【摘要】：為了高效利用煤炭資源中的高價(jià)值組分,同時(shí)獲取電力、熱能、化學(xué)產(chǎn)品和液體燃料,基于固體熱載體熱解的煤分級(jí)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。在該技術(shù)中,煤熱解過(guò)程通常采用高溫煤灰作為固體熱載體,因此開(kāi)展固體熱載體煤灰及其礦物組分對(duì)煤熱解的影響規(guī)律及其機(jī)理方面的研究工作就顯得尤為迫切。本文搭建了快速升溫管式爐熱解實(shí)驗(yàn)裝置,以淮南煙煤作為研究對(duì)象,詳細(xì)研究了鐵基礦物組分Fe2O3和Fe3O4、鈣基礦物組分CaSO4和CaO、石英、偏高嶺石以及淮南煙煤煤灰在不同溫度條件下(500-800℃)對(duì)煤熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和氣體組分的影響,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了其影響機(jī)理。Fe2O3會(huì)催化促進(jìn)熱解過(guò)程中間產(chǎn)物膠質(zhì)體的芳構(gòu)化作用和縮聚反應(yīng),使得更多的中間產(chǎn)物膠質(zhì)體形成了半焦,導(dǎo)致較低溫度下半焦產(chǎn)率增加。Fe2O3會(huì)抑制膠質(zhì)體的裂解反應(yīng),抑制中間產(chǎn)物膠質(zhì)體形成焦油,從而導(dǎo)致焦油產(chǎn)率下降。隨著溫度升高,Fe2O3對(duì)CH4的二次形成反應(yīng)的催化促進(jìn)作用也更加明顯,這會(huì)導(dǎo)致熱解煤氣中的H2和CO以及半焦減少,而CH4和熱解水增多。Fe2O3會(huì)與半焦中的碳以及熱解煤氣中的還原性氣體H2、CO和CH4發(fā)生反應(yīng),這些反應(yīng)在較高溫度下比較低溫度下進(jìn)行得更強(qiáng)烈,會(huì)導(dǎo)致半焦產(chǎn)率以及熱解煤氣中的H2、CO和CH4體積產(chǎn)率下降,而CO2體積產(chǎn)率和熱解水產(chǎn)率增加。添加Fe3O4對(duì)淮南煙煤脫灰煤熱解產(chǎn)物的影響主要體現(xiàn)在較高溫度如800℃時(shí)。在較高溫度如800℃時(shí),Fe3O4會(huì)與半焦中的碳以及煤氣中的H2、CO和CH4分別發(fā)生反應(yīng),從而導(dǎo)致半焦產(chǎn)率下降,H2、CO和CH4的體積產(chǎn)率下降,CO2體積產(chǎn)率和熱解水產(chǎn)率增加。與Fe2O3不同的是,添加Fe3O4對(duì)焦油產(chǎn)率基本沒(méi)有影響。CaSO4對(duì)煤熱解的影響主要在較高溫度下尤其是800℃時(shí)體現(xiàn)。較高溫度下CaSO4會(huì)與半焦中的碳以及煤氣中的H2、CO和CH4分別發(fā)生反應(yīng),從而導(dǎo)致半焦產(chǎn)率下降,H2、CO和CH4的體積產(chǎn)率下降,CO2體積產(chǎn)率和熱解水產(chǎn)率增加。CaSO4對(duì)焦油產(chǎn)率幾乎沒(méi)有影響。添加CaO對(duì)淮南煙煤脫灰煤熱解產(chǎn)物的影響體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)所采用的整個(gè)溫度范圍內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)所采用的500-800℃的整個(gè)溫度范圍內(nèi),添加CaO會(huì)使得半焦和焦油產(chǎn)率都有所下降,而煤氣產(chǎn)率有所增加。這是由于CaO能夠促進(jìn)半焦中大分子結(jié)構(gòu)的分解以及催化焦油的二次裂解反應(yīng)所導(dǎo)致的。CaO會(huì)吸收熱解煤氣中的CO2,從而導(dǎo)致CO2體積產(chǎn)率降低。CaO能不同程度地提高H2、CO、CH4以及C2-C3的體積產(chǎn)率,這是由于CaO會(huì)催化焦油的二次裂解反應(yīng)、含氧官能團(tuán)的分解以及烷基側(cè)鏈的斷裂。石英由于其化學(xué)反應(yīng)惰性而對(duì)淮南煙煤脫灰煤熱解產(chǎn)物產(chǎn)率以及熱解產(chǎn)物中煤氣組分體積產(chǎn)率幾乎沒(méi)有產(chǎn)生任何影響。偏高嶺石則會(huì)使得淮南煙煤脫灰煤熱解產(chǎn)物焦油的產(chǎn)率略有降低,煤氣的產(chǎn)率略有增加,這可能是由于偏高嶺石能夠催化焦油分子結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)上烷基側(cè)鏈的斷裂,從而產(chǎn)生更多的輕質(zhì)烴類氣體C1-C3�；茨蠠熋好夯抑詴�(huì)對(duì)淮南煙煤熱解特性產(chǎn)生影響,主要是因?yàn)槊夯抑兴現(xiàn)e2O3和CaSO4在起作用,其中CaSO4主要在較高溫度時(shí)才會(huì)起到作用,而煤灰中所含SiO2由于其化學(xué)反應(yīng)惰性而對(duì)淮南煙煤熱解幾乎沒(méi)有產(chǎn)生影響。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ530.2
【圖文】：

