《煤炭热解PPT幻灯片课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤炭热解PPT幻灯片课件（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章煤热解技术 周安宁西安科技大学化学与化工学院 1 3 1前言 煤的热解的定义煤炭热解是煤炭在热解反应器中非氧化气氛下 受热发生系列物理化学反应 形成气体 液体和固体产物的热转化过程 是煤炭热转化加工的关键步骤 其气体产物为以氢气 一氧化碳 甲烷等为主的低分子碳氢化合物 液体为以链烃和芳烃为主的焦油 固体产物为半焦或焦炭 煤热解工艺的特点工艺过程简单 加工条件温和投资少 生产成本低 易实现多联产等优势 工艺技术发展概况始于19世纪 当时主要用于制取灯油和蜡 二次世界大战期间 德国 褐煤低温干馏工厂 低温煤焦油 再高压加氢制取汽油和柴油上世纪70年代 多种热解新工艺开发成功 上世纪70年代以
2、来 加氢热解 催化热解等 2 Carbonizationistheprocessbywhichcoalisheatedandvolatileproducts bothgaseousandliquid aredrivenoff leavingasolidresiduecalledcharorcoke 煤炭热解研究的重要性煤炭热解发展的发展方向 3 3 2煤炭热解的分类 热解分类按热解气氛分类 主要有惰性气氛热解 还原气氛 氢 甲烷 一氧化碳或还原气体混合物等 热解 按是否存在催化剂 可以进一步分为催化热解 催化加氢热解等 按热解温度高低分类 主要有低温热解 500 650 中温热解 650 80
3、0 高温热解 900 1000 和超高温热解 1200 按热源不同分类 主要有电加热热解 等离子体加热热解 微波加热热解 热载体加热热解等 按加热方式分类 主要有外热式热解 内热式热解和内外复合式热解 按热载体类型不同分类 主要有固体热载体热解 气体热载体热解 以及固体 气体复合载体热解等 按反应器类型分类 主要有固定床 流化床 气流床 滚动床热解和输送床热解等 按反应器内压力大小分类 可分为常压热解和加压热解 按热解速度高低分类 可分为慢速热解 快速热解 10 200 s 和闪速热解 超过200 s升温速率 4 3 3煤炭热解原理 2 3 1煤炭热解过程 主要包括煤中吸附水及气体的脱水干燥和
4、脱气过程 物理过程 煤炭热分解过程 化学过程 小分子物质 包脱附产物和分解产物 扩散过程 物理过程 以及分解产物 小分子有机物和半焦 二次反应 二次分解或聚合 过程 化学过程 等四个过程 5 Characteristiccarbonizationtemperaturesandstages 6 按照热解终温的不同 煤的热解一般分为以下三类 低温热解 500 700 煤气 焦油和半焦 中温热解 700 900 主要产品为城市煤气生产 高温热解 1000 左右 主要产品为焦炭 7 第一阶段 干燥阶段 此时热解温度在300 以下 原料煤在此阶段外形没有变化 主要发生表面吸附 水蒸发 并放出原料中的吸附
5、气体 并有少量CO2 CH4 H2S及水蒸气产生 这个过程为吸热过程 主要发生脱羰基反应 第二阶段 低温热解阶段 此时热解温度为300 600 原料煤中有机质开始发生变化 放出CO CO2及水蒸气 生成热解水 产生焦油 原料煤变软 并发生剧烈分解 放出大量挥发产物 绝大部分焦油产生 形成半焦 这个过程主要发生解聚和分解反应 第三阶段 中温热解阶段 此时热解温度为600 1000 在这个阶段绝大部分焦油已经生成完毕 是焦炭的形成阶段 从半焦到焦炭 析出大量的煤气 使固体产物的挥发分降低 密度增加 体积收缩 形成碎块 700 以下煤气的主要成分是CO CO2和H2 当温度大于700 时 煤气的主要
6、成分是氢气 这个过程以以缩聚反应为主 8 9 Hypotheticalstructureforcoalanditsuseinunderstandingthermalconversion 10 3 3 2煤热解的主要化学反应 煤热解中的裂解反应 结构单元之间的桥键断裂生成自由基 脂肪侧链受热易裂解 生成气态烃 含氧官能团的裂解 OH 700 800 C O 400 COOH 200 低分子化合物的裂解 是以脂肪结构的低分子化合物为主 其受热后 可分解成挥发性产物 11 一次热解产物的二次热解反应 12 煤热解中的缩聚反应 胶质体固化过程的缩聚反应 主要是在热解生成的自由基之间的缩聚 其结果生成半
7、焦 半焦分解 残留物之间缩聚 生成焦炭 缩聚反应是芳香结构脱氢 苯 萘 联苯和乙烯参加反应 13 煤热解机理及研究新进展 14 15 16 原料煤性质煤的变质程度 煤气焦油与挥发分含量密切相关 灰分 直接影响半焦质量 煤岩组分 煤气产率以稳定组最高 丝质组最低 镜质组居中 焦油产率以稳定组最高 同时其中性油含量高 丝质组最低 镜质组焦油产率居中 其中酸性油和碱性油含量高 焦炭产率丝质组最高 镜质组居中 稳定组最低 总之 镜质组和稳定组为活性组分 丝质组和矿物质为惰性组分 3 3 3影响煤低温热解的关键因素 17 18 煤质的影响 19 入煤粒度 煤粒度的大小影响加热速度和挥发物从煤粒内部的导出
8、 煤粒越小 则易于达到较快的加热速度 能增加初次焦油产率 且煤粒内外温差小 挥发物从煤粒内部逸出路径短 有利于减少焦油的二次裂解 从而提高初次焦油的产率 煤粒越大 对挥发物逸出阻力也有越大 则干馏过程易于受传热或传质过程控制 靠强化外部传热难以实现快速干馏 反而因内外温差增大 挥发物析出经过温度较高的半焦壳层 致使焦油的二次裂解加剧 因而降低了焦油的产率 20 热解温度一般来讲 温度越高 煤裂解的程度越大 总挥发物产率越高 固体残留物 半焦或焦炭 越少 21 热解温度 22 加热速率 急速加热时产生的很强的热冲击力 使大分子的缩合芳香族化合物中具有不同键能的化学键同时被打开 断裂 生成数量众多
