煤的加压热解试验研究

我国低阶煤热解提质技术现状及研究进展一、引言低阶煤是一种质量较差、热值低的煤炭资源，占据了我国煤炭资源的绝大部分。

然而，低阶煤在燃烧和利用过程中存在着许多问题，如高含灰量、高含硫量、易发生自燃等，对环境造成了严重污染。

为了充分利用这些资源并减少对环境的影响，我国近年来加大了对低阶煤热解提质技术的研究力度，取得了一系列研究成果。

本文将对我国低阶煤热解提质技术的现状及研究进展进行全面评估和探讨。

二、低阶煤热解提质技术现状1. 低温干馏提质技术低温干馏是一种对低阶煤进行热解处理的技术，通过对低温下的热解过程进行控制，实现低阶煤中有机质的裂解和提质。

该技术在我国早期被广泛应用，但由于设备简单、成本低、能够有效处理一些低级煤种等优点，目前仍在一些地区得到应用。

2. 高温高压条件下的热解技术随着煤炭加工技术的不断发展，高温高压条件下的热解技术逐渐受到重视。

在高温高压条件下，低阶煤中的有机质能够更充分地裂解，提质效果更加显著。

这种技术相较于低温干馏技术，虽然设备投入和运行成本较高，但能够得到更高品质的煤炭产品。

3. 生物质共热解技术生物质具有较高的固定碳含量和较低的硫、磷等杂质含量，可以作为优质的热解剂。

通过生物质与低阶煤的共热解，不仅可以提高低阶煤的质量，还可以减少环境中的二氧化碳排放量，是一种可持续发展的解决方案。

三、低阶煤热解提质技术的研究进展1. 热解条件优化近年来，研究人员通过实验和模拟等手段，对低阶煤热解过程中的温度、压力、反应时间等条件进行了优化，使得热解过程更加高效、节能。

2. 催化剂的应用催化剂在低阶煤热解提质过程中发挥着重要作用。

研究人员通过引入合适的催化剂，可以有效地降低热解温度，提高反应速率，从而实现低阶煤的高效提质。

3. 热解产品的利用除了提高低阶煤的热值和质量外，研究人员还通过进一步对热解产物进行加工利用，生产出更多高附加值的化工产品、燃料等。

四、个人观点和理解低阶煤热解提质技术是我国煤炭资源利用的重要领域，也是解决环境污染和能源短缺的关键之一。

煤热解反应过程及影响因素煤热解是指煤在高温下分解产生气体、液体和固体产物的过程，是煤转化过程中的重要环节。

煤热解反应对煤的气化、燃烧、液化等过程具有重要影响，因此研究煤热解反应过程及其影响因素是提高煤利用效率、推动清洁煤技术发展的重要课题。

一、煤热解反应过程煤热解反应是在热解区域内，由于外加热量作用，煤在缺氧或氧气气氛中，发生向高分子的物质向低分子物质转化的过程。

煤热解的反应可以分为三个阶段：初期干馏阶段、固体炭化阶段及残渣转化阶段。

1. 初期干馏阶段在热解过程中，当煤颗粒受热后，煤内部产生热量，煤内部温度升高，煤发生干馏反应。

初期干馏引起煤中原油烃、焦油和气体的析出。

2. 固体炭化阶段这是煤热解反应的最主要的阶段。

在这一阶段中，煤分子内部链断裂，若有水或气体参与，则会促使稀释产物的升华；若无水或气体参与，则可加速固体炭化反应的进行。

3. 残渣转化阶段残渣转化是指在高温下，残留的热解产物在气氛中进一步转化的过程。

这一阶段的反应比较缓慢，但是碳氢物质的氧化速度却比较快，残渣转化的反应主要有氧化和氧化-重组两个主要反应。

二、影响煤热解反应的因素1. 温度温度是影响煤热解反应速率和产物分布的重要因素。

一般来说，提高热解反应温度可以加快热解反应速率，促进气化产物的生成。

过高的温度也会导致产物的稀释和气化速率下降。

2. 压力压力是影响煤热解反应的重要因素之一，它与温度一起，决定了煤热解反应的进行速率。

加大煤热解反应压力，可以增加反应物料的浓度，提高反应速率，加大产物收率。

3. 反应介质煤热解反应的介质对煤热解反应产物的种类和分布有着重要影响。

不同的反应介质，会导致不同的热解反应途径和产物分布。

4. 煤种和煤质5. 煤颗粒粒度和煤颗粒的形态煤颗粒的粒度和形态对煤热解反应的速率和产物分布有重要影响，小颗粒煤能够更好地获得均匀的热解温度，从而有利于提高产物的收率。

6. 加热速率和时间加热速率和时间也是影响煤热解反应的重要因素，适当的加热速率和时间可以提高反应速率和产物收率。

第31卷第11期中国电机工程学报V ol.31 No.11 Apr.15, 2011 40 2011年4月15日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2011) 11-0040-05 中图分类号：TK 224 文献标志码：A 学科分类号：470⋅20神府煤加压热解特性及热解动力学分析王贤华，鞠付栋，杨海平，徐健，张世红，陈汉平(煤燃烧国家重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市430074)Kinetics and Properties Analysis of Shenfu Coal Pressurized Pyrolysis WANG Xianhua, JU Fudong, YANG Haiping, XU Jian, ZHANG Shihong, CHEN Hanping (State Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, Hubei Province,China)ABSTRACT: Pressurized gasification is critical to the clean utilization of coal. As the initial step, pyrolysis is significant for the process of coal gasification. To catch the mechanism coal pressurized pyrolysis in depth, the pyrolysis of ShenFu coal was investigated using pressurized thermogravimetric analyzer under different pressures (0.1, 0.8, 1.5, 3 and 5MPa). The kinetics propery was analyzed by overall index of volatile evolving (D) based on pyrolysis characteristics and non-isothermal method coupled with variant diffusing mechanism functions. The result indicates that the pressurized pyrolysis of ShenFu coal is mainly consisted of moisture removing, volatile releasing and secondary cracking of macromolecular tar. Pressure has great influence on the behavior of ShenFu coal pyrolysis. The enhance of pressure (<0.8MPa) is beneficial for volatile releasing, however, after that, it suppresses volatile releasing. The overall index of volatile evolving (D) shows consistent result with volatile releasing behavior with pyrolysis pressure increasing. Three-dimension spherical diffusing mode is fit for the mechanism of ShenFu coal pressurized pyrolysis. The activation energy (E) of low temperature range is enlarged with pressure increasing and achieves the maximum value at 1.5MPa, after that it diminishes with pressure increasing further. E of lower temperature range is much higher than that of higher temperature range.KEY WORDS: Shenfu coal; pressurized pyrolysis; pherical diffusing mode; kinetics摘要：煤的加压气化是煤清洁利用的关键，作为气化反应的初始阶段，煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义。

