褐煤型煤低溫炭化產(chǎn)氣特性研究和低溫炭化爐研發(fā).pdf

1、我國褐煤、長焰煤和不黏煤等低階煤資源儲量巨大，其中褐煤資源儲量約占我國煤炭資源總量的13％。而褐煤含氧量高(15％～30％)，水分含量高（全水可達(dá)20％～60％），化學(xué)反應(yīng)性強，熱穩(wěn)定性差，存放在空氣中易風(fēng)化變質(zhì)，風(fēng)化變質(zhì)后的褐煤熱值較低，因此褐煤的有效利用成為近幾年煤化工發(fā)展領(lǐng)域的熱點。另一方面，隨著機械化綜采技術(shù)的推廣，塊煤產(chǎn)率僅15％～20％，塊煤供應(yīng)緊張，粉煤所占的比例越來越高，為解決塊煤供需矛盾，粉煤的提質(zhì)利用越來越關(guān)鍵。褐煤

2、提質(zhì)包括干燥脫水、成型和熱解。褐煤熱解產(chǎn)物有半焦、煤焦油和煤氣，這三種產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛、有較高的價值。針對目前缺少褐煤型煤產(chǎn)氣特性的相關(guān)研究，以及低溫炭化爐工藝中多以塊煤為原料，缺少處理粉煤的炭化技術(shù)。本課題開展了冷壓成型褐煤型煤熱解產(chǎn)氣特性研究，并探討了低階粉煤的低溫炭化爐燃燒室的結(jié)構(gòu)和溫度分布特性。論文的主要結(jié)論如下:
　　1.在相同的炭化終溫下，隨升溫速率的提高，褐煤型煤熱解煤氣產(chǎn)量呈增加趨勢，但增加幅度隨著熱解速率增大而由

3、大變小，同時最終收集的熱解煤氣總組分中H2、CH4、CO2和CO含量隨升溫速率的增加而降低，C2H4和C2H6的含量基本保持不變。在炭化終溫低于450℃時不同升溫速率對熱解氣體產(chǎn)量影響不大，在炭化終溫高于450℃時升溫速率越大，熱解氣產(chǎn)量越高，當(dāng)升溫速率為20℃/min時氣體產(chǎn)率最大。褐煤型煤低溫炭化產(chǎn)煤氣最優(yōu)條件為:氫氣氣氛，炭化終溫650℃，升溫速率20℃/min，恒溫時間30min，粒度1-2mm，載氣流量720ml/min。

4、r>　　2.在相同的升溫速率下，褐煤型煤炭化終溫越高，熱解氣產(chǎn)量越大，最終收集的熱解煤氣總組分中H2和CH4含量隨炭化終溫升高而增大，CO2的含量隨炭化終溫升高先增大后減小，而CO的含量逐漸緩慢增加;在相同的升溫速率下，C2H4和C2H6的含量隨炭化終溫的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在500～550℃范圍內(nèi)C2H4和C2H6的百分含量達(dá)到最大值，且C2H4含量大于C2H6含量。
　　3.在20℃/min的升溫速率和600℃的炭化終

5、溫不變的條件下，褐煤型煤熱解煤氣中H2和CH4含量隨停留時間延長先增大后減小，在停留時間為90min時，二者含量均達(dá)到最大值，繼續(xù)延長停留時間，含量開始下降;CO2和CO的含量隨停留時間延長而增加，在停留時間大于90min以后，CO2的含量增加幅度增大，CO的含量增加幅度減小;O2和N2的含量隨保留時間延長而降低;C2H4和C2H6的含量隨保留時間延長呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。
　　4.在20℃/min的升溫速率、600℃終溫及停留時間

6、30min不變的條件下熱解褐煤型煤，煤氣體積產(chǎn)率排序為:H2氣氛＞CO氣氛＞CH4氣氛＞CO2氣氛＞N2氣氛;與其它氣氛下熱解產(chǎn)物相比，在H2和CO氣氛下所得熱解氣中CH4的含量較高，在CO2氣氛下所得熱解氣中CO的含量較高，在CH4氣氛下所得熱解氣中H2的含量較高，在N2氣氛下所得熱解氣中CO2的含量較高。
　　5.保持20℃/min的升溫速率、600℃終溫及停留時間30min不變的情況下熱解褐煤型煤，在粒徑為1～2mm時熱解氣

7、產(chǎn)量最高，并且CH4和C2H6的百分含量達(dá)到最大值，之后隨著粒徑的增大而減少;H2和CO的百分含量隨著反應(yīng)粒徑的改變維持穩(wěn)定;CO2百分含量隨著粒徑的增大而降低。
　　6.在停留時間為60min的恒定條件下熱解褐煤型煤，熱解氣產(chǎn)量隨入爐溫度的提高逐漸增大。熱解氣體中H2的含量隨入爐溫度的升高而逐漸增大，在入爐溫度低于450℃時增加速率較大，在溫度為450～550℃范圍內(nèi)含量基本維持不變，溫度高于550℃時H2的生成速率迅速增大;C

8、O的含量隨入爐溫度的升高基本保持不變;CH4氣體在入爐溫度低于500℃前隨入爐溫度升高而含量增大，500℃時含量達(dá)到最大值，在550～650℃范圍內(nèi)其含量基本保持不變。
　　7.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。半焦的比表面積隨炭化終溫的升高逐漸減小，而平均孔徑和孔容呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;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

9、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。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。總的來看，在整個炭化過程中芳香單元及其取代烴(C-O、C-H)為主要存在形態(tài)。
　　8.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℃，大孔又會減少。溫度過高時，

10、半焦揮發(fā)分釋放完畢，生成的大孔所占比例減小。SEM觀察到的半焦表面形態(tài)的變化規(guī)律與BET測試結(jié)果基本吻合。
　　9.不同炭化終溫下褐煤型煤的激光拉曼光譜特征值中，半峰寬(FWHM)G約60cm-1。炭化褐煤型煤的G值比納米碳材料和熱解石墨的G值(15～23cm-1)都高。隨著炭化終溫的升高，ID/IG峰面積比逐漸增大，這表明了在炭化過程中，終溫越高，熱裂解的深度就越大，芳香結(jié)構(gòu)有序度不斷增加。
　　10.分別模擬計算了旋流式