低阶粉煤的热解特性与低温热解试验研究

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我国低阶煤资源如褐煤、长焰煤、不粘煤等,储量丰富,随着综采技术的提高大等问题。而热解可发挥低阶煤具有化学性高、挥发性高,粉煤产率逐年增多。现阶段主要用于燃烧,利用效率低且污染、发热量高和粘结性低的优势直接获取半焦、煤气、焦油产品,现在越来越受到人们的关注。本文以陕西府谷长焰煤和云南褐煤两种典型低阶煤作为研究对象,通过在热重分析仪、自制热解小装置和高温热管干馏炉中试装置三种逐级放大的实验平台上,对其热解进行了比较系统的研究,主要研究内容与结论如下:  采用非等温法对煤样进行了热分析实验,研究煤种、粒径及升温速率对热解的影响,并对其热解机理及动力学特性进行了研究。低阶煤热解共分为四个阶段,热解最佳温度为550℃~650℃,且云南褐煤的热解特性要好于府谷长焰煤。随着升温速率的提高,最大热解速度基本上呈现随之增大的现象,同时,活化能E及频率因子A也随之增大,且与反应的剧烈程度成正关系;粒径对热解有一定的影响,特别是当粒径小于0.074mm时对最终热解失重率影响较大。通过动力学理论计算发现,低温段和主要热解阶段都是由三维扩散机理控制,只是表现形式有所不同,高温段则由反应级化学反应控制。  通过自制干馏釜热解装置在不同热解条件下的产物特性及析出规律的研究发现:低阶煤的低温热解主要是脱氧、去氢、富碳、芳香度增加的过程。温度为550℃时,焦油产率最高;当热解温度超过600℃时,产气率显著上升。在本实验温度范围内,所制得的CO2含量都随着温度的增加而降低,而CO含量在500℃达到最大,之后随温度的提高而降低,H2含量随温度的提高逐渐增加,在500℃以后,氢气含量急剧增加,CH4的含量在550℃时含量最高,前增后降,近似呈高斯分布。除H2含量随保温时间的延长增加外,各组分都随之减少,其中CO2和CO的含量减少幅度变化不是很大。  通过对比高温热管干馏炉中试装置与自制小型实验室装置在不同保温时间下产物特性及产率发现,保温时间对大型装置制得的产物组成性质影响很大。但在干馏的过程中,高温热管干馏炉试验装置相对于小装置具有更好的产氢特性,得到的煤气热值较高,且产出的气体成分较为平稳。此中试装置在550℃左右的条件下,产率大于20m3/h,气体热值约为15.98~17.14MJ/m3,可供工业和民用。高温热管干馏炉试验装置所得干馏产物较好,具有一定的示范作用和进一步研究的意义。
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