第41卷第5期煤炭转化Vol.41 No.5 2018 年9月COAL CONVERSION Sep. 2018不连沟煤加压催化的热解特性祖静茹1李克忠2)刘雷2)高志远1王会芳2)毛燕东2)芦3）武恒1摘要在固定床反应器中考察了压力、K2CO3和不同气氛对不连沟煤热解特性的影响，结果表明：在N2气氛、700 s c条件下，热解压力由常压升至3. 5M Pa，原煤和负载催化剂煤样的热解 特性呈现相似的规律，即提高压力导致半焦产率和气体产率均增加，焦油和热解水产率下降；相比 于原煤，添加K2CO3后，半焦产率下降，焦油和热解水产率下降而气体产率明显增加；在压力与 K2CO3双重作用下，热解气体组成中CH4收率显著提高，在700 C，3. 5M P a条件下，氏气氛促进了加氢热解反应的进行，同时水蒸气易与焦油中稠环芳烃大分子发生重整反应，导致在H2+H2O 气氛下甲烷收率和焦油中正己烷可溶物产率均明显提高.关键词次烟煤，加压，催化热解，氮气，氢气，甲烷，焦油中图分类号T Q530.20引百近年来我国天然气需求量急剧攀升，但产量严 重不足，2015年天然气的进口量达6. 24X101。

