固體熱載體低階煤熱解催化作用機制研究.pdf

1、中低階煤在我國煤炭儲量中占一半以上，具有揮發(fā)分含量高、水含量高和發(fā)熱量低等特點。通過熱解轉(zhuǎn)化可得到提質(zhì)半焦，熱解氣和煤焦油（高附加值化學(xué)品），實現(xiàn)低階煤分級煉制與清潔轉(zhuǎn)化。為提高熱解焦油收率、改善焦油品質(zhì)，方法有：一是要強化煤熱解初期的分解程度，盡可能多的產(chǎn)生小分子，充分利用煤顆粒自身和環(huán)境中的氫及小分子自由基片段；二是要對熱解初次產(chǎn)物（焦油前驅(qū)體）的二次反應(yīng)進行調(diào)控，實現(xiàn)溫和條件下焦油中某一類組分的富集轉(zhuǎn)化。當(dāng)前，采用半焦熱載體的煤熱

2、解提質(zhì)技術(shù)，可回收產(chǎn)物半焦部分顯熱，提高系統(tǒng)熱效率；熱解過程釋放的揮發(fā)分可經(jīng)半焦裂解，焦油輕質(zhì)組分含量增加。
　　本文在課題組前期研究基礎(chǔ)上，主要采用固定床反應(yīng)器考察陶瓷球、橄欖石、石英砂、半焦熱載體對呼倫貝爾褐煤和神東長焰煤熱解的影響。結(jié)合焦油輕質(zhì)組分測定結(jié)果，分析揮發(fā)分在不同熱載體作用下的裂解轉(zhuǎn)化；在神東煤熱解中引入神東煤直接液化殘渣，研究兩者共熱解相互作用；考察共熱解焦為固體熱載體類工業(yè)條件的循環(huán)穩(wěn)定性，分析產(chǎn)物組成及半焦粒

3、度變化；對于半焦熱載體神東煤熱解的作用機制，結(jié)合焦油組成及反應(yīng)前后熱載體半焦物化性質(zhì)改變，分析溫度對半焦熱載體裂解揮發(fā)分的影響。主要結(jié)果如下：
　　1.不同熱載體褐煤熱解實驗表明，陶瓷球作用下褐煤揮發(fā)分深度裂解，伴隨熱解水生成。以褐煤半焦為固體熱載體時，揮發(fā)分與半焦作用，焦油輕質(zhì)組分增加，熱解氣中H2和CO2不同程度的提高。熱重分析表明，褐煤半焦熱載體表面沉積的碳物種可促進其在更高溫度下的熱解。
　　2.驗證了焦油回收過程-

4、先用四氫呋喃洗滌，旋蒸除去溶劑和熱解水，再用正己烷萃取得到輕質(zhì)組分方法的可靠性。對不同熱載體作用下神東煤焦油輕質(zhì)組分進行GC-MS測定，依據(jù)物質(zhì)定性結(jié)果劃分為四類組分；結(jié)合相對含量變化結(jié)果，認(rèn)為焦油中的酚類會向芳烴結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。
　　3.考察了共熱解焦固體熱載體的神東煤與液化殘渣共熱解相互作用，與石英砂熱載體相比，共熱解焦對揮發(fā)分有裂解作用；與共熱解理論計算值相比，共熱解過程中產(chǎn)生正協(xié)同作用（ΔY>0）。共熱解焦固體熱載體的10次循環(huán)

5、共熱解實驗表明，經(jīng)過一定次數(shù)循環(huán)后，半焦黏結(jié)團聚與新生成半焦補充存在的抵消作用，共熱解焦熱固體載體粒徑分布趨于穩(wěn)定。
　　4.改變半焦熱載體初始溫度得到神東煤熱解焦油收率變化，是由熱載體與反應(yīng)物料的溫差引起的瞬時加熱速率差異，煤的熱解深度、焦油前驅(qū)體物種的裂解、揮發(fā)分與熱載體半焦作用等因素綜合影響的結(jié)果。
　　5.煤熱解揮發(fā)分受到熱載體半焦催化裂解和高溫?zé)崃呀夤餐饔?，前者在較低溫度范圍內(nèi)明顯，后者在高溫范圍內(nèi)明顯。高溫不利