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煤化工跨界再添底氣

4項新技術通過鑒定
煤化工跨界再添底氣

  7月26~27日,延長石油集團碳氫高效利用技術研究中心開發的流化床粉煤加壓熱解、生物質與煤共熱解、甲烷直接轉化制芳烴聯產氫氣及懸浮床加氫裂化高效催化劑等4項新技術,在西安通過了陜西省石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定,專家認為處于國內或國際領先地位。這讓煤化工產業跨界發展再添底氣。


  粉煤快速熱解:
  低成本綠色發電

  延長石油集團首席煤化工專家、碳氫中心主任李大鵬說,流化床粉煤加壓快速熱解工藝技術以粉煤為原料,采用流化床反應器,在加氫加壓條件下快速熱解制取煤焦油。由于該技術熱解反應時間非常短,可減少初級熱解產物二次反應,提高液體收率。
  據介紹,該技術的創新點之一是氣-固為熱載體的流化床提升管式熱解反應器,在保證焦油收率較高的同時,提高系統操作負荷。同時還開發了一種熱解油氣與焦粉高效分離技術與裝備,使煤焦油中粉塵含量減少,滿足下游加工要求。
  延長石油碳氫中心建立的試驗裝置(1.0MPa、10千克/小時)試驗結果表明,煤焦油收率超過目前6%~8%的行業水平;在優化工藝條件下煤焦油收率最高可達18.27%,平均收率為15.14%,為目前最高水平。
  在此基礎上,延長石油碳氫中心建成了36噸/天煤提取煤焦油與合成氣一體化技術(CCSI)工業化示范試驗裝置,將粉煤熱解與半焦氣化結合在一個反應器內分級轉化和優化集成,產物包括煤焦油、合成氣及其下游產品,實現“兩頭見油”。目前已完成3次開車試驗,煤焦油收率達到15%以上。若按年加工1億噸粉煤計算,將獲得1500萬噸優質煤焦油,相當于一個千萬噸級大油田。若合成氣加工為精細化工產品,會獲得更高的附加值。
  “這項技術的重要意義還遠不止這些,CCSI(以空氣做氣化劑)產生的粗合成氣還可用來發電,與綠色發電技術集成耦合,進行產業延伸嫁接,從而構建煤炭清潔高效轉化-煤焦油深加工-綠色發電一體化的新型煤電油化多聯產模式。”李大鵬告訴記者,我國燃煤機組占發電機組總量的70%以上,經計算,若對現有電廠燃煤鍋爐進行CCSI配套300MW級亞臨界燃氣發電技術改造,改造費用約為5000萬元,能源綜合效率達到42.99%,當量供電煤耗降至293.16gec/kWh,所產煙氣的污染物大幅減少。若新建CCSI裝置配套350MW級燃氣輪機發電機組,投資強度約6000~7000元/千瓦時,綜合能效達到46.85%,當量供電煤耗降至264.62gec/kWh,所產煙氣直接達到燃氣機組的超低排放標準。
  CCSI產生的合成氣成本低廉,僅相當于天然氣價格約為0.74元/Nm3的原料成本,若60%的燃煤電廠與CCSI技術進行耦合,在實現綠色發電的同時可多產煤焦油1.8億噸/年,這個量超過了我國原油進口量的一半。
  以中國石化聯合會煤化工專委會專家、陜西省化工學會名譽理事長賀永德為主任的鑒定委員會認為,這種新型煤熱解技術思路新穎、創新性強,處于國內領先水平。


