煤热解挥发分二次反应特性研究
发布时间：2020-08-28 10:52
通过低阶煤热解获取我国相对紧缺的油气资源是煤炭清洁利用的有效途径之一。煤热解所生成的挥发分在逸出过程中会接触到较高温度的环境发生二次反应,因此,合理地利用挥发分的二次反应,通过牺牲某相产率来扩大工艺所需产物的最大产率来控制产品质量,进一步重组热解产物的气、液、固三相产物分布,可以起到调控煤热解反应过程的作用。本文针对煤热解后挥发分二次反应特性进行研究,考察了挥发分在不同温度、停留时间、气氛下的二次反应。(1)使用固定床石英管反应器考察了20 g原料随温度条件变化所得到的产物分布及性质,实验表明,随着热解温度的升高,半焦产率逐渐降低,气体产率逐渐升高,焦油的产率先上升随后下降,在550℃有一个最大值5.56%,约为格金收率的96.4%。(2)考察停留时间为10 s时温度对二次反应的影响,结果表明在小于700℃的较低二次反应温度下,焦油主要转化为气体产物,气相二次反应由二次裂解反应所控制;而在大于700℃的较高温度下,焦油转化为气体和积炭,气相二次反应由裂解反应和结焦反应共同控制。(3)通过改变装置下段管径的方式考察在不同温度下停留时间对二次反应的影响,实验表明,停留时间的影响与温度的影响是相互关联的,增加二次反应温度,延长二次反应停留时间,挥发分二次反应加剧,焦油产率减少而对应的气体和积碳产率增加;热解气中H_2、CH_4和CO产率增加,CO_2产率减少;焦油中杂原子化合物及其中的PCX产率减低,大于三环的重质多环芳烃(PAHs)增加,H/C和O/C原子比降低。特别是在900℃时,随着停留时间的延长,H_2和重质PAHs产率快速增加,说明芳环之间的缩聚反应加剧释放出H_2并生成重质组分。(4)二次反应温度为700℃,停留时间为10 s,不同气氛对二次反应具有不同的作用。H_2气氛下剧烈的加氢裂解反应使焦油产率降低。CO参与水煤气反应产生H_2,作用与H_2类似。CO_2的重整反应使焦油产率增加,作为气化剂还减少了积碳的产率。CH_4在高温下产生的自由基抑制了焦油中芳烃的缩聚反应,使焦油产率增加。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ530.2
【部分图文】：
性可以将热解机理分为不粘煤(硬煤)和粘煤(软煤)热解反应机理[14]，不同，可以将热解机理分为慢速热解[15]和快速热解[16]反应机理。 1.1 为 Miura 等[16]提出的煤热解反应机理，该机理指出，煤热解过程由基的反应过程，煤受热升温时，煤分子结构中的弱键断裂产生活性，如甲基键、醚键以及杂原子键[17]等，随后这些活性自由基之间相互物。因此，热解过程可以看做是由自由基的生成以及自由基之间的相所组成[18-19]，自由基之间的反应过程如图 1.2 所示[20]。煤受热发生热快的升温速率使煤颗粒在较短的时间内吸收了大量能量，因此煤分几乎同时发生断裂。挥发分逸出煤颗粒表面后又将经历更高的环境温常包括挥发分释放和挥发分在气相中的二次反应两个步骤。一次热解包括弱键断裂形成自由基以及自由基之间的聚合反应、氢转移、取代二次反应包括挥发分在高温环境下的二次裂解及缩聚、结焦等反应。反应的热解产物通常具有较高的气体产率及较低的液体产率。相对比温速率较慢时，由于环境温度与颗粒温度之间的温差较小，挥发分所也比较小。
图 1.2 煤热解自由基的相互反应[20]Fig. 1.2 The reaction between free radicals from coal rapid pyrolysis[20]解过程中焦油和半焦的形成机理已获得较多的赞同[21]。首先是煤中大分断裂解聚为小分子碎片；随后小分子碎片分子之间会发生聚合反应；轻发、对流和扩散从颗粒表面进行输运和释放；最后向颗粒表面的分子内部煤来说主要是通过孔道的扩散作用，而软煤主要通过液相扩散或气泡运最终不能释放出去的挥发分通过缩聚反应形成半焦。 煤热解过程中的化学反应常将煤热解看做是一个自由基的反应过程，引发于分子结构中的弱键，醚键或杂原子键[17]。大家普遍认为热解过程是由自由基的生成以及相互所组成的[18, 19]。煤的热解过程中存在的化学反应主要是裂解反应以及缩有机质的分解、裂解挥发分中轻质组分的挥发、自由基的裂解反应、裂
