褐煤型煤炭化產(chǎn)焦油特性研究和高效采油低溫炭化爐的研制.pdf

1、我國褐煤、長焰煤和不黏煤等低階煤資源儲量巨大，已探明儲量5610億噸以上，其中褐煤資源探明儲量為1300多億噸。利用這些豐富的低階煤制取汽柴油補充燃料的轉(zhuǎn)化技術備受矚目。低溫炭化技術作為低階煤清潔高效和科學分級利用的核心技術，尤其是高效采油低溫炭化技術，已經(jīng)得到國內(nèi)外廣泛關注。面對我國豐富的褐煤資源和現(xiàn)代化機械采煤的高粉煤率，褐煤粉煤成型和低溫炭化技術成為潔凈煤技術領域攻關的熱點之一。本文以內(nèi)蒙褐煤型煤為原料，利用本課題組開發(fā)設計的葫蘆

2、形炭化反應裝置對其進行了低溫炭化產(chǎn)油特性、熱解反應動力學和不同炭化終溫下褐煤型煤/焦特性進行了研究。經(jīng)研究獲得的的主要結(jié)果和結(jié)論如下。
　　1、炭化終溫、升溫速率、入爐溫度和反應氣氛對褐煤型煤炭化產(chǎn)油特性有明顯影響。隨著炭化終溫的升高，焦油收率先急劇增加后趨于平緩，終溫高于650℃時，焦油收率保持在9％左右。隨著升溫速率的增大，焦油收率先緩慢上升后趨于平緩穩(wěn)定。隨著恒溫時間的延長，焦油收率先增加，由于部分焦油發(fā)生二次裂解，后保持緩

3、慢降低。相同溫度時，入爐溫度較炭化終溫下焦油收率高，尤其溫度高于500℃時，前者煤受的熱沖擊較大，化學鍵易斷裂形成自由基和煤焦油小分子。褐煤型煤在氫氣氣氛下炭化焦油收率最高，比氮氣氣氛下高約26％。焦油收率隨H2流量的增大先增加后略微降低并趨于平緩，最高可達12.58％。褐煤型煤低溫炭化產(chǎn)焦油最優(yōu)條件為:氫氣氣氛，炭化終溫600℃，升溫速率20℃/min，恒溫時間30min，粒度10～30mm，載氣流量720ml/min。
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4、、褐煤型煤受熱失重曲線和失重速率曲線隨升溫速率的提高向高溫區(qū)移動，且失重速率峰值(dw/dt) max也增大。褐煤型煤熱解過程可分為四個階段，依次為脫水、脫氣、煤熱解和半焦收縮固化階段，各階段可用一級動力學方程描述，即ln（-ln(1-α)）=ln（AE*φR）-5.314-0.1278E/T。在5～20℃/min升溫速率下，褐煤型煤低溫熱解各階段的活化能E變化較小，但是在同一升溫速率下，各階段的活化能差異較大，四個階段的活化能E由小到

5、大依次為:脫氣＜脫水＜半焦收縮固化＜煤熱解。
　　3、隨著炭化終溫的升高，褐煤型煤大分子結(jié)構(gòu)逐漸裂解，并析出揮發(fā)分，生成焦油和煤氣，使得半焦揮發(fā)分不斷降低，而固定碳和灰分的含量不斷增加。碳和氫含量隨終溫的升高呈明顯的增加趨勢，氧含量變化趨勢剛好相反，氮和硫含量相比較而言變化較小。褐煤型煤的炭化過程是一個富碳、脫氫、脫氧的過程。
　　4、褐煤型煤炭化過程中脫除了部分脂肪烴側(cè)鏈和脂肪醚鍵等部分含氧官能團。與原煤相比，半焦中的含氧

6、官能團含量略有降低;由于在炭化過程脫除了大量的鏈烷烴和帶側(cè)鏈的芳烴，半焦中亞甲基的峰較弱。
　　5、隨炭化終溫的升高，半焦的XRD譜圖中002衍射峰的強度逐漸增強，且峰形趨于尖銳，而100衍射峰的強度略增加。隨炭化終溫的升高，煤的芳香片層在空間排列的越規(guī)則，有序度增加，且芳香微晶結(jié)構(gòu)尺寸略微增大。
　　6、不同炭化終溫下褐煤型煤的吸附-脫附等溫線屬于典型的第Ⅱ類吸附等溫線。半焦的比表面積隨終溫的升高逐漸減少，而平均孔徑和孔容

7、呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。炭化過程中生成的焦油堵塞煤/焦空隙結(jié)構(gòu)，使得比表面積逐漸減少，而炭化過程揮發(fā)分的釋放產(chǎn)生了一定的空隙，同時伴隨著微孔擴大或孔之間的交聯(lián)合并等作用，使得平均孔徑和孔容增大，當終溫高于550℃，半焦發(fā)生縮聚反應，芳香碳層更趨向于有序化，使得平均孔徑和孔容又減小。
　　7、褐煤型煤在炭化過程中半焦表面隨終溫的升高由不明顯的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展成為多孔道和大孔徑結(jié)構(gòu)，若溫度高于550℃，很多大孔又會消失。SEM觀察到的

8、半焦表面形態(tài)的變化規(guī)律與BET測試結(jié)果基本吻合。
　　8、不同炭化終溫下褐煤型煤表面的碳主要有C-C和C-H、C-O、C=O及COO-四種賦存形態(tài)，其中C-C和C-H所占比重最大。C-C和C-H隨著終溫的升高有明顯的增加趨勢，而C-O、C=O和COO-有下降的趨勢，其中在650℃炭化終溫下生成的半焦表面的C-C和C-H基團比褐煤型煤的C-C和C-H基團相對含量增加了65％，C-O、C=O和COO-基團相對含量則分別降低了55.57

9、％、71.85％和57.17％。氧在型煤表面存在著四種形態(tài)，由于酚羥基氧上的孤對電子能與芳環(huán)共軛形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使得酚羥基和醚氧鍵所占比例最大。
　　9、基于熱解荒煤氣快速導出的思路，開發(fā)了一種新型導氣組合結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的導氣墻及具有該墻結(jié)構(gòu)的高效采油低溫炭化爐，最大的特點就是在炭化室中間設置有若干荒煤氣快速導出通道的導氣墻或相似結(jié)構(gòu)的收集器，以解決粉煤炭化過程中氣態(tài)產(chǎn)物導出行程較長，停留時間長，二次裂解嚴重等問題，并提高了焦油的