低阶煤热解工艺优化及反应历程研究

摘要

煤热解是煤分级炼制的基本单元，传统热解工艺所得焦油中重质组分含量较高，容易引起分离单元阻塞以及增加焦油加氢精制过程中氢气的消耗。本文以低阶煤提质过程中，提高热解焦油收率并改善焦油的品质为研究目的。在固定床及旋转床反应器中考察了升温历程对低阶煤热解的影响。以热载体工艺为基础，选用对挥发分有裂解作用的热载体，可以改善焦油的品质。在煤热解反应过程中引入外部氢源，可以实现焦油收率及品质的提高。具体研究内容及结果如下：
　　1）在固定床反应器上考察了热解温度、热解时间及升温历程对神东煤热解产物分布及组成的影响。最佳热解温度为600 ℃；当热解终温为600 ℃时，煤在反应器中经10 min达到600 ℃，焦油收率为5.11％，热解时间为30 min时焦油收率为5.93%，说明热解焦油中的很大一部分是在升温过程中产生的；升温速率的提高，增加了煤的转化率，热解焦油收率提高，但焦油品质变差，正己烷可溶物占焦油及煤的百分比均减少。
　　2）由于不同反应器中煤的升温历程及挥发分的二次反应程度不同，本文研究了固定床与旋转床反应器对神东煤热解产物分布及组成的影响。神东煤在旋转床反应器中的升温速率快于固定床反应器，热解温度为500及600 ℃时，旋转床热解焦油收率较固定床分别增加了1.12及1.31个百分点，此时挥发分以缩聚反应为主，焦油中重质组分（正己烷不溶物）较固定床热解分别增加了15.17及24.80个百分点。热解温度为700及800 ℃时，旋转床热解焦油收率较固定床分别减少了2.09及2.60个百分点，此时挥发分以热裂解反应为主，气体产率较固定床分别增加了6.24及10.00个百分点。
　　3）旋转床固体热载体热解中，石英砂仅有蓄热传热作用，故热解焦油收率最高，为8.44%，但焦油品质最差。橄榄石及半焦热载体热解焦油收率分别为7.30及7.01%，神东煤单独热解焦油收率为7.24%，热解焦油产率相差不大，橄榄石及半焦热载体热解焦油中正己烷可溶物的量较神东煤单独热解分别提高了27.16及20.69个百分点。橄榄石中含有对挥发分有裂解作用的Fe2O3，并且橄榄石表面上Fe、Ca、K的含量高于半焦，使得其对挥发分的裂解作用强于半焦。
　　4）在固定床反应器中考察了气氛对呼伦贝尔褐煤热解产物分布及组成的影响。相比氮气气氛，呼伦贝尔褐煤在氢气及合成气气氛下热解，增加了褐煤的转化率，降低了半焦产率，提高了焦油产率及焦油品质，热解气中有较高的甲烷含量。氢气及合成气气氛在热解过程中有一定程度的供氢作用。

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符号说明

第一章 课题背景及文献综述

1.1前言

1.2低阶煤的热解

1.3 热解机理

1.4课题研究目的和内容

第二章实验部分

2.1实验原料

2.2热载体的选取

2.3实验主要仪器与方法

2.4热解产物的分析

第三章 煤在固定床反应器中的热解研究

3.1热解温度对煤热解的影响

3.2热解时间对煤热解的影响

3.3升温历程对煤热解的影响

3.4本章小结

第四章 煤在旋转床反应器中的热解研究

4.1反应器类型对煤热解的影响

4.2固体热载体热解

4.3对半焦及橄榄石裂解作用的分析

4.4本章小结

第五章 煤在富氢气氛下的热解研究

5.1气氛对褐煤热解的影响

5.2不同种褐煤在富氢气氛下的热解

5.3产物中氢的变化量

5.4富氢气氛下矿物质对煤热解的影响

5.5本章小结

第六章 总结

6.1结论

6.2不足与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文