m3,对外依存度升至32. 7%[1].利用我国丰富的低阶煤 资源发展煤制天然气是解决天然气紧缺的必由之路.目前，现有煤制天然气项目大多基于两步法技术，不足之处在于原料来源受限以及系统能效低.煤 加压催化气化技术可以利用碎煤采用碱金属/碱土 金属为催化剂，在温和条件（700 C〜800 C，3.0 MPa〜4. 5MPa)下，将吸热气化反应与放热的变换 和甲烷化反应耦合在同一时空内，实现一步合成煤基天然气，提高了气化系统能效[2].煤催化气化技术 在20世纪70年代由美国E xxon公司率先开发[3]，随后Exxon公司和G P E公司相继进行了实验室及 1t/d规模的放大验证.目前，新奥科技发展有限公司集团开发了新一代加压流化床催化气化技术，正 在进行1 500 t/d规模的工业示范装置建设[4-6].煤气化主要由煤热解和热解后半焦的气化组成.热解作为气化反应的第一步所产生的热解产品对后续气化反应特性以及最终产物分布具有重要影 响.目前，关于煤催化气化的基础研究工作主要集中 在催化剂对气化反应[271°]和灰渣熔融[1112]的影响 及钾催化剂回收效率的研究[813].催化剂对煤热解的影响，尤其是在气化炉实际操作条件下的研究相对较少.普遍认为热解反应压力的升高，增加了挥发 分在半焦孔内的停留时间，加剧了挥发分与孔道中半焦的二次反应，最终导致热解产物分布发生变化[14-15].C H E N e ta l[16]在复合流化床耦合热解气化 模式下研究了输送床煤催化热解反应，结果表明，在 700 C、压力为1M P a和C a(O H)作为催化剂的共同作用下，半焦收率增加，气体收率和焦油收率下 降，但对提高甲烷收率和焦油中的轻质组分具有显著的促进作用.张永等[17]在530 C低温和加压条件 下，发现K2CO3作为催化剂对焦油和甲烷产率的影 响与热解气氛密切相关.但上述研究与煤催化气化工业实际操作条件相差较远，不能完全作为工艺设计的依据.本实验在煤催化气化优选的700 C条件下，考 察压力和K2CO3作为催化剂对煤催化热解产物分布的影响以及针对气化炉内催化热解气氛特点.在700 C，.5M P a条件下，考察了氏和H2/H2O复 杂气氛的煤加压催化热解特性.1实验部分1.1煤样分析实验原料采用内蒙古不连沟次烟煤.煤样的工业分析和元素分析见表1.煤样粉碎筛分后，得到粒 径为0. 18 mm〜0.38 m m的颗粒，放人真空干燥箱1)硕士、工程师；）博士、高级工程师；）博士、工程师，新奥科技发展有限公司集团煤基低碳能源国家重点实验室，065001河北廊坊 第一作者：祖静*，E-m ail: zujingru928@ 163. com;通信作者：李克忠，E-mail: likezhong@enn. cn收稿日期：2018-03-23 ;修回日期：2018-05-1520煤炭转化2018 年中.在105°C下烘干3h，取出煤样密封后置于干燥 内待用.3的催化 K2C〇3(分析纯），经验证在700 °C下K2CO3具有较高的热稳定性. K2CO3量为10%(质量分数，相对于干基煤样).表1不连沟煤样的工业分析和元素分析Table 1Proximate and ultimate analysis of samplesProximate a n alysis(d)狑/%Ultimate a n alysis(d)狑/ %A V FC C H N S O*17. 69 28.45 53.8366. 42 4. 54 1. 10 0. 75 9. 50^ By difference .采用等体积浸渍法负载催化剂，将称量好的K2CO3 一定量去离子水中 液，然 干燥好的煤样加入溶液中 ，渍催化剂的煤样置 干燥箱内，在105C下干燥10h，取出置于干燥器内备用.1.2 实验 与方法加压 装置见图1.原料放入反应器上部料仓中充压 应炉压待用.打开反应器加、水蒸气发生 焦油 统的电源.殳Fig. 1Schematic diagram of pressurized fixed-bed reactor apparatus1—Filter；2—Relief valve；3—Stop valve；4—Flow regulating valve； 5—Water pum p;6—Preheater； 7—Heater；8—V en t；—Hopper；10—Liquid/gas separate in ice water；11—Back pressure regulator；12—Wet gas meter； 13—Temperature thermocouple； 14—Temperature controller； 15—Pressure gauge应气氛分别为100% (体积分数，下同）N2 (记为 N2)，50%H2+50%N2(记为私）和 50%氏 + 40%H2O+10%N2(记为H2+H2O)，气体流量为 800 mL/min.当实验系统压力、温度和气体流量稳定之后，打开 阀门原料落至反应器中部恒温区.反应炉温度为700 C，反应时间为30 m n实验完 毕后，停止加 打开加热套 .同 N2进行吹扫(流量为1 000 mL/min)，冷却时间约为4 h.净化后的气体用气袋收集，国A glent 6820气相色谱仪 分析.气体 束后，对系统进行缓慢泄压.待系统温 至常温后，拆开反应器收集固相产物.并用大量二氯乙烷清洗焦油冷却器、冷凝系统 应器与冷凝系统间的 线，将收集到的全部二氯乙烷洗液 氏漏斗过滤两次 液中的固体 .过滤之后，采用分液漏斗将油相与 分离，采用量筒读取水分体积，产生 分的质量.将分离后的油 旋转蒸发仪减压旋蒸除去氯乙 ，焦油.的焦油依据石油天然气行业标准SY/T 5119 —2008《岩石中可溶有机物及原油族组分分析》进行焦油分离，将焦油中的沥青质 ，将生成的焦油分 可溶物及沥青质两部分.1.3计算方法和分析方法焦油、 、半焦产率和各气体收率的计算方法见式（1)〜式（）：焦油产率:狑(tar)=:〜100%m（1)产率狑（water)^犿2X100%m（2)半焦产率：w(carbocoal)（m3一m(catalyst)) X100%m（3)甲烷气体收率：y C Hn(CH4) =(肌x w(C))(H2，C O，CO2 同理）（)式中狑(tar)为焦油产率，％狑(water)为热解水产第5期祖静茹等不连沟煤加压催化的热解特性21率，％;w(carbocoal)为半焦产率（不含催化剂），％;为热解过程中每千对应的甲烷收率，m V k g;rn(catalyst)为催化剂负载量，g;m i为减压 旋蒸后剩余焦油的质量，g;?^2为总水分质量，为热解后样品质量，g;w为干燥煤样质量，g;w(C)为干基煤样碳元素的质量分数，％;V c h4为热解气相Pressure / MPa 产品中甲烷气体的体积，m3.2结果与讨论2.1催化剂和压力对热解的影响2. 1.1产物分布在队气氛下，原煤及负载催化剂的煤样在不同压力条件下热解产物的分布见图2.由图2可知，无Pressure7/7MPa图2K2CO3与压力对煤热解产物分布的影响Fig. 2 Effect of K2CO3and pressure on product distribution of coal pyrolysis□—Raw co a l;这一Coal loaded with K2C〇3论原煤还是负载K2CO3后的煤样，随着热解反应压的加，焦产率 加，原煤 焦 催化剂半焦的产率分别由75. 45%和73. 03%增加至79. 51%和77. 94%.液相产品焦油和水的产率下降 明显，焦油产率分别由4. 62%和3. 89%至 2.88%和2.24%，热解水产率分别由8.52%和 6.89%下降至5. 57%和4.37%.而热解气体产率有 所增加，分别由10. 85%和14. 35%增加至11. 86%和15. 39%. A R E N D T e ta l18]的研究结果也表明，煤热解过程中提高反应压力，热解产品中焦油产率下降，煤气产率增加.3正正8八卩正尺6丨119]用热天平 研究煤的 发现，高压对焦油析出的抑制作用明，使得焦油产量 .. 过程中的反应压力内外压差，抑 焦油前驱体 的传，增加 在 内的停 间，促 内自由基的 缩聚等反应，因此生 焦炭，使液 (焦油 )产率 气体收 率增加M.由图2还可知，在不同压力下，添加K2CO3后 焦产率 ，焦油 产率同 ，对应的气体产率 力口.这是，添加K2CO3后，使煤中碳原子间的化学键发生重组.