煤炭在世界能源體系中占據(jù)著重要的地位,約提供了全球所需能源的27%。隨著科技、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的多方面需求,煤轉(zhuǎn)化和高效清潔利用逐漸地替代了傳統(tǒng)的煤炭利用方法。煤熱解是煤燃燒、氣化、液化等熱加工過(guò)程的初始和伴隨反應(yīng),因此煤熱解的研究對(duì)于煤的高效和清潔利用有著極其重要的作用,煤熱解和結(jié)焦的機(jī)理研究一直以來(lái)都是煤熱解研究的主要內(nèi)容。焦化是典型的高能耗重污染工業(yè),低耗清潔也是近年來(lái)焦化行業(yè)發(fā)展的方向。本文以煤高溫?zé)峤獾牡湫凸I(yè)應(yīng)用—一焦化工藝為背景,從微觀機(jī)理和宏觀過(guò)程,對(duì)煤熱解焦化機(jī)理、加氫脫硫機(jī)理及應(yīng)用潛力開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。煉焦煤是焦化生產(chǎn)的核心原料,首先針對(duì)華北地區(qū)典型的不同煤階煉焦煤,獲得了煤工業(yè)分析和元素分析,分別采用熱重和傅里葉變換紅外光譜實(shí)驗(yàn),獲取了熱解特性、熱解過(guò)程中紅外結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化及官能團(tuán)的改變。結(jié)果表明：隨著煤階的升高,熱解特征溫度升高,芳碳率和芳?xì)渎食尸F(xiàn)增大的趨勢(shì)；芳碳率、芳?xì)渎屎虷/C、VM之間存在較好的指數(shù)關(guān)系；不同煤種產(chǎn)生的半焦及焦炭的紅外吸收峰的變化規(guī)律基本相同；隨著溫度的升高,煤／焦紅外光譜吸收峰數(shù)量和強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),芳?xì)涞谋壤饾u變大。考慮煤中官能團(tuán)的存在形...

【文章頁(yè)數(shù)】：153 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 煤熱解概述
        2.1.1 煤熱解過(guò)程
        2.1.2 煤熱解動(dòng)力學(xué)模型
        2.1.3 基于結(jié)構(gòu)的煤熱解網(wǎng)絡(luò)模型
    2.2 煤結(jié)構(gòu)及其在熱解過(guò)程的變化
        2.2.1 煤化學(xué)結(jié)構(gòu)
        2.2.2 熱解過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化
        2.2.3 煤模型化合物
    2.3 煤加氫熱解的研究現(xiàn)狀
    2.4 焦?fàn)t工藝的發(fā)展及數(shù)學(xué)模型
        2.4.1 焦?fàn)t工藝的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀
        2.4.2 現(xiàn)代蓄熱式焦?fàn)t結(jié)構(gòu)
        2.4.3 焦?fàn)t炭化室數(shù)學(xué)模型
    2.5 分子動(dòng)力學(xué)方法在煤熱解的應(yīng)用
        2.5.1 分子動(dòng)力學(xué)
        2.5.2 反應(yīng)力場(chǎng)ReaxFF
    2.6 本文研究?jī)?nèi)容
3 煉焦煤煤質(zhì)與結(jié)構(gòu)參數(shù)分析
    3.1 煤的工業(yè)分析及元素分析
    3.2 煤的熱重分析
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        3.2.3 與網(wǎng)絡(luò)熱解模型模擬結(jié)果的對(duì)比
    3.3 煤與結(jié)焦物的紅外光譜分析
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量
        3.3.2 結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
4 ReaxFF-MD應(yīng)用在煤熱解模擬的適用性驗(yàn)證
    4.1 煤模型化合物的選擇
    4.2 建模與ReaxFF-MD模擬
    4.3 含氧模型化合物熱解結(jié)果與分析
    4.4 含氮模型化合物熱解結(jié)果與分析
    4.5 含硫模型化合物熱解結(jié)果與分析
    4.6 本章小結(jié)
5 煤分子熱解過(guò)程的模擬
    5.1 Wiser模型的熱解模擬
        5.1.1 Wiser模型的構(gòu)建及密度評(píng)價(jià)
        5.1.2 結(jié)果分析
        5.1.3 熱解產(chǎn)物生成過(guò)程
    5.2 煤中的小分子化合物的熱解模擬
        5.2.1 小分子化合物的選擇
        5.2.2 熱解產(chǎn)物
    5.3 柳林焦煤和兗州氣煤的熱解分析
        5.3.1 結(jié)構(gòu)模型與反應(yīng)體系
        5.3.2 結(jié)果分析
        5.3.3 結(jié)焦機(jī)理分析
    5.4 煤熱解氣體中氧氮硫的遷移規(guī)律
    5.5 本章小結(jié)
6 煤加氫脫硫過(guò)程的模擬
    6.1 煤氫反應(yīng)體系的構(gòu)建
    6.2 煤加氫熱解結(jié)果與分析
        6.2.1 熱解產(chǎn)物
        6.2.2 脫硫效果及溫度影響
        6.2.3 分子初始斷裂位置
    6.3 加氫脫硫機(jī)理分析
    6.4 加焦?fàn)t煤氣的熱解脫硫分析
    6.5 本章小結(jié)
7 焦?fàn)t氣體析出、流動(dòng)與傳熱過(guò)程的模擬
    7.1 物理模型
    7.2 數(shù)學(xué)模型
        7.2.1 流動(dòng)傳熱傳質(zhì)控制方程組
        7.2.2 熱解氣反應(yīng)析出模型
        7.2.3 初始條件和邊界條件
    7.3 結(jié)果分析
    7.4 焦?fàn)t炭化室加氫脫硫的淺析
    7.5 本章小結(jié)
8 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號(hào)：3799954