低阶煤低温干馏的试验研究

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陕北地区储藏着包括褐煤、长焰煤、不粘煤等低阶煤资源,储量丰富,年生产率大。该地区的煤资源具有高化学活性、高挥发分、高发热量和低粘结性,即所谓“三高一低”的特性,但又因其含碳量较低、水分含量较高、较易粉化,导致对其直接开发与利用受到一定的局限性。现今以高效热解(低温干馏)为先导,提取煤中的油气资源,提高半焦的碳含量。随着能源消耗不断的增加和国内优质煤资源不断的减少,寻求一种切实有效的低阶煤转化手段,将会是研究未来能源需求方向的重要课题。  通过阅读和查阅大量文献和资料,对煤的低温干馏基础理论和其发展史有一定的了解,并着手完成试验研究。归纳分析得出干馏温度、保温时间、升温速率和煤的粒径等是低阶煤低温干馏过程中的主要影响因素。试验所使用的是平均粒径小于0.2mm的府谷长焰煤,前期用马弗炉研究干馏温度、保温时间和升温速率对煤加热失重的影响变化规律,并分析所得半焦成分,发现干馏温度比保温时间和升温速率对煤失重的影响更加显著,总结得出低温干馏适宜的条件,即干馏温度:500℃~650℃,升温速率:10℃~15℃,保温时间:30~40min,得出低阶煤的中低温干馏主要为脱氧、富碳、芳香度增加的复杂物理化学过程,这些试验分析所得数据为后期中试试验提供一定的指导和借鉴。  针对于低阶煤的粒径很小,一般干馏炉很难适用,为寻求一种干馏方式满足中试试验要求,故本实验提出用高温钾热管换热器作为传热元件,根据中试试验规模,设计完成高温热管换热器,换热器共9排,为4×5×4×5×4×5×4形式,蒸发段带翅片,冷凝段不带翅片的形式,主要原因是高温热管能够实现加热源与煤不接触,能够产出纯净度更高的煤气;其次,高温热管传热效率较高,能够快速连续不断的将热量传递给煤;最后,该煤种粘结性低,粉煤较易流动,完成高温热管干馏炉的搭建工作。通过测试热管换热器的启动特性、等温特性和传热特性,发现其能够在不同功率下起动,管壁温差略偏高,在整个试验过程中能稳定运行。后期对干馏炉进行了整个系统的检测和初步调试试验,完成初定试验,选定干馏温度为500℃~550℃,随保温时间的延长,半焦成分变化较大,而气体成分变化较小;当保温时间为90min时,半焦产率约为120kg/h,与府谷工业半焦成分接近,气体产率大于20m3/h,气体焦油含量为5.35 g/m3。
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