在催化剂作用，煤中c一c键能 ，c+o键能 ，使得煤中c l™电子云重新 ，形 活性位点，能够起到催化裂解的作用，促进挥发分形成以及挥发分的二次反应发生，同时在催化剂的作用下热解能够促的转化，导致气体产率 a 增加[17’n-23].2.1.2气体组分收率图3所示为在N2气氛不同压力条件下，原煤 催化剂煤 气体组分收率的变化规律.前人研究[2426]表明，热解气产品中H2的主要来源22煤炭转化2018 年0.1 1.5Pressure / MPa3.50.1 1.5Pressure / MPa3.5图3 K 2C 03与压力对煤热解气体收率的影响Fig. 3Effect of K 2CO 3 and pressure on gas yield of coal pyrolysis□ —Raw co a l;日一Coal loaded with K 2CO 3和侧链断裂会产生c h 4,同时高压环境下甲烷化和 加氢作用明显，反应向体积减少的方向移动，反应 (5)和反应（6)程度加深，促使更多的CH4生 成[2728]，导致H 2和C 0的收率减少，甲烷收率增加.对于催化煤样，随着压力的，催化和加氢的效果更为明显，CH4收率明显提高，氏， C 0和C 〇2收率减少.对比原煤和负载催化剂煤样， 压力对甲烷收率的影响.C 0 + 3H2 —->CH4 + H2O (AH0 = -216. 0 kj/m ol )(5 )C +2H2 —--C H 4 (△犎> =—68. 0 kj/mol ) (6) 对比相同压沟原煤与催化剂煤样热解气体收率，负载催化剂煤样的气体收率均大于原煤煤样气体收率，特别是H2，C 〇2和C 0的 收率在引人催化剂后增幅较明显，而CH4收率则受 到压力和催化剂两方面同时控制，说明催化剂的加 人 煤中大分子官能团的活性，有利于裂解缩合及断裂反应的发生.K 0PYSCINSKIet al [29]在固定床反应器中采用K2C03作为催化剂 研究煤的热解和气化特性，结果表明，负载K2C03 后煤样的反应速率20倍，在催化剂的作'CH4产率大幅提高.E H R B U R G E R e ta l 30]等采用 K2C03负载煤样研究热解过程，结果表明，负载催 化剂后热解气体产品中C 02的收率显著提高，这是催化剂与煤形成的活性中心煤中：官能团的脱除.张永等[17]采用加压固定床研究K2C03 催化热解特性，得出氏产率的增加是在催化剂的 作用下煤中大分子官能团的甲基与芳环缩聚脱氢 致2.2不同气氛对甲烷及焦油产率的影响在煤催化气化工艺过程中，热解的热源来自于 催化气化阶段产生的高温合成气.，主要未分解的水蒸气、气化反应产生的氢气以及部分 甲烷、一氧化碳和二氧化碳等.图4所示为在700 C ， 3. 5 MPa，不同气氛对催化剂煤样热解0.11.5Pressure / MPa3.50.030.1 1.5Pressure / MPa3.5为煤中烃类的裂解和半焦的缩聚反应，C 02主要来 源 温下的脱羧基反应，C 0主要来源 键的断化合物的开环反应，C H 4主要来源于大分子官能的断裂.由图3可以看出，对于原0.12煤样品随热解反应压力的 ，热解气体产品中H 2和C 0的收率小幅减少，C 02的收率变化不明显，C H 4产的收率.这是，反应压力的抑发分的析出，焦油等大分子碎片的0.09210 0 0.0.(I -^.e s )/(08p r16c r) oo50.0.7§十2) /(f f l o )p -63o o.0.s i/ (f f l )a第5期祖静茹等不连沟煤加压催化的热解特性图5不同气氛下热解甲烷收率的变化Fig. 5Effects of atmosphere on CH4 yield压力为3. 5 MPa 、温度为70(K C 时，负载催化剂 煤样在不同气氛焦油中正己烷可溶物的质量分数见图6.由图6可知，在H 2 + H 20气氛下焦油图6不同气氛下焦油中正己烷可溶物产率的变化Fig. 6Effects of atmosphere on n-hexane soluble substance yield中正己烷可溶物质量分数为67. 96%，H2气氛下焦 油中正己烷可溶物质量分数为62. 48%，在N2气氛 焦油中可溶物质量分数为51.84%. N 2气氛下焦油中正己烷可溶物，在氏气氛下加氢，焦油轻质化程，故可溶物质量分数 .对于H 2 + H 2O 气氛 可物质量分数，推断是水蒸气的重应减少重质焦油的质量分数所致.S 0N G e ta l [35]研究表 明，在水蒸气气氛、热解温700 C 条件下，热解产物中重质焦油产率大幅降低，说明水蒸气易与稠大分子发生重应.3结论1)压力的提高和催化剂的负载均有利于热解 气体产率的.实验压力由常压到3. 5M P a 过程h 2+h 2oAtmosphere的甲烷产率.0.4产物分布的影响.由图4可知，相比N 2气氛，H 2气 氛和H 2 + H 2O 气氛均促煤中挥发分的析出.对比N 2气氛，氏气氛和H 2 + H2O 气氛下，半焦的 产率由77. 94%降至67. 01%和58. 77%;气体产率 由15. 39%上升至23. 6%和36. 03%;焦油产率由 2. 24%升高至3. 51%又下降至2. 09%.许多学 者[3132]认，在氢环境下煤生成的自由基图4不同气氛对热解产物的影响Fig. 4Effects of atmosphere on yield of pyrolysis product碎片发生缩聚反应的几率减少，氢可以与之结合生 产稳定的分子从煤中析出.因此，在H 2气氛条，产物的焦油产率、产率 甲 产率同工况条件下N 2气氛中对应产物的产率.在H 2 + H 2O 气氛下，H 2O 可以进人煤的孔隙， 在催化剂作 与煤中的碳发生气化反应，增加了煤的比表面积 积，从而促进煤发分的析出， 气体产率和焦油产率增大.但在高温，大分子焦油在催化剂作与水蒸气发生重应，导致焦油产率下降.在加压环境下，水蒸气 扩散至煤内，发生上述一系列反应.陈兆辉等[26]在研究输送床快速热解中得出，在水蒸气 煤过程中，焦油产率减少是蒸气在一定程度上参与了重质焦油的重整.图5所示同气氛下热解甲烷收率的变化.由图5可以看出，与凡气氛下甲烷产率0. 099 m3/kg 相比，在H 2 + H 2O 气氛下的甲烷产率最高为0.312m 3/k g ，H 2气氛下的甲烷收率0. 271m3/kg 次之.廖洪[3334]在研究C O 对热解过程的影响中发现，热解温度达到650 C 时，向H 2气氛中添加 C O 可以加深甲烷化反应的发生程度.在H2+H2O 气氛下，催化剂加煤与水蒸气发生碳水反应的速率，生成更多的C O 与H2.在富氢环境中，生 成的一氧化碳在催化剂的作 发生甲烷化反应，故H2+H2O 气氛下的甲烷产率H 2气氛下s i / (寸H 8P -%/ fF *p p r r 03p s dS24煤炭转化2018 年中，二次反应的程度加深导致压力增高，原煤和负载 催化剂的煤样加压后半焦产率和气产率均增加，焦 油产率和热解水产率下降.在相同压力条件下，对比 原煤热解产品分布，负载催化剂后提高了煤颗粒的热解反应特性，负载催化剂的煤样热解半焦产率、焦 油产率和水产率均下降，热解气产率明显增加.2)在热解气体收率中，H2，CH4和C O的收率 变化受催化剂影响较大，而C H4收率则受压力和催 化剂双重作用，在压力为3.5MPa、氮气气氛条件下，负载催化剂煤样热解甲烷收率可达0.099 m3/kg.3)在700 S C，3.5 M Pa条件下，对比N2和H2气 氛，在H2+H2O气氛下，甲烷收率为0. 312 m3/kg，焦油中正己烷可溶物的收率可达67. 96%.甲烷产 率的提高归因于在催化剂作用下碳水反应强度增加，导致甲烷化反应发生.焦油产率的提高主要是由 于H2可以稳定自由基，抑制二次反应的发生，同时 H2O易与焦油中稠环芳烃大分子发生重整反应，导 致甲烷的收率和焦油中正己烷可溶物产率增高.参考文献[1]中国经济新闻网.2015年我国天然气消费增速创10 年最低[E B/O L]. 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我国煤炭热解技术研究现状X李　云(包头师范学院化学学院,内蒙古包头　014030) 摘　要:20世纪初,由于世界工业迅猛发展,石油开采已经不能满足液体燃料快速增长的要求,21世纪世界石油危机和对清洁能源需求的增长,引起对煤热解技术的重视。