  生物質與煤共熱解:
  協同效應最大化

  近年來,生物質與煤共熱解研究備受矚目,但由于兩者熱解溫度差異較大,是否存在協同效應尚存爭議。
  延長石油碳氫中心在粉煤加壓熱解的基礎上,提出生物質與煤分段兩步法熱解新思路,開發了一種加壓連續進料裝置及熱耦合式生物質與煤共熱解流化床反應器等專利產品。
  李大鵬說,這種生物質與煤流化床快速共熱解是一種降低成本、提高焦油收率的新工藝路線,采用自主設計的生物質螺旋進料裝置,解決了生物質流動性較差引起的纏結、架橋等問題,實現了物料連續、穩定輸送。
  由于生物質與煤在一個集成反應器中分段單獨熱解,兩者的熱解均處于最佳反應溫度,而且生物質熱解產生H2以及K、Ca、Na等金屬元素,對煤的熱解起到加氫、催化作用。同時煤熱解產生足夠多的自由基,生物質油二次反應以及半焦發生還原反應釋放H2、CO,為煤提供足夠多的氫供體,自由基和氫供體達到最佳平衡點,實現生物質油和煤焦油優勢互補,從而提高熱解油收率,最大化共熱解協同效應。
  據介紹,延長石油碳氫中心建立的10千克/小時流化床快速熱解試驗裝置經過77次反復實驗,最終選取適宜的生物質秸稈與煤種,確定生物質與煤的最佳摻混比例為70%:30%(wt),且實驗結果顯示共熱解焦油收率達16%~20%,協同效應為20%~40%。另外,從油品品質分析,共熱解油中酚類化合物和含O、N、S雜環化合物含量少,芳烴化合物含量較高,說明生物質的加氫作用明顯,適合作為化工原料及加氫制汽、柴油。
  賀永德認為,該技術成果處于國內領先水平,建議加強煤與生物質共熱解定向轉化為精細化學品開發研究。


  甲烷制芳烴聯產氫氣:
  兩種資源都寶貴

  甲烷直接轉化制芳烴聯產氫氣技術,則是利用天然氣、頁巖氣、煤層氣等富含的甲烷、乙烷等低級烷烴資源,在無氧條件下一步法直接轉化生成國內短缺的苯、甲苯、萘等芳烴產品,同時聯產寶貴的氫氣,實現資源利用率和產品價值最大化,而且能夠與石油化工、煤化工協同發展。
  “該技術既獲得了芳烴又聯產氫氣,可與煤化工結合發展,這是最大亮點。”以中石油咨詢中心專家、原中石油煉化局總工程師門存貴為主任的鑒定委員會認為,甲烷制芳烴技術國內外也有研究,但延長石油碳氫中心開發的流化床再生循環新工藝有其獨有特點,而且實驗裝置規模最大,成果整體處于國際領先地位。
  據了解,該工藝針對甲烷無氧芳構化反應中單程轉化率低、催化劑失活快、反應-再生難以連續進行等難題,建成了甲烷無氧芳構化流化反應-再生循環實驗裝置(反應/再生器內徑50毫米,催化劑最大裝填量300克),并實現了連續穩定運行。
  循環流化裝置實驗結果顯示,甲烷轉化率保持在15%以上,苯選擇性45%左右,芳烴選擇性55%以上,為中試放大奠定了基礎。


  高效催化劑:
  可大量替代進口

  延長石油碳氫中心采用氧化、沉淀、負載一步法制備的懸浮床加氫裂化高效催化劑,是一種微納米結構復合催化劑,主要應用于煤直接液化、煤油共煉、重劣質油輕質化及煤焦油加氫等,降低了結焦風險,有利于促進懸浮床加氫裂化技術推廣應用及煤炭清潔利用、重劣質油高效利用,將在煤制油領域替代目前大多采用的進口催化劑,加快高端技術國產化過程。
  “這種鐵基催化劑的創新點是將納米級α-FeOOH活性組分與大比表面積的微米級碳材料載體高度復合,制備上具有流程短、可控性好、成本低等優點,性能上不僅轉化率和液體收率高,而且還具有減緩結焦功能能。”門存貴對記者說,該成果總體達到國際領先水平,建議加快催化劑工業放大并推廣應用。
  據了解,延長石油碳氫中心已完成千克級催化劑制備,并在150千克/天的懸浮床加氫裂化中試裝置進行性能評價連續實驗,與延長石油煤油共煉工業示范裝置目前使用的商業催化劑相比,催化劑使用量降低45%,液體收率(<525℃餾分)提高5.4個百分點。(中國化工報)

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