【摘要】：煤熱解是煤熱加工利用的第一步反應(yīng),熱解動(dòng)力學(xué)模型可以預(yù)測熱解反應(yīng)速率,有助于理解煤熱解過程中化學(xué)組分的相互作用、元素遷移及揮發(fā)分生成規(guī)律并預(yù)測熱解產(chǎn)物分布。當(dāng)前文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道多種熱解動(dòng)力學(xué)模型,評(píng)估其對不同煤種及熱解工藝的適應(yīng)性,厘清熱解動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)選擇的差異性,可為熱解工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)提供參考;研究熱解過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)之間的相互作用機(jī)制,對完善熱解反應(yīng)理論及動(dòng)力學(xué)模型具有重要意義。本文選取了三種低階煤作為樣本進(jìn)行研究,通過吡啶抽提實(shí)驗(yàn)、元素分析、工業(yè)分析以及~(13)C-NMR固體核磁實(shí)驗(yàn)確定了煤樣化學(xué)結(jié)構(gòu)基本組成,在此基礎(chǔ)上開展了熱重(TG)實(shí)驗(yàn)研究(升溫速率10-50),研究發(fā)現(xiàn)吐魯番褐煤脂碳占總碳原子百分比相對于其他兩種次煙煤高;對于三種煤樣羧基碳含量較少,除天池煤外,其余兩種煤樣則有較為明顯的羰基碳峰值。同時(shí)使用FWO模型、Friedman模型及KAS模型分析了三種低階煤樣TG脫揮發(fā)分動(dòng)力學(xué),評(píng)估了模型的適應(yīng)性發(fā)現(xiàn)等轉(zhuǎn)化率方法中FWO模型能夠較好地描述TGA數(shù)據(jù)。同時(shí)采用分布活化能模型預(yù)測了三種低階煤熱解反應(yīng)速率,根據(jù)等轉(zhuǎn)化率方法中得到的指前因子分布函數(shù),確定了適用于分布活化能模型中的不同煤種指前因子值,解決了以往分布活化能模型中指前因子選擇存在任意性的困難。進(jìn)而評(píng)估了反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)溫度指數(shù)、反應(yīng)階段數(shù)以及活化能分布函數(shù)類型的影響,發(fā)現(xiàn)雙高斯分布活化能n級(jí)反應(yīng)模型對于三種煤樣的TG曲線擬合最好。本文采用居里點(diǎn)裂解器(PY)對準(zhǔn)東煤進(jìn)行了快速熱解實(shí)驗(yàn)研究,升溫速率高達(dá)2000,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)最終的熱解溫度約為1200 K左右時(shí),顆粒的內(nèi)部熱量足以促進(jìn)各種反應(yīng),并且煤顆粒中的溫度梯度將降低。但溫度低于1100 K時(shí),由于煤顆粒局部發(fā)生熱解導(dǎo)致不穩(wěn)定橋,外圍結(jié)構(gòu)等化學(xué)組分產(chǎn)生的變化不同,因此失重隨粒徑變化出現(xiàn)一定差異。同時(shí)采用大分子網(wǎng)格模型對熱失重過程進(jìn)行預(yù)測,提出不穩(wěn)定橋競爭與協(xié)調(diào)熱解模型,很好的預(yù)測并解釋了高溫下非冷凝氣體與焦油釋放的不同步的現(xiàn)象,且能夠較好地預(yù)測準(zhǔn)東煤在PY快速裂解實(shí)驗(yàn)中的失重并揭示不同化學(xué)結(jié)構(gòu)隨溫度變化的反應(yīng)機(jī)理。實(shí)際工業(yè)中煤焦是熱解的主要產(chǎn)物之一,熱解過程對煤焦表觀形貌變化具有重要影響。本文自行設(shè)計(jì)流化床熱解裝置,并成功制備了煤焦顆粒,與快速PY裂解制備煤焦進(jìn)行了對比研究,發(fā)現(xiàn)流化床制備煤焦孔隙更為豐富;隨熱解溫度的增高,PY裂解條件下煤焦粒徑先減小后略微增加,而流化床熱解制備的煤焦粒徑減小;相較于原煤而言,兩種熱解條件下顆粒二維球形度均呈現(xiàn)出減小的趨勢。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ530.2
【圖文】：

物釋放機(jī)理還不完善。為了獲取煤在熱解過程中的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)氣體，焦油以及各個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的預(yù)測，滿足低階煤熱解分級(jí)煉制后續(xù)工藝對熱解單元產(chǎn)物分布的利用，本文依托國家自然科學(xué)基金 低階煤催化熱解流化床多組分顆粒分布及固體相微觀行為，對基于低階煤不同熱解工藝建立熱解模型進(jìn)行了分析研究，并對流化床熱解煤焦進(jìn)行了微觀表征，得到了熱解溫度對煤焦表觀形貌的影響機(jī)制。本文的主要研究內(nèi)容如圖 1-1 所示，首先對煤顆粒分別進(jìn)行熱重，PY 居里點(diǎn)裂解以及流化床熱解三種工藝，并且同時(shí)用元素分析，13C-NMR 和吡啶抽提得到了煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)；對于熱重法得到的失重曲線分別采用等轉(zhuǎn)化率模型和分布活化能模型擬合得到了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；對于 PY 裂解條件下得到的失重曲線，首先使用煤化學(xué)結(jié)構(gòu)作為輸入?yún)?shù)，得到了 Flashchain 模型中直鏈分子構(gòu)型，并進(jìn)一步改進(jìn)不穩(wěn)定橋反應(yīng)機(jī)理對煤快速熱解失重進(jìn)行預(yù)測,得到不同微觀結(jié)構(gòu)隨熱解溫度的變化情況；最后分別分析PY裂解條件下得到的煤焦與流化床熱解條件下制備的煤焦孔隙結(jié)構(gòu)與物理特征參數(shù)，比較兩種制焦方法的差異。

圖 2-1 煤樣吡啶抽提實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2-1 pyridine extraction experiment devi究驗(yàn)現(xiàn)煤樣在熱解過程中失重的實(shí)時(shí)檢測，且加能夠得到在中低速熱解條件下不同溫度段的可以滿足模型擬合法在熱解動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用系統(tǒng)為常壓熱重分析儀(德國耐馳，STA449在常溫下冷卻至室溫，將坩堝取出，稱取

（a）示意圖石英玻璃管電加熱質(zhì)量流量控制器氮?dú)馄咳肓峡跓犭娕伎刂崎y氣體出布風(fēng)板aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaa aaaaaaaa流化床壓閥制閥紗網(wǎng)

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10 段曉

本文編號(hào)：2779031