本文通过对气体热载体直立炉技术、固体半焦热载体为基础的干馏多联产技术、多段回转炉热解技术、以移动床热解为基础的循环流化床多联产技术进行技术原理和优缺点的对比研究;得出,我国的煤炭热解技术仍处于不断发展之中,且要继续从技术难点、能源利用率、环境友好性和工业化程度等方面进行进一步改造和发展。

为我国煤炭资源的利用和清洁能源的生产提供技术支持。

关键词:煤炭;热解技术;技术原理;研究现状 中图分类号:T Q530.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)02—0079—051　研究背景中国正处于工业化、城镇化、快速发展阶段。

可以预期的是,在未来较长时期内,中国经济仍将会保持较快的发展速度,并逐步完成工业化和城市化,在2030年左右将达到中等发达国家的水平。

在这一过程中,公众对生活质量、居住环境、城市状况等将提出越来越高的标准,生活方式和消费方式将会发生越来越显著的变化。

汽车保有量的持续增长、住房面积的扩大,以及在此基础上形成的衍生需求将成为经济和社会持续发展的最主要动力。

这将导致经济结构的一系列变化,也将带来能源消费总量的持续增长,特别是对石油和天然气消费的增长。

根据国内外有关研究机构的预测,到2030年,我国的能源需求总量将会达到50—60亿吨标煤。

从中国的资源条件和现有的技术发展看,能源自给率的保障只能来自于煤炭资源的大规模使用,以煤为主的能源战略是不可避免的选择。

首先,中国缺乏油气资源是一个公认的事实。

至2010,剩余技术可开采储量为石油23亿吨,天然气2.01万亿立方米。

2010年的石油产量为2亿吨,消费量为其次,中国的煤炭资源储量相对丰富,已探明的煤炭资源储量在一万亿吨以上居世界第三位,随着勘探工作的深入,煤炭资源经详查储量将会有较大幅度的增长。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第2期·494·化工进展煤热解反应热测定方法研究进展何璐1，解强1，梁鼎成1，仝胜录2，郜丽娟2，姚金松2（1中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083；2北京低碳清洁能源研究所，北京 102211）摘要：煤热解既是煤炭燃烧、气化、直接液化等工艺的初始反应和伴随过程，也是煤转化的主要工艺之一，而煤热解反应热是反应器设计、热解机理研究、建模及工艺能效评估等过程所需的重要热力学参数。

本文首先对煤及其他非均质有机物热解反应热测定方法和技术的研究现状做了综述性评介，分析比较了模型预测法（Merric 模型、Strezov模型）和实验测定法（热值法、电功率法、计算机辅助热分析法、差示扫描量热法等）方法的优势以及存在的问题，特别关注将这些方法应用于煤热解反应热测定过程中的适应性。

结果表明，在研究掌握测试参数影响煤热解反应热测定精度的规律、解决数据处理方法的前提下，基于TG-DSC同步联用法或可建立相对简单、易行、普适的煤热解反应热测定方法和技术。

关键词：煤；热解；反应热；测量中图分类号：TQ530.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）02–0494–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.02.013Measurement of reaction heat of coal pyrolysis：state-of-the-artHE Lu1，XIE Qiang1，LIANG Dingcheng1，TONG Shenglu2，GAO Lijuan2，YAO Jinsong2（1School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China；2National Institute of Clean-and-Low-Carbon Energy，Beijing 102211，China）Abstract：In nature pyrolysis can be considered as the initial stage and/or paralleling part of coal combustion，gasification and direct liquefaction，and pyrolysis itself is also one of the fundamental technologies in coal conversion processes. Thus it is understandable that reaction heat of coal pyrolysis is of significance that it is the important thermodynamic parameter used in reactor design，mechanism study，and energy efficiency assessment. This paper presents a critical survey on the status of methods and techniques for measurement of pyrolysis reaction heat of coal and relevant heterogeneous organic matters，and a detailed analysis and comparison of these methods，such as model prediction methods （Merric model，Strezov model）and experimental measuring methods（heat value method，electricity power method，computer aided thermal analysis，and differential scanning calorimetry method）were conducted，in which especial attention was paid to the possibility of application of these methods in the measurement of pyrolysis reaction heat. Results show that an easy，but rational and considerable accurate method for measurement of coal pyrolysis heat on the basis of TG-DSC technique could be established under conditions that the effects of measuring parameters on measurement precision are thoroughly studied and elucidated，as well as the measurement data resolution process is constructed.Key words：coal；pyrolysis；reaction heat；measurement我国化石能源赋存具有“富煤、贫油、少气”的特点，石油、天然气资源的日渐短缺以及新能源技术发展的尚未完善也使得煤炭的地位和重要性收稿日期：2016-06-15；修改稿日期：2016-09-09。

煤热解调研报告梁欢一、煤热解概述煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。

煤热解的结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品，尤其是低阶煤热解能得到高产率的焦油和煤气。

