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氮气及甲醇-氮气气氛下红河褐煤热解研究

张淋  
【摘要】:煤热解、间接液化和直接液化是实现煤制油的三种途径。煤热解是在相对温和的条件下将煤中的“富氢组分”和“富碳组分”分质转化以提高煤的利用效率。但传统热解工艺的焦油产率较低,因此,本文在热解过程中引入甲醇,研究氮气和甲醇-氮气气氛下红河褐煤的热解,并对甲醇的反应机理进行了讨论。 实验对氮气及甲醇-氮气气氛下的红河褐煤热解进行了系统研究,考察了热解温度(440~560℃)、压力(0.1~1.2MPa)、载气流量(50~200ml/min)、恒温时间(0~30min)、甲醇流量(0.06~0.14ml/min)等反应条件对其热解产物产率及组成的影响,并得到了在实验室固定床热解实验装置上,红河褐煤在相应气氛下,焦油产率最高的热解反应参数。氮气气氛下红河褐煤热解的较佳条件为:热解温度520℃C、压力0.5MPa、载气流量50ml/min、恒温时间20min。在较佳条件下半焦、焦油和热解水产率(以干基煤为基准)分别为:71.15%、9.61%和7.99%。甲醇-氮气气氛下红河褐煤热解的较佳条件为:热解温度520℃、压力0.5MPa、载气流量50ml/min、恒温时间20min、甲醇流量0.1ml/min、恒温段内通入甲醇。在较佳条件下的半焦、焦油和热解水产率分别为:72.26%、12.01%和12.35%。 对比研究了相同反应条件下,红河褐煤在两种不同气氛中,在固定床热解实验装置上的热解,结果表明甲醇的加入使得单位质量干基煤的焦油、热解水和煤气产率显著增加,半焦产率略有增加。 为了深入了解甲醇在热解过程中的作用,分别对各温度点的半焦和煤气进行了红外吸收光谱分析、气相色谱分析;较佳热解条件下的焦油经处理后得到酸性分、碱性分、脂肪分、芳香分和极性分五个族组分,并得到的族组分进行了气质联用分析。通过对比分析作者认为甲醇参与了热解反应,为红河褐煤热解过程供给了氢自由基、甲基自由基等,使红河褐煤热解自由基碎片得到了稳定,减少了热解自由基碎片间的缩合反应,从而提高了焦油产率,改善了焦油质量。以较佳热解反应条件下的焦油酸性分为例,苯酚、甲酚和二甲酚的干燥无灰基总产率由1.15%提高到1.93%,提高了近70%。


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