煤直接液化与残渣热解技术

张善新（惠生南京清洁能源股份有限公司,南京 210047）



煤直接液化与残渣热解技术

张善新（惠生南京清洁能源股份有限公司,南京 210047）

摘 要：在技术迅速发展的今天，我国煤直接液化技术不断成熟，保持稳定的产业化发展。相关企业多年运行实践证明，煤直接液化与残渣热解技术相融合，既可以提高整体循环系统经济效益，又能最大程度上较少排放，保护生态系统。

关键词：煤直接液化；热解；温度

煤直接液化可为市场提供密度大，洁净的高质量油品，同时又能满足现代社会对环境友好可持续发展的呼吁。煤直接液化在工艺流程中会不可避免的产生液化残渣，若不合理利用，对经济和环境都会造成较大损失。煤化工相关企业以煤直接液化的残渣为底料经过各种化学工艺获得沥青，然后沥青再开发碳制品进入市场中，最后能够保证残渣的高附加值利用。本文对煤直接液化后的残渣热解技术进行相关分析，以期为液化残渣处理提供理论依据。

1 煤直接液化和残渣研究现状

由于石油的需求量不断上升而地球储量不断减少，全球面临石油原料短缺危机，煤直接液化技术是解决这一问题最佳途径之一。

二战前后，德国，澳大利亚，前苏联，美国等开始了对煤直接液化这一技术的研究，我国在70 年代也加入了煤直接液化的研究，并对产业发展做了详细规划， 前后制定了多种政策促进煤直接液化的研究发展。液化残渣是煤直接液化的副产物，残渣含有较高炭灰和硫，通过减压蒸馏这种工艺最后得到的残渣一般呈现半流动状态。

2 液化残渣主要成分

液化残渣通常是一些高炭类，高灰高硫类成分，一般是反应中矿物质、催化剂及未完全反应的煤构成,其性质主要由液化煤的材料种类、相关工艺条件及固液分离技术等因素所影响。残渣的粘度随着灰分和炭含量的指数的增大而表现出升高趋势，而黏结性越大，残渣处于熔融时的流动性就越差，但这种情况下挥发分含量特别高，发热量也就更高［1］。同时灰分里的铁氧化物和硫氧化物含量较原来上升较多，残渣组分中油类物质占得比例较高，回收价值很可观。

3 液化残渣的热解特性

近几年国内外许多学者研究了液化残渣的热解特性，主要研究了不同热解温度对残渣的组成性质及残渣的干馏半焦产率的影响。

王鹏等学者的研究结果表明在500 ℃时半焦产率最低，油产率为25.64 %，半焦产率在热解温度不断升高的情况下不断下降，油组分以不能回收利于的沥青质类为主，热解温度在700 ℃以上可回收油类［2］。

范芸珠等学者试验结果表明，液化残渣组分存在临界升温速率点（40—50 ℃/min） ，低于这个数值有机组会分析大约50%的量，高于这个数值，热解温度在1200 ℃，液化残渣的有机组分将全部脱除［3］。

刘文郁也研究了液化残渣的热解特性，她以固定床热解装置考察了液化残渣和煤共热解时在温度900 ℃时产物的分布和析出顺序，研究结果表明： 当热解温度在600 ℃升高至 800 ℃的情况下，H2的析出量呈现出上升趋势，体积分数从49. 49% 升高至62.79%。热解温度从800 ℃升高至 900 ℃，H2体积分数增长速度开始减缓。当液化残渣和煤处于900 ℃条件下共热解时，他们不同配比比例，半焦产率都表现出上升趋势，但煤气和焦油的产率都有所降低［4］。

李军等研究者利用固定床热解、热重和红外光谱等技术研究了液化残渣热解产物的组成及分布［5］，最终总结了回最佳收油品的条件。他的研究结果表明： 相同温度下，在热解油产率方面，神华液化残渣高于胜利的液化残渣，温度高于450 ℃ 后焦油产率受温度的影响变小，但沥青烯会不断增加。

4 液化残渣的热解机理

煤液化之后所得产物液化残渣，它的热解机理是自由基反应。煤的内部结构弱键断裂引发自由基，如果从外部 H2，自身的氢及供氢溶剂获取充足氢，那么自由基会饱和稳定下来产生挥发分，如果得不到足够的氢与它饱和，自由基就会相互缩聚最后形成焦炭或半焦。

李建广等研究员发现当温度处于 450—550 ℃时液化残渣会熔融儿成为液态，一些油类物质会随着蒸馏析出，温度升至 750 ℃，挥发分的析出速率不断加快，半焦体积不断膨胀变大，提温到到 850 ℃，大量的挥发分逐步析出，产生的压力也随之减小，沸腾强度减弱，半焦的体积就减小了［6］。

楚希杰发现： 残渣的热失重经历三个过程， 173—510 ℃这个阶段会发生沥青烯、重质油、前沥青烯这三个组分的热分解和挥发，这是残渣失重较多的阶段，温度低于 500 ℃时，大部分重质油会挥发至油相中，当温度升高至 649 ℃以上，有机成分缩聚和矿物质的分解是残渣失重的主要原因。

5 小结

本文主要概述了煤直接液化和残渣研究现状，液化残渣主要成分，液化残渣的热解特性及热解机理，希望能够为后面学者研究液化残渣的合理利用，获得较高品质及的高回收率的油类产品提供理论依据。

参考文献：

［1］陈明波,王彬,赵奇等.煤直接液化残渣焦化特性研究［J］.洁净煤技术,2005,11（01）：29-33.

［2］王鹏,步学朋,忻仕河等.煤直接液化残渣热解特性研究［J］.煤化工,2005（02）：20-23．

［3］范芸珠.煤直接液化残渣和性质及应用的探索性研究［D］.上海：华东理工大学,2010．

［4］刘文郁.煤直接液化残渣热解特性研究［D］.北京：煤炭科学研究总院,2005．

［5］李军,杨建丽,刘振宇.煤直接液化残渣的热解特性研究［J］.燃料化学学报,2010,38（04）：385-390．

［6］李建广,房倚天,张永奇等.煤直接液化残渣快速热解半焦特性的研究［J］.燃料化学学报,2008,36（03）：273-278．

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