焦油经加氢可制取汽油、柴油和喷气燃料，是石油的代用品，而且是石油所不能完全替代的化工原料。

煤气是使用方便的燃料，可成为天然气的代用品，另外还可用于化工合成。

半焦既是优质的无烟燃料，也是优质的铁合金用焦、气化原料、吸附材料。

用热解的方法生产洁净或改质的燃料，既可减少燃煤造成的环境污染，又能充分利用煤中所含的较高经济价值的化合物，具有保护环境、节能和合理利用煤资源的广泛意义。

总之，热解能提供市场所需的多种煤基产品，是洁净、高效地综合利用低阶煤资源提高煤炭产品的附加值的有效途径。

各国都开发了具有各自特色的煤炭热解工艺技术。

1.热解工艺分类：煤热解工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。

按气氛分为惰性气氛热解（不加催化剂），加氢热解和催化加氢热解。

按热解温度分为低温热解即温和热解（500 ～650 ℃）、中温热解（650 ～800 ℃）、高温热解（900 ～1000 ℃）和超高温热解（＞1200 ℃）。

按加热速度分为慢速（3 ～5 ℃／min）、中速（5 ～100 ℃／s）、快速（500 ～105℃／s）热解和闪裂解（＞106℃／ s）。

按加热方式分为外热式、内热式和内外并热式热解。

根据热载体的类型分为固体热载体、气体热载体和固－气热载体热解。

根据煤料在反应器内的密集程度分为密相床和稀相床两类。

依固体物料的运行状态分为固定床、流化床、气流床，滚动床。

依反应器内压强分为常压和加压两类。

煤热解工艺的选择取决于对产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制技术水平以及最终的经济效益。

慢速热解如煤的炼焦过程，其热解目的是获得最大产率的固体产品－焦炭；而中速、快速和闪速热解包括加氢热解的主要目的是获得最大产率的挥发产品－焦油或煤气等化工原料，从而达到通过煤的热解将煤定向转化的目的。

华中科技大学硕士学位论文高温高压下煤的热解及气化特性的实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：***20060430摘要发展洁净煤技术，提高我国煤炭利用效率、减少煤炭直接燃烧带来的环境污染的主要途径之一是研制和推广应用煤炭气化技术。

当前煤气化技术大容量、高效率的发展趋势使得高温高压的气流床煤气化技术成为我国煤炭利用技术的关键性技术。

而有关高温高压下的煤和焦的化学和物理特性对煤气化反应活性的影响的研究和应用十分欠缺，需要研究在高温高压的气氛下中国典型煤种的煤热解、气化的特性，为我国煤气化技术的发展提供强有力的理论和数据支撑。

本文使用热重分析法(TGA)研究我国的典型煤种在高温高压条件下的热解、气化特性，针对热解终温、升温速率、压力、煤种、煤量等影响热解效果的因素，选取神府、合山、平寨、小龙潭四种煤样进行了常压、0.8、1.5、3、5MPa等压力，终温650、800、1000℃的热解实验。

根据热解实验所得的TGA曲线，对煤的热解特性进行了分析。

对实验数据进行处理，采用积分法求出了反应动力学常数表观活化能E和指前因子A，探讨了反应机理。

探讨了常压及加压下神府煤样在CO2气氛下的气化特性，根据气化实验所得的TGA曲线，对升温速率、终温、压力等影响因素进行了分析。

对实验数据进行处理，求出了反应动力学常数E和A，探讨了反应机理。

通过本文对高温高压下煤的热解特性和煤的CO2气化特性的研究，为高温高压的煤气化技术的发展提供数据，建立一定的理论基础，有助于今后进一步的深入研究。

关键词：煤气化，煤热解，TGA，反应动力学，反应机理。

AbstractDeveloping clean coal technology to improve the efficiency of our country’s coal utilization and decrease the environmental pollution from coal combustion, one of the main ways is to research, develop and apply the coal gasification technology. Entrained-bed coal gasification technology at high temperature and pressure meets the trend of coal gasification technology with high capacity and high efficiency, and becomes the keypoint of our coal utilization technology. Lacking of the chemical and physical characteristics of coal and char at high pressure and temperature to effect the coal gasification, it needs research f or China’s typical coal at the condition of high temperature and high pressure, to satisfy the requirement of the economic development to coal clean utilization.This paper studied the pyrolysis and gasification characteristics of typical coal of China at high temperature and high pressure, by using of the thermalgravity analyzer(TGA). We study the pyrolysis effecting factors of heating rate, pyrolysis end temperature, pressure, the coal kinds and mass. The coal of Shenfu, Heshan, Pingzai, Xiaolongtan are used,℃pressures are set as atmosphere pressure, 0.8~5MPa, and the temperatures of 650~1000. According to the TGA curves obtained in the pyrolysis experiments, we analysis the coal pyrolysis characteristics, process the data and caculate the kinetic parameters Ea and A using integral method. The reaction mechanism of coal pyrolysis is discused.Experiments of Shenfu coal gasifying with CO2 at the condition of different heating rate, different heating end temperature, and different pressure are studied. We anlysis the effecting factors according to the TGA curv es obtained, process the data and caculate the kinetics parameters. Discuss the reaction mechanism of shenfu coal gasifying with CO2.The investigation of coal pyrolysis/gasification at high temperature and high pressure will provide the necessary datas for the development of high-pressure and high-temperature coal gasification, establish a certain theory basis and supply some valuable information for the further research of coal gasification technology.Keyword: Coal gasification, Coal pyrolysis, TGA, Reaction kinetics, Reaction mechanism.独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

