微负压系统中煤快速催化热解半焦特性的研究.pdf

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1、第36卷第2期煤炭转化V01．36No．22013年4月COALC0NVERS10NApr．2O13微负压系统中煤快速催化热解半焦特性的研究常娜”徐德龙陈延信。甘艳萍摘要对煤催化热解产生半焦的收率、灰分含量、挥发分含量和结构等特性进行了分析，结果表明，催化剂的加入提高了煤炭的转化率，降低了半焦的产率，同时半焦的挥发分含量减小，固定碳和灰分含量提高．催化剂的加入降低了半焦收率，MnO促进了半焦的纵向和横向热缩聚，使半焦的结晶程度增大；CaO加入促进了半焦的纵向热缩聚而阻碍了横向热缩聚；Fe。O。和Ti02的加入阻碍了煤焦基本晶格单元纵向热缩聚．关键词微负压，快速热解，半焦中图分类号TQ426．

2、6，TQ530．21实验部分0引言1．1实验样品为了缓解石油紧缺现状，利用煤低温热解尽可实验所用煤样来自陕北，粒径为80m～能多地提取煤中的焦油，并对高附加值的副产品半105m．表1为煤的工业分析及元素分析．实验所焦和煤气进行综合利用，是大量低变质煤高效、环保用的催化剂均为分析纯，掺杂量为5．表1煤的工业分析及元素分析(％)利用的一条有效途径．半焦广泛地被用于高炉喷吹、Table1Proximateandultimateanalysisofcoal()铁合金、电石行业以及合成氨等领域，它可以用作民用燃料、电石和铁合金及炼铁高炉喷吹料、优质的气化用原料以及吸附材料．半焦灰分、挥发分含量和结构等

3、特性对其高效利用有着很重要的影响，因此半1．2实验仪器焦特性的研究对煤热解技术的发展利用具有重要意义．D-63半焦的特性与煤热解过程紧密相关．研究表煤快速热解的固定床反应工艺见图1．反应器明，煤热解过程有诸多影响因素，如反应温度、升温速率、反应压力、煤粉粒径和催化剂等，其中升温速率对煤热解历程、产物产率和结构等有重要影响，高升温速率条件下煤的热解过程会产生较多的挥发分，在较低的压力条件下煤的挥发分更易逸出，而催化剂的加入可以降低煤热解过程中的热解温度，提高热解转化率．因此本实验研究了微负压系统中催图1实验工艺流程Fig．1Diagramofexperimentalprocess化剂对粉煤快速

4、热解产物半焦特性的影响，对煤快1——Gasstoragebottle；2——Gasflowmeter；3——Temperature速催化热解产生的半焦灰分、挥发分含量和结构等controllingsystem：4——Resistancefurnace；5——Thermal特性进行了分析，以了解催化剂加入煤快速热解过insulationmaterials；6——Siliconcarbidebar；7——Quartz程对半焦特性的影响，旨在为煤低温快速热解工艺tube；8——Reactionmaterials；9——Condensor；的发展应用奠定理论基础．1O——Vacuumpump*西安建

5、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)教授、博士生导师3)博士、副教授；4)硕士生，西安建筑科技大学材料学院。710055西安收稿日期：2012—09—24；修回日期：2012-1卜27第2期常娜等微负压系统中煤快速催化热解半焦特性的研究选用石英管反应器，用真空泵保证整个系统处于微型电子云被破坏而失去了稳定性，使芳香环上C—C负压状态．该工艺的热解部分由石英管反应器和装键的断裂更容易发生，从而降低了裂解活化能，促进样品的筛网组成，筛网悬挂在石

6、英管顶部．实验时，热解过程中焦油的分解，导致气体产率增加．[7首先通入氮气作为保护气体，将反应器内温度升至FeO。的加入显著提高了焦油收率和气体收率，而650℃，通人N和H混合气，其中H占1；称取降低了半焦收率．气体的收率提高了3．59，焦油35g煤粉放人筛网、密封反应器，热解20min；热解收率提高了6．66，半焦收率减少了1O．25．这是反应生成的高温气体通入锥形瓶中的冷却水中冷却由于FeO。的催化效能来自其给出具有高空位数并从中分离出焦油，管路及石英管壁的焦油采用丙目的Fel-XS超顺磁(SPM)小颗粒的能力，当铁系酮洗涤分离．催化剂和H发生化学吸附时，生成的活性相Fel-XS有利于H

7、生成活性氢原子，煤的催化热解过程1．3产品表征中，煤中的键断裂生成分子量较小的游离基，这些游实验采用日本理学公司生产的D／Max2000型离基先与所生成的活性氢原子反应稳定下来后再进X射线衍射仪(Cu—Ka射线)对热解生成半焦进行X行裂解，抑制游离基之间发生缩聚反应而重新生成射线衍射分析，Cu-Ka辐射，RS(接受狭缝)0．3mm，难以分解的大分子化合物，从而生成分子量更小的DS(发散狭缝)1。，SS(防散射