一、课题来源与背景

    课题来源：陕西延长石油（集团）有限责任公司2013年科研计划（ycsy2013ky-A-30）。

    低阶煤具有高挥发分、低灰、低硫等特点，是理想的热解原料。生物质作为富氢物质，具有挥发分和炭活性高，N、S含量低、灰分低等特点。开展生物质与煤的共热解技术可以提高焦油收率及生物质规模化利用，是一种低成本、提高焦油收率的可选路线。

    二、技术原理及性能指标

    1.技术原理

    共热解原理表现在是否促进煤热解反应，使两者具有协同效应，而生物质的掺混比、组成和灰分对煤热解具有促进与抑制作用。一方面，生物质中Fe、Ca、Mg、Si等元素，形成氧化物破坏煤的黏结成焦，释放气体产物。生物质热解产生氢气抑制煤的缩合反应。另一方面，生物质黏附、覆盖在煤表面，不利于煤挥发分逸出和扩散，抑制煤的热解。因此，合适的生物质掺混比使煤热解自由基和氢供体达到平衡点，协同效应最大化。

    2.性能指标

    ⑴设计一套加压螺旋进料装置，使生物质在加压条件下连续、稳定进料。受压力、气量的影响较，适用种类广泛，具有良好的工程实用性；

    ⑵探索不同进料方式，选取适宜的生物质与煤种，确定最佳掺混比、温度、压力等条件，获得共热解规律和协同效应，为工业化放大提供基础数据和技术支撑；

    ⑶秸秆热解油的收率最高32.40%，生物质与煤的共热解油收率16-20%，最高22.07%。共热解协同效应20-40%。

    三、技术创造性及先进性

    1.创造性：

    ⑴开发一种加压连续进料装置，通过内部构件的旋转挤压效应与气流的剪切扰动协同耦合作用，解决加压条件下流动性能较差的粘结性物料的缠结、架桥问题，具有原料适应性强、进料速率稳定及线性度好等优势；

    ⑵开发一种热耦合式生物质与煤共热解反应器，通过维持反应器底部生物质与上部粉煤热解反应的温度梯度，在生物质热解产生的富氢气氛及K、Ca、Na等碱/碱土金属的加氢、催化作用，完成高效、快速热解，获得轻组分含量较高的高品质富氢油品；

    ⑶开发一种生物质与煤流化床快速共热解工艺，基于反应器内部微观及宏观界面传质、传热过程的强化，借助加压富氢气氛下的高空速实现快速、高效的共热解反应。通过原料调配、进料方式选择及高效气固、液固分离工艺，保证较高的液体收率及高度协同作用；

    ⑷选择适宜的生物质与煤种来探索不同进料方式，确定掺混比、温度、压力等条件，分析共热解规律和协同效应，为工业化实验提供基础数据和技术支撑。

    2.创新性

    经陕西省石油和化学工业联合会的专家鉴定，该技术成果思路新颖、创新性强，处于国内领先水平。创新点：

    ⑴开发的新型生物质与粉煤快速加压加氢分段共热解工艺技术，实现生物质与粉煤快速、高效共热解，提高焦油收率，基于不同生物质种类，焦油收率可达16-20%；

    ⑵开发的生物质与粉煤分段式共热解反应器，传热、传质效率高，共热解效率高；

    ⑶开发的生物质加压连续进料装置，解决生物质流动性能较差引起的缠结、架桥等问题，实现物料的连续、稳定输送。

    在科技查新中，未发现国内外与本研究相同的关于加压进料装置、热耦合式共热解反应器、生物质与煤的流化床共热解特性。

    四、技术成熟程度、使用范围和安全性

    生物质与煤共热解的研究处于相对较新的领域，该技术还处在实验、示范研究阶段，在加料稳定性、操作参数优化等方面有待进一步研究。目前，国内未发现与本技术类似的专利和论文，此技术的成功将是国内的一个重大创新。该技术适用于秸秆、核桃壳及木屑等生物质资源，以及林木、废弃物、禽畜粪便等，适用性广。操作条件温和，带来巨大经济效益的同时避免燃烧带来的环境污染问题，安全环保。

    五、应用情况及存在问题

    在公斤级生物质与煤加压流化床共热解实验中，油收率16-20%，协同效应20-40%。油品含尘量低、品质优。该技术一旦成功，提高油品收率及生物质能利用，减少对矿物质能源的依赖。解决农作物燃烧带来的环境问题，为开展多样化的生物质能源转化奠定基础。

    存在的问题：

    （1）管路堵塞问题。生物质中木质素成分易吸附固体颗粒而形成沥青状沉淀物，与重质焦油粘附管壁，堵塞设备和管道；

    （2）共热解油的分析。安装油气在线分析仪，通过实时油品组成的数据来调整、优化操作参数。

    六、获奖情况

    获陕西延长石油（集团）有限责任公司2017年度科技成果二等奖。

    七、成果简介

    利用自主设计的加压进料装置，通过内部构件的旋转挤压与气流的剪切扰动协同作用，加压条件下解决流动性能较差的粘结性物料的缠结、架桥。通过分段热耦合式生物质与煤共热解反应器，维持反应器生物质与煤热解反应的温度梯度，在生物质热解产生富氢气氛、K、Ca、Na等碱/碱土金属的加氢、催化作用，完成快速、高效的共热解反应。通过原料调配、进料方式选择以及高效的气固、液固分离工艺，保证较高的液体收率和高度协同效应。