低阶煤低温干馏的试验研究

摘要

陕北地区储藏着包括褐煤、长焰煤、不粘煤等低阶煤资源，储量丰富，年生产率大。该地区的煤资源具有高化学活性、高挥发分、高发热量和低粘结性，即所谓“三高一低”的特性，但又因其含碳量较低、水分含量较高、较易粉化，导致对其直接开发与利用受到一定的局限性。现今以高效热解（低温干馏）为先导，提取煤中的油气资源，提高半焦的碳含量。随着能源消耗不断的增加和国内优质煤资源不断的减少，寻求一种切实有效的低阶煤转化手段，将会是研究未来能源需求方向的重要课题。
　　通过阅读和查阅大量文献和资料，对煤的低温干馏基础理论和其发展史有一定的了解，并着手完成试验研究。归纳分析得出干馏温度、保温时间、升温速率和煤的粒径等是低阶煤低温干馏过程中的主要影响因素。试验所使用的是平均粒径小于0.2mm的府谷长焰煤，前期用马弗炉研究干馏温度、保温时间和升温速率对煤加热失重的影响变化规律，并分析所得半焦成分，发现干馏温度比保温时间和升温速率对煤失重的影响更加显著，总结得出低温干馏适宜的条件，即干馏温度:500℃～650℃，升温速率:10℃～15℃，保温时间:30～40min，得出低阶煤的中低温干馏主要为脱氧、富碳、芳香度增加的复杂物理化学过程，这些试验分析所得数据为后期中试试验提供一定的指导和借鉴。
　　针对于低阶煤的粒径很小，一般干馏炉很难适用，为寻求一种干馏方式满足中试试验要求，故本实验提出用高温钾热管换热器作为传热元件，根据中试试验规模，设计完成高温热管换热器，换热器共9排，为4×5×4×5×4×5×4形式，蒸发段带翅片，冷凝段不带翅片的形式，主要原因是高温热管能够实现加热源与煤不接触，能够产出纯净度更高的煤气;其次，高温热管传热效率较高，能够快速连续不断的将热量传递给煤;最后，该煤种粘结性低，粉煤较易流动，完成高温热管干馏炉的搭建工作。通过测试热管换热器的启动特性、等温特性和传热特性，发现其能够在不同功率下起动，管壁温差略偏高，在整个试验过程中能稳定运行。后期对干馏炉进行了整个系统的检测和初步调试试验，完成初定试验，选定干馏温度为500℃～550℃，随保温时间的延长，半焦成分变化较大，而气体成分变化较小;当保温时间为90min时，半焦产率约为120kg/h，与府谷工业半焦成分接近，气体产率大于20m3/h，气体焦油含量为5.35 g/m3。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 全球及我国能源消费结构

1．2 我国煤炭资源概况

1．2．1 我国煤炭的分布及分类

1．2．2 低阶煤资源的概况

1．3 低阶煤利用方式的发展趋势

1．3．1 国外低阶煤利用发展趋势

1．3．2 国内低阶煤利用发展趋势

1．3．3 低阶煤低温干馏研究现状

1．4 本文的研究工作

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容与方法

第二章 低阶煤干馏基础理论

2．1 低阶煤的干馏

2．1．1 低阶煤在加热过程中的变化特征

2．1．2 低阶煤低温干馏的特点与分类

2．1．3 低阶煤低温干馏产品

2．2 低阶煤干馏的影响因素

2．3 本章小结

第三章 低阶煤低温干馏失重研究

3．1 试验室低温干馏试验

3．1．1 试验仪器及原料

3．1．2 试验步骤

3．1．3 试验方案

3．2 试验结果与讨论

3．2．1 煤干馏失重试验研究

3．2．2 干馏温度与保温时间对半焦成分的影响

3．2．3 干馏条件对半焦性质的影响

3．3 本章小结

第四章 高温热管干馏炉概况及其试验研究

4．1 高温热管干馏炉简介

4．1．1 高温热管的基础理论及发展趋势

4．1．2 高温热管换热器理论设计

4．1．3 高温热管干馏炉的搭建

4．2 高温热管的试验研究

4．2．1 单根钾热管试验研究

4．2．2 起动特性试验及结果分析

4．2．3 等温特性试验及结果分析

4．2．4 传热特性结果分析

4．3 本章小结

第五章 低阶煤低温干馏试验及结果分析

5．1 试验部分

5．1．1 烘炉试验

5．1．2 试验系统的调试与试验操作步骤

5．2 保温时间对干馏产物的影响

5．2．1 保温时间对半焦成分特性的影响

5．2．2 保温时间对煤气成分的影响

5．2．3 保温时间对焦油含量的影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文及其它科研成果