褐煤微波热解及半焦特性的实验研究

发布时间：2020-06-22 02:28

【摘要】：随着我国经济的飞速发展和能源需求的不断增加,无烟煤、烟煤等高阶煤的供应日趋紧张,能源短缺问题日益突出,我国对褐煤等低阶煤的开发和利用越来越重视。褐煤水分大、热值低,不仅运输成本高,而且直接燃烧的热效率低,对褐煤的提质改性是褐煤高效清洁利用的关键。相对于传统的加热热解模式,微波加热具有高效性、选择性、易控制、节能和无污染等特点,本文把微波加热技术应用到了褐煤的热解提质。本文首先通过传统煤质化验方法和现代分析表征方法,对褐煤煤样的煤质在工业组成、元素组成、煤岩成分、矿物形态和官能团种类等层次进行了评价,然后通过控制单因素的实验方法,系统的考察了热解终温、终温停留时间、煤样的粒度大小和微波功率等因素对褐煤微波热解产品产率和分布的影响,最后通过工业分析仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和多晶X射线衍射分析仪对微波热解固体产物半焦的组成特性、微观结构特性进行了研究,同时通过同步热分析仪,采用热分析法分析了半焦的气化特性和燃烧特性,获得气化活性指数、燃烧特性指数以及燃烧反应动力学参数,研究了不同热解终温和终温停留时间对提质半焦特性的影响。结果表明:褐煤的挥发分含量高、含氧官能团含量高、固定碳含量少、低灰低硫等特点决定了热解提质是对它清洁、高效的利用途径之一;褐煤微波热解过程中,在实验所选取的条件范围内,加热终温和终温停留时间对热解产物的分布和组成影响最大,然后是微波功率的影响,煤样的粒度大小的影响较小;微波热解降低了褐煤挥发分含量,提高了褐煤的煤阶,且随着热解终温和终温停留时间的增加,褐煤热解程度的加深,这种趋势越明显,提质半焦结构逐渐有序化,晶化程度增加,趋向于石墨结构,同时提质半焦的燃点升高,各燃烧特性指数降低,活化能增加,反应活性变差,热稳定性提高,趋于高阶煤的特性。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ530.2;TN015
【图文】：

工艺图,固体热载体,工艺

图１．４固体热载体工艺逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｓｏｌｉｄ邋ｈｅａｔ邋ｃａｒｒｉｅｒ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑图１．４为褐煤固体热载体工艺技术流程简图，固体热载体工艺把褐煤与热的载体快逡逑速混合使其得到加热，然后使褐煤热解（干馏）得到半焦、煤气和煤焦油的过程。褐煤逡逑固体热载体工艺的装置包括布料装置、干馏炉、破碎筛分装置、水循环装置、冷凝回收逡逑装置和自动控制系统。其中干馏炉是该工艺的核心设备，它将褐煤中的含油物质最大限逡逑度的分离出来。固体热载体法热解，产油多、质量好，产生的焦油中很有酚类物质，可逡逑用来加工燃料油和化学用品，同时，产生的中热值煤气，可用作工业燃料和化工原料。逡逑１．３微波热解概述逡逑微波是指频率为３００ＭＨｚ？３００ＧＨｚ，相应波长为ｌｍｍ到ｌｍ范围内的电磁波，在电逡逑磁波谱中位于红外线和无线电波之间。微波是一种非常特殊的电磁波，在导体中传播逡逑时微波能观察到相反方向的电流在同一导体中流动，在微波接近光速透入物质内时，电逡逑磁能在快于千万分一秒的时间内转变为物质分子的能量

示意图,煤化程度,单元模型

向于芳香环高度缩合的石墨结构。逡逑煤是由相似的结构单元构成的，以下是几种不同煤化程度的煤的结构单元示意图，逡逑如图２．１所示。研宄煤的结构单元，进而更好的研宄煤的结构和煤的特性。逡逑Ｈ邋，，。於逡逑＜５逦－逡逑ＣＨＯＨ逦２逡逑－ＣＨ逦Ｘ邋Ｌ邋ＪｉｃＨｓ－Ｃ－Ｃ＾ＯＨ逡逑Ｙ逦次烟煤逦高挥发分烟煤逡逑褐煤逦０逡逑无烟煤逦低挥发分烟煤逡逑图２．１不同煤化程度的煤的结构单元模型逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｕｎｉｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒａｎｋｓ逡逑２．２煤热解机理逡逑２．２．１煤热解过程概述网逡逑煤的热解过程是煤中基本结构单元周围的桥键、侧链和官能团等在受热的过程中不逡逑断的裂解，生成低分子化合物然后逸出的过程，煤的基本结构单元缩合芳香核部分在热逡逑解过程中相互缩聚形成焦炭或半焦。煤在惰性气氛或隔绝空气下加热至高温，而发生的逡逑一系列物理变化和化学变化，生成煤气、焦油和半焦产物。煤的热解过程可大致分为三逡逑个阶段：逡逑（１）

【参考文献】