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煤炭热解特性研究及产物分析

发布日期: 2020-03-26

来源: www.qdf0605.com

  • 资料大小: 0.25MB
  • 资料类别: 化工论文
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  • 更新时间: 2020-03-26
  • 发布者: 清道夫环保网

基本简介

煤炭热解特性研究及产物分析

550℃800℃区间内随着煤热解温度升高煤气与焦油的产率增加半焦产率下降其中煤气产率增幅较大但产率较低焦油产率增幅较小,但直呈现出增加趋势证明并未发生焦油二次裂解反应。

H2CO含量均随煤热解温度的升高而增加,H2增加幅度大,CO增加幅度较小;CH4的含量随热解温度的升高而下降;CO2含量较小,随热解温度升高变化不大;C2~C6的含量随热解温度的升高而下降。

随热解温度升高煤气热值持续下降这是因为随着热解温度提高,H2CO含量增加,CH4与多碳烃的含量持续下降CH4与多碳烃的热值远远大于H2CO的热值。

由于煤质的差异两个煤样的煤焦油品质相差较大≤360℃的馏分中煤样1的煤焦油以酚类及其衍生物为主煤样2的煤焦油以芳烃及芳烃衍生物为主。

1 实验

1.1 实验原料

所选煤样来源于平顶山矿区,煤质分析见表1

1 煤质分析

煤炭热解特性研究及产物分析

1.2 实验方法

采用自制的外热式热解炉对煤样进行处理。煤样粒度0~5mm,质量0~20g,载气为氮气流量80mL/min。将煤样放反应系统氮气20℃/min速度升温至设定的反应终温(550℃600℃650℃800℃),温度稳定后恒温30min

气、液分离后的气体产物用SHIMADZU(岛津)GC-2014气相色谱仪分析焦油产物用Varian-300GC-MS联用仪分析。

2 结果与讨论

2.1 温度对热解产物的影响

将煤样1与煤样2热解产物产率与反应终温作图结果见图1、图2

煤样1热解产物产率与反应终温关系

1 煤样1热解产物产率与反应终温关系

煤样2热解产物产率与反应终温关系

2 煤样2热解产物产率与反应终温关系

由图1和图2可以看出,在不同热解终温下两种煤样的热解产物产率的变化趋势一致。随着热解温度升高煤气与焦油的产率增加半焦产率下降其中煤气产率的增幅较大但产率较低煤样1煤气产率最高6.04%煤样2煤气产率最高6.81%焦油产率增幅较小但一直呈现出增加趋势证明并未发生焦油二次裂解反应。

这是因为反应温度越高煤炭在热解过程中获得的能量就越多,有利于煤中大分子有机官能团裂解和挥发分的逸出转化为煤气与焦油而且温度越高煤炭的热缩聚程度越深煤炭孔隙变多有利于挥发分的逸出。

2.2 温度对热解煤气的影响

2.2.1 温度对煤气组分的影响

将煤样1与煤样2热解煤气气体产物产率与反应终温作图结果见图3、图4

煤样1热解煤气组分与反应终温关系

3 煤样1热解煤气组分与反应终温关系

煤样2热解煤气组分与反应终温关系

4 煤样2热解煤气组分与反应终温关系

由图3和图4可以看出由于煤质的差异煤热解产生的干馏煤气组分含量不同但煤样1和煤样2的热解煤气组分变化趋势一致:H2CO含量均随热解温度的升高而增加,H2增加幅度大,800℃时其体积分数已超过55%,CO增加幅度较小;CH4的含量随热解温度的升高而下降,800℃时其体积分数<30%;CO2含量较小,随热解温度升高变化不大;C2~C6的含量随热解温度的升高而下降600℃-800℃下降幅度较小。

热解煤气中H2主要来源于煤中大分子芳香结构热解缩聚脱氢,少部分来源于CO和碳与热解水反应产生其含量在整个反应过程持续增加。

谢克昌认为低温下H2主要是由煤中大分子的活泼氢生成高下主要是芳环缩聚、CO和碳与热解水反应生成。

CH4主要来源于煤中大分子脂肪烃和芳环烷基侧链的断裂也有学者认为少部分CH4来源于焦炭和氢的甲烷化反应。

COCO2来源于煤中的含氧官能团如羧基、酚基、羟基、甲氧基,高温下微量的CO可能来源于脂肪酸、醚键、醌氧键等含氧杂环;COCO2的反应机理不同,CO2是羧基分解产生的,CO是酚基和羰基裂解产生的煤样1的氧含量大于煤样2的氧含量见表1),因此煤样1干馏煤气中的COCO2含量高于煤样2干馏煤气中的COCO2含量;C2~C6主要来源于脂肪烃裂解和芳烃烷基侧链断裂但多碳烃热稳定性较差随温度升高易分解其含量影响煤气热值。

2.2.2 温度对煤气热值的影响

热解温度与煤气热值煤样2)关系见图5。随热解温度升高煤气热值持续下降这是因为随着热解温度提高煤气中H2CO含量增加,CH4与多碳烃的含量持续下降CH4与多碳烃的热值远远大于H2CO的热值。

热解温度对煤气热值的影响

5 热解温度对煤气热值的影响

2.3 温度对焦油组分的影响

煤中低温热解产生的焦油主要由脂肪烃、芳香烃以及含氧化合物组成。将收集到的焦油样品进行层析分析,主要依据SY/T 5119-1995进行结果见表2

2 焦油组分的层析分析

焦油组分的层析分析

焦油层析可将焦油分为轻质组分、饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质等。由表2可知,样品1的焦油质量分数中饱和烃7%~13%,芳香烃22%~32%,非烃13%~23%,沥青质36%~57%。样品2的焦油质量分数中饱和烃2%~9%, 芳香烃23%~32%,非烃22%~29%,沥青质38%~ 46%

对焦油≤360℃的馏分进行GC-MS分析,测量各种有机物相对峰面积的百分含量具体结果见表3

3 不同热解温度所得焦油中各类化合物相对峰面积含量 %

不同热解温度所得焦油中各类化合物相对峰面积含量

由于煤质的差异两个煤样煤焦油≤360℃馏分性质差异较大煤样1以酚类及其衍生物为主,硫化合物含量较小煤样2以芳烃及芳烃衍生物为主硫化合物含量较高。

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