煤液化残渣的热解特性研究

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1、煤液化残渣的热解特性研究摘　要:以N2为载气,流速为20mL/min,升温速率分别为15,30,45和60℃/min,终温1200℃的条件下,用TGA/SDTA851热失重分析仪进行了煤液化残渣的热解特性试验研究.实验得到了神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线,表明煤液化残渣的热解是分两步进行的.在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重;高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程.低温段的热解是主要的,它基本上热解掉了神华煤液化残渣重量的30%～40%.神华煤液化残渣挥发分含量很高且具有集中析出的特性,在240～370℃

2、区间内可挥发物质迅速热解完毕.其在高温段的热解产率很小,只有总重量的10%～13%.随着升温速率的增加,低温段和高温段热解的区分更加明显,且使神华煤液化残渣的热解产率提高.此外,还给出了不同升温速率下的神华煤液化残渣热解特性数据和化学反应动力学参数。　我国化石燃料总资源约4116万亿t,其中煤炭就占9516%,对我国国民经济的发展起着极其重要的作用.但煤炭的开采和利用也给生态环境造成了极大的破坏,其中最突出的就是土地塌陷和燃煤污染,后者包括大量的烟尘、CO,CO2,SOx,NOx和灰渣等的排放.煤通过加氢和加氢裂解反应可以脱除绝大部分杂

3、原子,转化成外观类似石油的煤液体.由煤液体经气相加氢可以得到洁净的和高热值的燃料油,经分离可以得到多种重要的化工产品.因此,煤液化是提高煤炭资源利用率和减轻燃煤污染的有效途径之一[1].在煤液化工艺过程中,煤液化后得到的混合物分为气体和残渣.通过观察H-coal法所得残渣的显微照片,发现最多的残留物组分是一种多来源的亚微粒状物质,其中10%为有机物,余者可认为是细分散的黏土颗粒.另外一种主要的残留物组分则是半焦,来自于煤液化过程中发生的脱氢缩合反应.对残渣进行岩相分析发现,有机体主要包含有液化原煤中未反应的镜质组和壳质组以及大部分的丝质

4、组、半丝质组和碎片体煤岩以及氢化产物重新聚合的半焦[2].　　煤液化残渣有时占原煤总量的30%,其中碳、硫和无机物含量较高[3].如此多的残渣量对液化过程的热效率和经济性所产生的影响是不可低估的.煤液化残渣的热解特性对煤液化残渣的燃烧和气化等有着重要的影响,深入研究煤液化残渣的热解过程对煤液化残渣的有效利用十分重要.1　试验部分(1)试验样品的制备　试验原料为取自神华集团的神华煤液化残渣.取样品300g在烘箱中进行干燥(因为液化残渣在超过180℃容易软化,所以烘干温度不能超过180℃,在本实验中样品在105℃下恒温2～3h),干燥后进行

5、粉碎处理,粉碎到粒径大约200目后取样试验,分析结果中Vad,Aad,FCad分别为44176%,17155%,37169%;Cad,Had,Oad,Nad,Sad(质量百分含量)分别为75146%,4164%,4157%,1105%,2195%;Qnet,ad为321476MJ/kg.可以看出,神华煤液化残渣的水分几乎为0,干燥无灰基挥发分大于40%,灰分大于17%,发热量也比较高.(2)TGA试验仪器和实验参数　用电子天平称取样品5mg,放入热重分析仪进行热解试验.试验采用瑞士的TGA/SDTA851热失重分析仪包括气路系统、重量传

6、感器、热电偶、样品盘以及数据采集与分析图1　热失重分析仪Fig11　Sketchofthethermogravimetry系统(图1).其基本原理是:样品放在样品盘中,样品的近上方为热电偶(样品不能与热电偶接触),样品盘挂在重量传感器上随时传输样品盘中样品重量.试验条件:升温速率分别为15,30,45和60℃/min;氮气流速为20mL/min;初始温度室温,终态温度为1200℃;终温处保留时间为10min.2　试验结果及分析图2　不同升温速率下的热解TG和DTG曲线Fig12　TGandDTGcurvesofShenhuacoalli

7、quefactionresidual(1)热重分析　由图2可以看出,神华煤液化残渣不同升温速率的TG曲线很相似,在样品开始分解之前都有一个非常明显的增重阶段,大概要持续到90℃左右才能够达到稳定,这可能是因为热重分析仪内气氛温度升高、压力增大所致.随着升温速率的提高挥发分初析温度变化不大,低温段和高温段各分解053第3期周俊虎等:神华煤液化残渣的热解特性研究的中止温度也基本稳定.随着升温速率的增大,在达到每个阶段分解结束之前,神华煤液化残渣的失重逐渐增加,这说明升温速率的增大有利于煤液化残渣的热解,并使热解更加完全.另外,每条曲线都有两

8、个明显的下降阶段,说明煤液化残渣的热解是分两步进行的.在低温段的热解主要是神华煤液化残渣中的高沸点油;而在高温段则主要是一些有机质、大分子化合物的热解过程.在700℃时DTG曲线上有一个失重台阶,这是可能由