煤热解过程中H2与CO变化规律的试验研究引言煤是一种重要的能源资源，广泛应用于工业生产和生活供暖。

煤热解是指在缺氧或还原气氛中，煤在高温下发生化学反应，产生气体、液体和固体产物的过程。

在煤热解过程中，产生的气体主要包括H2、CO、CH4等可燃气体，其中H2与CO是其主要组成成分。

研究煤热解过程中H2与CO的变化规律对于优化煤热解工艺、提高能源利用率具有重要意义。

本文将针对煤热解过程中H2与CO的变化规律展开试验研究，通过实验数据分析，探讨煤热解过程中H2与CO的产生机理和变化规律，为煤热解工艺的改进提供依据。

一、实验材料和方法1. 实验材料本次实验采用的煤样为贵州省典型的烟煤，经过干燥处理后，粉碎成均匀的煤粉，以确保实验的准确性和可重复性。

2. 实验装置实验装置分别包括煤粉喷射装置、煤粉箱、加热炉、气体分析仪等设备。

其中煤粉喷射装置用于将煤粉均匀地喷射到加热炉中，加热炉用于对煤粉进行热解反应，气体分析仪用于对产生的气体进行实时监测和分析。

3. 实验方法在实验开始前，首先将煤粉装入煤粉箱中，并将气体分析仪连接至加热炉出口。

然后，通过控制加热炉的温度和煤粉的喷射速度，进行煤热解反应。

实验过程中，通过实时监测气体分析仪的数据，记录煤热解过程中H2与CO的浓度变化情况。

二、实验结果与分析1. 煤热解过程中H2与CO的产生规律(1) 在煤粉加热到一定温度后，煤开始发生热解反应，产生大量的可燃气体。

随着温度的升高，H2与CO的浓度逐渐增加，达到峰值后开始逐渐降低。

(2) H2的产生量明显高于CO，而且在热解开始后产生的速度更快。

这说明在煤热解过程中，H2是主要的可燃气体产物，对于提高煤热解的效率具有重要意义。

(3) CO的产生量较少，但在热解初期的产生速度较快，之后逐渐减小。

这表明在煤热解过程中，CO是短期内的重要产物，但随着热解的进行，其产生量逐渐减少。

通过分析实验结果，可以得出煤热解过程中H2与CO的变化机理如下：(1) H2的产生主要是通过煤的裂解和气化过程产生的。

煤热解反应过程及影响因素1. 引言1.1 煤热解反应概述煤热解反应是指煤在高温条件下释放气体和固体产物的过程。

煤热解是一种复杂的物理化学过程，涉及到煤的结构、组分及其热分解产物的生成和转化。

煤热解反应过程中，煤的分子结构会发生改变，产生固体残炭、气体和液体产物。

煤热解反应是煤的能源利用过程中至关重要的一环，对于煤的高效利用和减少污染具有重要意义。

煤热解反应的实质是将高分子量的煤转化为低分子量的气体和液体产物，这些产物可以用于发电、化工和燃料生产等领域。

影响煤热解反应的因素有很多，其中包括温度、压力、气氛、煤热解反应速率和煤种类等。

煤热解反应的研究不仅有助于优化煤的利用方式，还可以为环境保护和资源节约提供重要依据。

在深入了解煤热解反应机理和影响因素的基础上，可以更好地实现煤的高效能利用和减少能源浪费。

2. 正文2.1 煤热解反应机理煤热解反应是指在高温条件下，煤在缺氧或气氛中发生裂解反应，生成气体和残余的固体炭质产物的过程。

煤热解反应机理比较复杂，主要包括煤的热解、气化和裂解等多个步骤。

首先是煤的热解阶段，当煤颗粒受热后，会发生气相和固相热解反应。

气相热解是指煤中的挥发性成分在高温下被分解释放出气体，而固相热解是指煤中的固定碳在高温下发生裂解形成残余炭质产物。

其次是气化阶段，煤热解产生的气体会进一步与炭质残余反应，形成CO和H2等气相产物。

气化反应是整个煤热解过程中产生气体燃料的重要环节，对煤的热解反应速率和产物分布有重要影响。

最后是裂解阶段，裂解是指发生在高温下气相产物之间的反应，会形成更稳定的气体产物。

裂解反应会影响煤的热解反应路径和最终的产物分布。

煤热解反应机理是一个复杂的过程，涉及到多个不同的反应阶段和反应机制。

深入研究煤热解反应机理对于优化煤的利用和减少煤燃烧产生的环境污染具有重要意义。

2.2 煤热解反应影响因素煤热解反应的影响因素非常多样化，主要包括温度、压力、气氛、煤热解反应速率和煤种类。

第1篇一、实验目的1. 研究不同煤种的热解特性，了解其热解过程中的产物分布。

2. 探究影响煤热解效果的因素，如温度、升温速率、反应气氛等。

3. 评估煤热解技术在煤炭资源综合利用中的可行性。

二、实验材料与设备1. 实验材料：宁东雀儿沟、羊肠湾、上海庙三种煤样。

2. 实验设备：低温慢速热解仪、热重-微分热重（TG-DTG）分析仪、电子天平、移液管、烘箱等。

三、实验方法1. 采用低温慢速热解方法对三种煤样进行热解实验。

2. 通过正交实验设计，考察粉煤粒径、加热温度、升温速率对热解过程的影响。

3. 利用TG-DTG实验分析热解过程中质量变化和热解反应速率。

4. 运用极差分析方法和方差分析方法对实验数据进行处理。

四、实验结果与分析1. 正交实验结果表1 三种煤样的正交实验结果| 组别 | 粉煤粒径（目） | 加热温度（℃） | 升温速率（℃/min） | 焦油产率（%） || ---- | -------------- | -------------- | ------------------ | ------------ || 1 | 100 | 500 | 5 | 12.5 || 2 | 200 | 500 | 10 | 10.8 || 3 | 300 | 500 | 15 | 11.3 || 4 | 100 | 600 | 5 | 13.2 || 5 | 200 | 600 | 10 | 12.0 || 6 | 300 | 600 | 15 | 11.8 || 7 | 100 | 700 | 5 | 14.5 || 8 | 200 | 700 | 10 | 13.8 || 9 | 300 | 700 | 15 | 14.2 |由表1可知，在三种煤样中，羊肠湾煤的焦油产率最高，其次是宁东雀儿沟煤，上海庙煤的焦油产率最低。

加热温度和升温速率对焦油产率有显著影响，而粉煤粒径的影响相对较小。

2. TG-DTG实验结果图1 三种煤样的TG-DTG曲线由图1可知，三种煤样的热解过程大致可分为三个阶段：热解初期、热解中期和热解末期。

煤在合成气、氢气和氮气下的热解ARIUNAA A李保庆李文PUREVSUREN BMUNKHJARGAL Sh刘粉荣白宗庆王刚摘要：采用固定床反应器，在合成气气氛下对中国寻甸褐煤、蒙古Shiveeovoo褐煤和Khoot油页岩进行了热解研究。

