论文部分内容阅读
煤炭是我国的主要一次能源,其中低变质的褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等资源丰富且质量较好,近年来开采比重日益增大。针对低变质煤挥发份含量高的特点而提出的煤炭分级转化技术,根据煤在不同阶段反应特性不同的特点,实施煤热解、气化和燃烧分级转化,可提高煤炭利用率,简化煤炭气化技术,减小投资降低成本,并能有效解决煤中污染物的脱除问题。本文借鉴“联合热转化技术”思想,在对国内外主要热解和部分气化工艺研究分析的基础上,提出低变质煤热解-部分气化耦合工艺,并对该工艺进行了模拟研究与分析,为进一步的具体技术开发和操作控制提供了参考和指导。通过对煤热解反应动力学分析,并基于分布活化能模型DAEM,建立了集总反应动力学模型来表示煤炭热解过程,确定了可以预测热解产物组成、分布与热解终温和升温速率关系的动力学方程。研究表明,随热解温度升高,各种挥发份产物析出率越接近最大产率,半焦C含量增加,但产率下降,H、O、N和S等元素降低。因此,升温有利于提高半焦脱硫、脱氮率。600℃左右,除H2外的大部分挥发份基本析出,半焦元素变化幅度减小。热解终温较低且一定时,较慢的升温速率有利于各热解挥发份最大限度的析出。分析结果显示,将热解终温控制在550℃,升温速率10℃/min左右有利于热解挥发份完全析出。运用Aspen Plus化工流程模拟软件,建立了将煤干馏热解和半焦部分气化相结合的两段气化模拟模型。结果表明,建立的气化炉模型能对本文提出的两段工艺进行较准确地模拟。热解段得焦油12.23%,半焦收率为65.11%,基本符合煤炭热解结果。调节分割器分割率为0.53:0.47时,可使热解段湿煤预热至指定温度110℃。通过对气化段做灵敏度分析可得,当氧气煤比(O2/C)为0.33,蒸汽煤比(H2O/C)为0.20,或者氧气煤比0.356,蒸汽煤比0.25时,气化炉温度可维持在900℃左右,且冷煤气效率最高。