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陕北府谷煤热解行为研究

赵宏彬  
【摘要】:陕北地区低变质煤储量丰富,并且具有高挥发分、高热值、高转化率、低硫等特点,是中低温干馏的理想用煤,通过干馏得到兰炭、煤焦油、煤气是当地煤化工的主要工艺。为了提高煤炭的利用效率,促进洁净煤技术的发展,本课题组立足于陕北低变质煤的特点,提出了“煤中低温热解-煤焦气化耦合工艺”,此工艺通过煤的分级转化来提高煤炭的利用率,并且可回收气化后的热量加以利用实现能量的耦合,从而降低了能源的消耗。 为此本文以陕北典型低变质烟煤—府谷煤为研究对象,利用TG-FTIR联用仪和自建粉-粒流化床实验装置,对府谷煤的热解特性及产物分布、热解半焦结构特点及气化特性,进行实验和理论分析研究,目的是为煤热解-半焦气化耦合工艺的开发提供必要的数据支撑。 利用TG-FTIR联用装置进行实验,研究结果发现:在N2气氛下,府谷煤在350~550℃温度段内热解最为剧烈,其产物组成也较复杂,此阶段的活化能E也相对较大为217.08KJ/mol;在CO2、H2、CO和CH4热解气氛下发现在350℃以前其热解状况与N2下的热解行为基本相同,可视为在惰性气氛下热解,在350℃以后H2、CO和CH4对热解有着促进作用,CO2气氛热解下对煤失重起抑制作用;升温速率同样影响煤热解行为,结果发现随着升温速率的增加,最大失重速率增大,煤的热解总转化率降低。 采用自主搭建的粉-粒流化床热解实验装置对府谷煤进行快速热解,首先根据本装置的参数确定合适的流化气速为29.86cm/s。实验的结果表明:在N2气氛下热解,随着热解终温的升高,焦油中脂肪烃的产量降低、多环芳烃的产量增大、BTX的总产量以及H2、CH4、CO和C2H4等气体的产量亦升高,焦油的产率在650℃下达到最大值为11.46%。相比N2气氛下热解,H2、CO和CH4气氛下热解不仅增加了煤焦油的产量而且还提高了煤焦油的品质,煤焦油产率分别相对提高了37.8%、3.1%和6.4%。 分析N2气氛下热解所得半焦的物理、化学结构并利用粉-粒流化床实验装置对其进行气化活性的实验。研究结果表明:半焦中孔结构比较丰富(包括大孔、介孔和微孔),含氧官能团数量随着制焦终温的上升而下降,650℃后所得半焦的芳香结构开始发生有序的排列,利用CO2进行半焦气化活性实验,发现650℃下半焦的气化活性最佳,CO的产量为14.72×10-2L/g。


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