9、的自由基 而氢气氛又提供了自由基的稳定条件 使之生成气态或液态产物 缓慢的加热过程中 化学键的断裂主要发生在煤的颗粒结构内部 由此引起聚合反应生成半焦 故导致气相生成物产率降低 23 热解压力 气体停留时间 1 H2气氛2 N2气氛 1BTX2苯3PCX4二甲酚 24 干馏炉类型 25 催化剂 26 27 28 煤与生物质等的共热解及耦合热解 可与煤共热解的物质 生物质 甲烷 废塑料等 催化剂上甲烷芳构化或甲烷二氧化碳重整耦合热解 与气化过程耦合热解 29 30 31 32 33 生物质和不同煤化程度煤工业分析和元素分析 34 生物质单独热解曲线 不同煤化程度煤单独热解曲线 生物质 不同煤化程
10、度煤单独热解特性参数 35 不同比例生物质与褐煤共热解 不同比例生物质与贫煤共热解 不同比例生物质混合物与烟煤共热解 36 生物质与不同煤化程度煤共热解特性参数 V计算 Vb Pi Vc 1 Pi C计算 Cb Pi Cc 1 Pi 37 JiaheLiu HaoquanHuetal FuelProcessingTechnology91 2010 419 423 TheCH4 CO2gasmixturewithavolumeratioof1 1Theliquidproductsinvolvingtarandwaterwerecollectedinacooltrapat 15 C thenthe
11、waterintheliquidproductswasseparatedaccordingtothemethodofASTMD95 05e1 2005 usingtolueneasasolvent 38 Inthisway tarandwateryieldcanbecalculatedrespectively Thegaswascollectedandanalyzedbygaschromatography GC7890T withtwochannels columns 5AmolecularsieveandGDX502 andaTCDdetector TheconversionofCH4 CC
12、H4 incoalpyrolysisunderCH4 CO2wasdefinedas 39 Ni MgOcatalystswerepreparedbyincipientwetnessimpregnationmethod MgO DamaoChemicalIndustry Tianjin China wasimpregnatedwithaqueoussolutionofNi NO3 2 6H2O XinxingChemicalIndustry Shenyang China TheNiloadinginthecatalystswas1to20wt Afterbeingdriedat110 Cfor
13、12handcalcinedat800 Cinairfor4h thecatalystpowderwaspressed crushedandsievedto20 40mesh Finally thecatalystwasreducedatdifferenttemperaturesfrom550to850 Cin15 H2 N2flowfor4h X raydiffraction XRD patternsofcatalystsampleswereobtainedonaDMAX2400diffractorwithaCuK radiation Temperature programmedreduct
14、ion TPR wasconductedonaconventionalapparatuswithaTCDdetector 0 2gsamplecalcinedat800 Cwasheatedfrom120 Cto900 Catarateof10 C minina40 H2 Argasflowof60ml min H2consumptionwasmeasuredbyusingathermalconductivitydetector 40 41 42 43 44 45 46 47 Ithasbeenshownthatthetaryieldsofallfourcoalsinvestigatedcan
15、beobviouslyimprovedintheintegratedprocessofcoalpyrolysisandCO2reformingofmethane andabout1 6and1 8timestaryieldasthatinpyrolysisunderH2andN2 respectively wasobtainedat750 CforPScoal ThehightaryieldmaybeexplainedthatthefreeradicalscrackedfromcoalincoalpyrolysiswereremarkablystabilizedbytheHandCHxgrou
16、psdissociatedfromCO2reformingofmethane ThehighwateryieldinpyrolysisunderCH4 CO2resultsfromthesidereactions suchasreversewater gasshiftandmethanationreaction AndcarbondepositiononcharleadstohighcharyieldinpyrolysisunderCH4 CO2 Instudiedfourcoalsamples PScoalshowsthehighesttarandlowestwateryieldsinpyrolysisunderCH4 CO2 whichiscontributedtoitshighvolatilematterandlowoxygencontent TheXRDoftheNi MgOcatalystshowstheformationofNiO MgOsolidsolution andincreasingNiloadingleadstotheincreaseoftaryieldinpyr
