微负压系统中不同粒径煤粉热解半焦特性研究.pdf

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1、第37卷第1期煤炭转化Vo1．37N0．12014年1月C0ALC0NVERS10NJan．2014微负压系统中不同粒径煤粉热解半焦特性研究*常娜D陈延信甘艳萍。摘要为了研究煤粉粒径对煤快速热解半焦特性的影响，对微负压系统中煤快速热解产生半焦的收率、灰分、挥发分含量和结构等特性进行了分析．结果表明，随着粒径增加，煤粉热解的活化能逐渐增加，低温区大粒径煤粉热解挥发分逸出量高于小粒径煤粉逸出量．热解半焦收率随着煤粉粒径减小逐渐增加，挥发分中焦油收率却随着煤粉粒径的减小而增加．小粒径煤热解生成的半焦结晶程度较低，边缘碳原子和其他缺陷较多，半焦炭层结构

2、较不致密．极小颗粒中矿物质含量较高导致煤粉粒径越小，所得半焦的灰分含量越高，大粒径煤粉由于在低温区间失重速率快，挥发分逸出量大而导致半焦中残余的挥发分含量较低．关键词微负压，煤，快速热解，半焦，粒径中图分类号TQ426．6及元素分析．0引言表1煤的工业分析及元素分析利用煤低温热解尽可能多地提取煤中的焦油，Table1Proximateandultimateanalysisofcoal并对高附加值的副产品半焦和煤气进行综合利用，Proximateanalysisw／％，adUltimateanalysisw／％，adMVAFCHC0NS是大量低变

3、质煤高效、环保利用的一条有效途径．半6．7531．595．4156．255．0573．617．5O1．470．21焦广泛地被用于高炉喷吹、铁合金、电石行业以及合成氨等领域，可以作为民用燃料，电石、铁合金、炼铁1．2实验仪器高炉喷吹料、优质的气化用原料以及吸附材料．半焦煤快速热解的固定床反应工艺见第66页图1．灰分、挥发分含量和结构等特性对其高效利用有着反应器选用石英管反应器，用真空泵保证整个系统很重要的影响，因此，半焦特性的研究对煤热解技术处于微负压状态．实验时，通入N。混合气，当石英管的发展利用具有重要意义．[1半焦的特性与煤热解恒温区内温度

4、达到为550℃时，再将煤粉放入筛网过程紧密相关．研究表明，升温速率对煤热解历程、(目的在于在本装置上达到最大的升温速率)，密封产物产率和结构等有重要影响，高的升温速率下煤反应器，恒温20min后停止加热．热解反应生成的热解过程会产生的较多挥发分，较低的反应压力下高温气体通入锥形瓶中的水中冷却并从中分离出焦煤的挥发分更易逸出，粒径不同的煤粉在热解过程油，管路及石英管壁的焦油采用丙酮洗涤分离．停止中挥发分逸出阻力不同，挥发分逸出速率影响煤焦加热后继续通人氮气对筛网内热解半焦进行冷却，的微观结构．因此，本文研究了微负压系统中煤粉粒直至反应器内温度降至

5、室温．径对粉煤快速热解产物半焦特性的影响．对煤快速1．3产品表征热解产生的半焦灰分、挥发分含量和结构等特性进采用Et本理学公司生产的D／Max2000型x射行了分析，以期了解不同粒径的煤粉在快速热解过线衍射仪(Cu．Ka射线)对热解生成半焦进行x射程对半焦特性的影响，旨在为煤低温快速热解工艺线衍射分析，Cu。KCt辐射，RS(接受狭缝)0．3mm，的发展应用奠定理论基础．DS(发散狭缝)r，Ss(防散射狭缝)1，步进为0．02。，1实验部分扫描速度10。／min，工作电压为40kV，工作电流为1．1实验样品40mA；采用长沙三德实业有限公司生产

6、的实验所用煤为陕北烟煤，表1为煤的工业分析SDTGA5o00型工业分析仪对煤热解生成的半焦进*西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验室(筹)开放基金资助项目(10KF05)．1)博士后、讲师，西安建筑科技大学材料科学与工程博士后科研流动站，西安建筑科技大学材料学院，710055西安；2)博士、副教授；3)硕士生，西安建筑科技大学材料学院，710055西安收稿日期：2012-12．31；修回El期：2013-04．22煤炭转化2014拄行工业分析；热重分析仪采用瑞士MettlerToledo粉的挥发分逸出速率高于大粒径煤粉的逸出速公司生产的TG

7、A1热重分析仪．实验中升温速率为率．[8,93将煤热解过程近似看成一级反应，运用50K／min，气氛为N2，N2流量为80mL／min，实验Coats,Redfern积分法求解煤热解动力学参数，热温度为50℃～1000℃．解的化学反应速率方程可简化为[10,11]：ln一一E了1AR(1)式中：口为升温速率，50K／min；a定义为热解转化率，如公式(2)所示：d一(Wo—W)／(W。一W)(2)式中：W。，W和W分别代表反应开始前、反应t时刻和反应结束时样品的重量．对于正确的反应机制，公式(1)的左边与1／丁必然是一条直线，直线的斜率为一E／

8、R，由此可以求得反应的活化能，进而求得指前因子(见表2)．由表2可知，随着粒径增图1实验工艺流程表2不同粒径煤粉热解反应动力学参数Fig．1Diagr