图 1.3 煤的热解反应过程简图[22, 23]Fig. 1.3 Diagram of coal pyrolysis process[22, 23]根据煤的分子结构可以将煤热解过程看成是煤中热不稳定成分的不断裂解分子化合物并逸出，且基本结构单元的缩合芳香核部分相互缩聚而形成固体程。煤热解可能涉及到的化学反应主要包括：裂解反应[10]：a.桥键断裂生成自由基；b.脂肪侧链的裂解；c.含氧官能团裂子化合物的裂解等。二次反应：煤热解时产生的一次裂解产物挥发分在逸出的过程中会遇到高温续裂解，同时裂解生成的自由基发生反应，进一步稳定。二次反应主要包括应、加氢反应、直接裂解反应、缩合反应、自由基裂解反应、自由基再聚合反基加成反应等。交联反应：煤热解过程中芳香环族之间新键的形成称为交联反应，它是在热除了断键以外的另一个重要反应，能够影响煤性质，如机械强度、耐热性和能等。缩聚反应：热解开始时主要是以裂解反应为主，而后期是以缩聚反应为主导产生的自由基之间能够发生缩聚反应生成半焦，随后半焦中芳香化合物发生
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ530.2
【部分图文】：
性可以将热解机理分为不粘煤(硬煤)和粘煤(软煤)热解反应机理[14]，不同，可以将热解机理分为慢速热解[15]和快速热解[16]反应机理。 1.1 为 Miura 等[16]提出的煤热解反应机理，该机理指出，煤热解过程由基的反应过程，煤受热升温时，煤分子结构中的弱键断裂产生活性，如甲基键、醚键以及杂原子键[17]等，随后这些活性自由基之间相互物。因此，热解过程可以看做是由自由基的生成以及自由基之间的相所组成[18-19]，自由基之间的反应过程如图 1.2 所示[20]。煤受热发生热快的升温速率使煤颗粒在较短的时间内吸收了大量能量，因此煤分几乎同时发生断裂。挥发分逸出煤颗粒表面后又将经历更高的环境温常包括挥发分释放和挥发分在气相中的二次反应两个步骤。一次热解包括弱键断裂形成自由基以及自由基之间的聚合反应、氢转移、取代二次反应包括挥发分在高温环境下的二次裂解及缩聚、结焦等反应。反应的热解产物通常具有较高的气体产率及较低的液体产率。相对比温速率较慢时，由于环境温度与颗粒温度之间的温差较小，挥发分所也比较小。
图 1.2 煤热解自由基的相互反应[20]Fig. 1.2 The reaction between free radicals from coal rapid pyrolysis[20]解过程中焦油和半焦的形成机理已获得较多的赞同[21]。首先是煤中大分断裂解聚为小分子碎片；随后小分子碎片分子之间会发生聚合反应；轻发、对流和扩散从颗粒表面进行输运和释放；最后向颗粒表面的分子内部煤来说主要是通过孔道的扩散作用，而软煤主要通过液相扩散或气泡运最终不能释放出去的挥发分通过缩聚反应形成半焦。 煤热解过程中的化学反应常将煤热解看做是一个自由基的反应过程，引发于分子结构中的弱键，醚键或杂原子键[17]。大家普遍认为热解过程是由自由基的生成以及相互所组成的[18, 19]。煤的热解过程中存在的化学反应主要是裂解反应以及缩有机质的分解、裂解挥发分中轻质组分的挥发、自由基的裂解反应、裂
图 1.3 煤的热解反应过程简图[22, 23]Fig. 1.3 Diagram of coal pyrolysis process[22, 23]根据煤的分子结构可以将煤热解过程看成是煤中热不稳定成分的不断裂解分子化合物并逸出，且基本结构单元的缩合芳香核部分相互缩聚而形成固体程。煤热解可能涉及到的化学反应主要包括：裂解反应[10]：a.桥键断裂生成自由基；b.脂肪侧链的裂解；c.含氧官能团裂子化合物的裂解等。二次反应：煤热解时产生的一次裂解产物挥发分在逸出的过程中会遇到高温续裂解，同时裂解生成的自由基发生反应，进一步稳定。二次反应主要包括应、加氢反应、直接裂解反应、缩合反应、自由基裂解反应、自由基再聚合反基加成反应等。交联反应：煤热解过程中芳香环族之间新键的形成称为交联反应，它是在热除了断键以外的另一个重要反应，能够影响煤性质，如机械强度、耐热性和能等。缩聚反应：热解开始时主要是以裂解反应为主，而后期是以缩聚反应为主导产生的自由基之间能够发生缩聚反应生成半焦，随后半焦中芳香化合物发生
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 白e
本文编号：2807489
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2807489.html
最近更新
教材专著