升温速率10℃/min，褐煤热解温度400℃～800℃，油页岩热解温度300℃～600℃。

研究结果与氢气和氮气气氛下的热解进行了比较。

结果表明，与加压热解不同，褐煤在不同气氛下常压热解半焦和焦油收率差别不大，但对油页岩，合成气和氢气气氛下热解焦油收率高于氮气，气体收率低于氮气。

黄铁矿硫在不同气氛下热解均极易脱除，并部分转化为有机硫。

油页岩的总硫脱除率远低于褐煤，与油页岩的高灰分含量有关。

与氮气甚至氢气相比，合成气下寻甸褐煤的高总硫脱除率和低有机硫含量与合成气中的CO有关。

但CO在油页岩热解脱硫中不起作用，也与油页岩高灰分含量有关。

研究结果也表明合成气可代替氢气进行加氢热解。

关键词：热解，合成气脱硫中国和蒙古是一个石油资源缺乏的国家，但煤炭资源相对丰富的。

煤制油的转换是一个重大的项目，在这两个国家，这将影响到国家的安全和经济的可持续发展。

加氢（加氢热解）是氢气下的热解过程。

加氢热解与惰性气体中热解相比，焦油的数量和质量的提高更好。

此外，含硫量低的炭被加氢热解，因为产生的热释放的含硫自由基可以通过氢捕获而稳定，产生低分子化合物。

加氢热解，煤中的硫以H2S气体被脱出[1,2]。

因此，加氢热解提供了从煤生产液体的方案，大量加氢热解的研究已被报道。

然而，由于成本高纯氢，加氢热解是不是一个可行的过程。

使用更便宜的富氢气的气体，如焦炉气（COG）和合成气（SG），而不是纯氢气下的煤的热解已经提出[3]。

在本实验中详细地研究了COG下的裂解。

然而，SG 下的热解特别是油页岩[4,5]的研究较少。

为了提高煤炭利用效率和减轻污染，多代的过程已被提议作为未来的清洁煤技术，这主要是基于对煤的气化与合成气生产[6]。

煤化工实验总结报告范文一、引言本次实验旨在通过对煤的热解反应进行模拟和实际操作，了解煤的热解特性和产物组成，并通过实验结果分析和总结，为煤化工领域提供参考和指导。

二、实验目的1. 了解煤的基本性质和热解反应机理。

2. 掌握常用的煤热解实验方法和技术手段。

3. 分析煤热解实验结果，了解产物组成及其应用价值。

4. 总结煤热解过程中的关键因素和影响规律。

三、实验内容本次实验采用固定床煤热解实验方法，设备包括热解装置、样品室、气相色谱仪等。

实验步骤如下：1. 样品制备：选取不同煤样进行研究，并按照一定比例混合备样。

2. 热解实验：将样品放入样品室中，经过一定时间的热解反应后，收集产物。

3. 产物分析：采用气相色谱仪对产物进行分析，获取组成成分和峰值面积。

4. 数据统计：对实验结果进行数据处理和统计分析。

四、实验结果与讨论1. 分析煤的基本特性：通过实验发现，不同煤样的挥发分、固定碳和灰分含量存在差异，这决定了煤的热解特性和产物组成。

2. 煤热解反应过程：实验结果显示，煤在高温下热解产生气体和液体产物，同时生成固体残渣。

气体主要包括沥青烃、烯烃和烷烃等，液体产物则包括溶剂油、焦油等。

3. 热解温度与产物分布：在不同温度下，煤的热解产物分布存在差异。

随着温度升高，气体产物逐渐增多，液体产物则减少。

4. 热解产物的应用价值：通过实验结果分析，可以看出热解产物具有一定的应用价值，如气体产物可以应用于燃料和化工原料，液体产物可用于制备燃料油和化学原料。

五、总结与展望通过本次实验，我们对煤的热解反应以及产物组成有了更深入的了解。

同时，我们也发现煤热解实验的过程中还存在一些问题和不足之处，如实验条件的选择和设备的改进等。

因此，我们将继续深入研究，优化实验方法和技术手段，以期能更好地利用煤资源，推动煤化工领域的发展。

六、通过气相色谱仪对煤的热解产物进行分析，我们得到了煤的挥发分、固定碳和灰分含量，并且确定了产物的组成和峰值面积。

V o l .24N o.11998202华　东　理　工　大　学　学　报 Journal of East Ch ina U niversity of Science and T echno logy 收稿日期:1997206203煤的热解研究.气氛和温度对热解的影响朱学栋3　朱子彬　唐黎华　张成芳(华东理工大学化工工艺研究所,上海200237) 提要:常压、温度为600～1200°C 条件下,东胜烟煤分别在氢和氮气氛中热解的实验研究表明:煤在氢气氛中热解与在氮气氛相比产气率更高,焦油质量较好,同时获得了较高的煤转化率;热解温度强烈地影响热解产物的组成和煤转化率,随温度的升高煤转化率提高,热解气产率增加,CH 4、CO 和CO 2的产率上升,焦油产率降低,但温度对C +2和H 2O 的产率影响不大。

关键词:煤;热解;氢气氛;氮气氛;温度中图分类号:TQ 546.2;TQ 530.2 煤的热加工已有上千年的历史,至今仍是煤炭加工利用的最主要技术。

煤的热解与煤的热加工技术(如气化、液化、燃烧和碳化等)有极为密切的关系,是大多数煤转化过程的初始阶段,且对后续的转化有重要的影响。

对煤热解的详细深入研究,有利于煤资源的合理利用,对开发煤转化的新技术和控制环境污染有重要意义。

煤热解的条件(加热速率、气氛、压力、终温、粒度、煤种以及反应器型式等)强烈地影响产物的产率和组成。

M cCow n [1]在热天平中用氢和氮不同气氛分别研究了L ou isiana 褐煤在800°C 下的热解,结果表明煤的转化率可达33.5%～43.8%,在氢气氛中所得挥发分产率比氮气氛平均大约高14.5%。

朱子彬等人[2～5]研究了东胜煤在快速加热的条件下,气氛和温度对热解的影响,在常压氢气氛中的液态烃和甲烷产率分别比氮气氛提高了80%和2.5倍。

煤的热解,因其反应条件温和,工业装置实施难度低,经济效益高,受到各国的普遍重视。