一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统

本发明属于中低温煤热解半焦转化利用领域，具体涉及一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统。

背景技术：

1、我国“富煤、缺油、少气”的能源结构决定了煤炭在我国能源利用中的重要地位，它在我国能源安全领域发挥着“压舱石”或“稳定器”的重要作用。我国煤炭资源中低阶煤的储量约占一半，而低阶煤的中低温热解是实现煤炭分级分质转化、清洁高效利用的潜在途径。它不仅有助于从煤中提取出油气资源，降低我国的“油气”对外依存度；又能获得高碳含量、高热值(相对于原煤)的半焦产品。

2、然而，据报道，截止2020年底，仅陕北榆林地区已建成煤热解半焦(陕北地区常称作兰炭)产能7400万吨，而产量却只有3500万吨左右(中国环境报社,2021-12-23.https://view.inews.qq.com/a/20211223a01n9t00)。如此大规模的煤热解工艺虽然有利于获得大批量的煤焦油和热解煤气、实现低阶煤的提质(获得热值高于原煤的煤热解半焦)，但是也面临着煤热解半焦产能过剩问题以及高值化利用的实际需求。以煤热解半焦作为燃料的传统利用方式将面临日益严峻的环保压力。

3、co2的大量排放已引发了严重的气候问题、社会与环境问题，这也为co2的转化利用提供了驱动力。若能将co2转化为化工原料或燃料，则有利于缓解有关问题的恶化、实现co2的循环利用。

4、基于此，为了推动中低温煤热解半焦的高值化转化与co2利用的相结合、开发新型工艺技术，有必要提出一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统。

技术实现思路

1、为了解决中低温煤热解半焦与co2协同转化利用的技术问题，以实现中低温煤热解半焦的高值化转化与co2利用相结合、开发新型工艺技术，本发明提出了一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，包括电解水制氢气和氧气装置、煤热解炉、搅拌混合装置、催化气化装置与歧化反应装置；

4、电解水制氢气和氧气装置与催化气化装置相连；煤热解炉经搅拌混合装置与催化气化装置相连，催化气化装置与歧化反应装置相连。

5、进一步的，电解水制氢气和氧气装置连接有发电机组。

6、进一步的，电解水制氢气和氧气装置经氧气储罐与催化气化装置相连。

7、进一步的，氧气储罐上设置有循环气压缩装置。

8、进一步的，煤热解炉还连接有净化处理装置。

9、进一步的，气体分离装置连接有气体分离装置。

10、进一步的，气体分离装置出口分为两路，一路与歧化反应装置相连，另一路与催化气化装置相连。

11、进一步的，催化气化装置连接有固体分离处理装置。

12、进一步的，固体分离处理装置与搅拌混合装置相连。

13、进一步的，搅拌混合装置上设置有催化剂加料口，固体分离处理装置与的催化剂加料口相连。

14、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

15、本发明通过设置电解水制氢气和氧气装置、煤热解炉、催化气化装置与歧化反应装置，有效耦合了电解水制氢气和氧气装置，能够利用风能、太阳能等清洁可再生能源发电高峰期产出的富余电能，实现电解水制氢气和氧气，同时实现了所产出氧气产品的就地转化(用于中低温热解半焦的催化气化转化为富co气体)。本发明提出的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，成功实现了中低温煤热解工艺和电解水制氢气和氧气工艺的耦合和集成创新，发展与丰富了产品种类及附加值。它不仅能够就地实现中低温热解半焦部分气化转化为多孔碳(其价值远高于煤热解半焦)，而且还能够将煤热解半焦气化产出的co通过歧化反应生产出碳纤维(其价值远远高于煤热解半焦)，实现了煤热解半焦的高值化转化。本发明提出的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，将煤解热半焦混合一定量的催化剂后首先用于煤解热半焦的催化气化反应，然后将催化气化反应产出的富co气体进行歧化反应(2co＝co2+c碳纤维)，再将歧化反应产出的副产物co2回收利用于催化气化反应装置中，其突出优势在于：第一，在催化剂和co2的共同作用下，能够抑制煤解热半焦与氧气的深度反应，有助于定向生成富co气体和多孔碳，而不是生成co2气体(3c半焦+o2+co2＝4co)。第二，实现了歧化反应副产物co2的原位回收利用，减少了碳排放、提高了工艺经济性。本发明提出的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，为中低温煤热解半焦(陕北地区俗称兰炭)的高值化利用提供了潜在途径，本发明提出的系统中的主要设备均可采用已市场化生产的传统设备，在装备与设备方面不存在技术壁垒，便于规模化生产或市场推广。

技术特征：

1.一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，包括电解水制氢气和氧气装置(2)、煤热解炉(5)、搅拌混合装置(7)、催化气化装置(8)与歧化反应装置(10)；

2.根据权利要求1所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，电解水制氢气和氧气装置(2)连接有发电机组(1)。

3.根据权利要求1所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，电解水制氢气和氧气装置(2)经氧气储罐(3)与催化气化装置(8)相连。

4.根据权利要求3所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，氧气储罐(3)上设置有循环气压缩装置(4)。

5.根据权利要求1所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，煤热解炉(5)还连接有净化处理装置(6)。

6.根据权利要求1所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，气体分离装置(10)连接有气体分离装置(11)。

7.根据权利要求6所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，气体分离装置(11)出口分为两路，一路与歧化反应装置(10)相连，另一路与催化气化装置(8)相连。

8.根据权利要求1所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，催化气化装置(8)连接有固体分离处理装置(9)。

9.根据权利要求8所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，固体分离处理装置(9)与搅拌混合装置(7)相连。

10.根据权利要求9所述的利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，其特征在于，搅拌混合装置(7)上设置有催化剂加料口，固体分离处理装置(9)与催化剂加料口相连。

技术总结本发明公开了一种利用中低温煤热解半焦制备碳纤维的系统，包括电解水制氢气和氧气装置、煤热解炉、搅拌混合装置、催化气化装置与歧化反应装置；电解水制氢气和氧气装置与催化气化装置相连；煤热解炉经搅拌混合装置与催化气化装置相连，催化气化装置与歧化反应装置相连。本发明不仅能够就地实现中低温热解半焦部分气化转化为多孔碳，而且还能够将煤热解半焦气化产出的CO通过歧化反应生产出碳纤维，实现了煤热解半焦的高值化转化。本发明还实现了歧化反应副产物CO<subgt;2</subgt;的原位回收利用，在装备或设备方面不存在技术壁垒，便于工业化或规模化应用。技术研发人员：张建波,尚建选,徐文焕,张磊,马晓迅受保护的技术使用者：西北大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17