量也在逐年快速增長(zhǎng)。２０１６年我國(guó)能源生產(chǎn)總量為３４．６億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤生產(chǎn)占能源逡逑生產(chǎn)總量的６９．６％。２０１６年我國(guó)能源消費(fèi)總量高達(dá)４３．６億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比２０１５年增長(zhǎng)１．４％，逡逑其中煤炭消費(fèi)量下降４．７％［１］。如圖１．１所示，２０１６年我國(guó)煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的６２．０％，逡逑這一占比雖然比２０１５年略有下降，但我國(guó)以煤炭為主的資源z賦決定了我國(guó)以煤炭為主的逡逑能源消費(fèi)格局，煤炭消費(fèi)占據(jù)能源消費(fèi)主體地位這一格局短期內(nèi)并不會(huì)改變。英國(guó)ＢＰ石油逡逑公司發(fā)布的ＢＰ能源趨勢(shì)展望也指出，到２０３５年中國(guó)一次能源消費(fèi)中煤炭占比仍將高達(dá)逡逑５１％Ｍ。我國(guó)仍將大量使用煤炭資源的能源形勢(shì)短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本性的改變。因此，提逡逑高煤炭利用效率，減少煤炭利用過(guò)程中的污染排放，實(shí)現(xiàn)煤炭的高效、清潔利用是我國(guó)能逡逑源領(lǐng)域尤其是煤炭利用領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大課題。逡逑３．５％逡逑Ｌ５％邋▲逡逑６－４％＾＾８，３％邐■煤炭逡逑ｉ８ｋ．邋Ｍ逡逑圖１．１邋２０１６年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)情況逡逑２０１６年我國(guó)原油消費(fèi)量比２０１５年增長(zhǎng)５．５％，天然氣消費(fèi)量比２０１５年增長(zhǎng)８．０％。我國(guó)逡逑石油和天然氣消費(fèi)量在逐年攀升

利用的ＥＴＣＨ方法［３４］有４－６邋ｔ／ｈ試驗(yàn)裝置，其中加里寧工廠運(yùn)行的４邋ｔ／ｈ試驗(yàn)裝置曾進(jìn)行了多灰逡逑多硫煤、褐煤以及泥炭等的試驗(yàn)研究，后來(lái)還建成了處理量為１７５邋ｔ／ｈ的工業(yè)化裝置，其工逡逑藝流程如圖１．４所示。在該工藝中，原料煤先在煤干燥管中被約５５０°Ｃ的熱煙氣加熱干燥至逡逑１００－１２（ＴＣ，水分降至４％以下，然后在干煤旋風(fēng)分離器中氣固分離，加熱后的干煤進(jìn)入旋逡逑風(fēng)混合器，在這里與來(lái)自加熱提升管的熱半焦混合，升溫，隨后在干餾槽內(nèi)發(fā)生熱解，析逡逑出揮發(fā)分。氣態(tài)揮發(fā)分再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)氣液分離，得到焦油、煤氣和熱解水。干餾槽內(nèi)的熱逡逑解半焦產(chǎn)物和熱載體半焦，一部分去加熱提升管燃燒升溫，作為熱載體循環(huán)使用，多余的逡逑半焦輸出作半焦產(chǎn)品［３５］。逡逑７逡逑

魯奇魯爾煤千飽技術(shù)是德國(guó)的Ｌｕｒｇｉ和Ｒｕｈｒｇａｓ兩家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種有多種用途逡逑的半焦熱載體法煤干餾多聯(lián)產(chǎn)工藝，處理原料包括煤、油頁(yè)巖、油砂和液體烴類［３６］。該工逡逑藝流程見(jiàn)圖１．５，煤與熱載體半焦經(jīng)雙螺旋式混合器混合進(jìn)入干餾反應(yīng)器，在這里發(fā)生熱逡逑解反應(yīng)，析出揮發(fā)分。氣態(tài)揮發(fā)分再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)氣液分離，得到煤焦油、煤氣和水。煤氣、逡逑重油或部分半焦在提升管中燃燒，以加熱半焦熱載體。該工藝具有產(chǎn)油率高、能耗較低和逡逑設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)［３５］。逡逑８逡逑

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