氧化劑混合后先通過催化劑層催化裂解，再進入煤層，對煤熱解和焦化，可以提高煤熱解焦油產率。該發明的不足在于反應器結構比較復雜，需要負載型金屬催化劑，催化劑容易積碳失活;熱解反應結束后催化劑需要回收和再生，不利于連續化工業生產。
【發明內容】
[0003]本發明的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法。本發明的方法以甲烷和二氧化碳混合氣替代純氫氣作為反應氣體，以提高煤熱解焦油產率的新方法。該方法可以降低傳統加氫熱解成本;所用催化劑為煤熱解的固體產物半焦，催化劑與煤直接混合，反應結束后催化劑無需與產物分離和回收;采用微波加熱方式，可以提高催化劑的活性。
[0004]本發明的目的是通過以下技術措施來實現的:
本發明的以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法以體積比為50%?90%的甲烷和10%?50%的二氧化碳作為反應氣，甲烷與二氧化碳混合后進入熱解反應器，與反應器中的質量百分比為30-90%的煤與10-70%的半焦(半焦作為微波吸收劑和催化劑)混合物在微波加熱溫度為400?700 0C的條件下共熱解，恒溫時間10?40min，熱解揮發性產物(焦油和水經)離開反應器后進入冷凝系統(二級冷凝系統)進行氣液分離，收集焦油
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[0005]本發明的有益效果如下: 本發明利用半焦為甲烷和二氧化碳活化催化劑，半焦為熱解過程本身的產物，無需與產物進行分離與回收;熱解采用微波加熱，可以提高催化劑的活性，降低催化反應溫度;利用甲烷和二氧化碳為反應氣體替代氫氣對煤進行加氫熱解，可以降低傳統加氫熱解成本，大幅度提高煤熱解過程中的焦油產率。
【具體實施方式】
[0006]本發明以下將結合實施例作進一步描述:
實施例1
原煤和半焦總質量為20g(半焦添加量為70%)，在石英反應器中充分混合，將反應器置于微波爐中熱解;將流量為0.5L/min甲燒和流量為0.5L/min二氧化碳混合后進入反應器，熱解終溫700°C，熱解恒溫時間30min;熱解產物經-25°C二級冷凝系統進行氣液分離，按照GB/T 480-2010進行油水分離。由此得到焦油產率為32.03%，半焦收率為24.97%。
[0007]實施例2
原煤和半焦總質量20g(半焦添加量30%)，在石英反應器中充分混合，將反應器置于微波爐中熱解，將流量為0.5L/min甲燒和流量為0.5L/min二氧化碳混合后進入反應器，熱解終溫700°C，熱解恒溫時間30min;熱解產物經-25°C二級冷凝系統進行氣液分離，按照GB/T480-2010進行油水分離。由此得到焦油產率為17.14%，半焦產率為58.59%。
[0008]對比例I (無甲烷和二氧化碳)
原煤和半焦總質量為20g(半焦添加量為70%)，在石英反應器中充分混合，將反應器置于微波爐中熱解。N2流量為lL/min(無甲烷和二氧化碳)，熱解終溫700°C，熱解保溫時間30min。熱解產物經-25°C二級冷凝系統進行氣液分離，按照GB/T 480-2010進行油水分離。由此得到焦油產率為9.35%，半焦收率32.33%。
[0009]對比例2(無甲烷和二氧化碳)
原煤和半焦總質量為20g(半焦添加量為30%)，在石英反應器中充分混合，將反應器置于微波爐中熱解。N2流量為lL/min(無甲烷和二氧化碳)，熱解終溫700°C，熱解保溫時間30min。熱解產物經-25°C二級冷凝系統進行氣液分離，按照GB/T 480-2010進行油水分離。由此得到焦油產率為8.36%，半焦收率59.78%。
【主權項】
1.一種以甲烷與二氧化碳為反應氣體提高煤微波熱解焦油產率的方法，其特征在于:所述方法以體積比為50%?90%的甲燒和10%?50%的二氧化碳作為反應氣，甲燒與二氧化碳混合后進入熱解反應器，與反應器中的質量百分比為30-90%的煤與10-70%的半焦混合物在微波加熱溫度為400?700 °C的條件下共熱解，恒溫時間10?40min，熱解揮發性產物離開反應器后進入冷凝系統進行氣液分離，收集焦油產品。
【文檔編號】C10J3/60GK105925317SQ201610539825
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】劉全潤, 李鵬, 李海鵬, 張傳祥, 黃光許, 邢寶林
【申請人】河南理工大學