1、三段加熱式豎式反應爐煤炭化實驗溫度和升溫速率足影響煤炭化嚴物的關健因素.是我們考慮把橫式反應爐改為豎式,同時JE長加熱區,分成幾個不同的加熱段,分別控»|升溫速率和溫度,便產生的焦油在不同加熱區能充分裂解，從而降低煤炭化過程中撫油的產率.同時改善煤氣品質，為此我們實驗室自行設計加工了三段加熱式豎式反應爐。本小廿我們主要探究了煤化用度較福煤高.水分、灰分和揮發分會駁低.固定碳含飛較高的焦煤的舅化怙況3,不同加熱條件焦煤炭化實驗m汕Pi先探究了在股加熱代唏式反啟爐屮，'.段丿川熱X不同升編速率和終隘對焦煤燥化廣物的影響.H體實驗步驟為：準確稱取一定20-40U焦煤煤粒，放在石英管

2、中，裝填高度為10cm，使Z位于豎式爐底段恒溫加蘊區中.分別控制不同加熱段的升溫速率和終溫并恒溫90min+即可得到不同條件下焦煤炭化無機淡、焦油和煤%及各組分的八率實驗條件和實臉結杲如表3.1S>3J9所不。衣3.18不同加熱條件下焦煤炭化過程的具體實驗條件Tab.3.18Thespecificexperimentalconditionsofcokingcoalcarbonization實驗編號底段加熱條件底段升溫速率中段加熱條件上段加熱條件實驗Ml25C1S3min->800eC5'C/min2530min9500C25CCSOmin->300eC實驗M225Cl

3、SSmin->800eC5'C/min25-C-30mm->5oo-c25-C-30mm->400-C實驗M325ClSSmin->800eC5'C/min25C-30min>70()C25eC->500eC實驗M425C-30mm->800eC25eC/min25*C-30min>70()C25C-30mm->700*C實驗M525*C-30mm->800"C25eC/min25C-30min>70()C25eC->500eC實驗M625rC-30mm->800eC25eC/min25C-

4、30min>70()C實驗M725C-30mm->800eC25eC/min衣中一一代衣此段不加熱，靠熱傳導升溫o衣3.19不同加熱條件下焦煤炭化焦汕和煤氣的產率Tab.3.19Coaltarandgasyieldswithdifferentconditionsofcokingcoalcarbonization實驗編號h2/%n2/%CO/%ch4/%CO2/%可燃氣體/%煤氣/%焦汕/%實驗卜II56.466.206.0929.781.4792.338.677.98實驗M266.424.196.5222.180.7195.1011.886.17實驗M358.1612.926.57

5、21.121.2485.8513.795.47實驗M457.667.287.3025.841.9290.8011.455.81實臉M560.477.307.59?1.4391.2812.606.02實驗M667.083.206.2721.841.6195.199.927.13實驗M760.002.237.4829.38().596.8610.898.36比較實驗M3、M5可看出：在三段式加熱豎式反應爐屮，第一段的升溫速率越快,即25#C/min>5°C/min,可增加焦油的產率，因為提高升溫速度,煤炭化液體產物的二次反應溫度發生了滯后現彖，即煤的軟化溫度和固化溫度都提高了,使煤

6、的塑性區間增大,增加了煤中揮發性物質的釋放時間,使得形成焦油量增加。當底段以5eC/min速率升溫至800°C,屮段：25C亠700C,第三段：25'C皿>500C的條件卜，焦煤炭化產物焦油的產率最低，為5.47%,同時煤氣產率最高,為13.79%,其中可燃氣體含量達85.85%。比較實驗Ml、M2、M3可看出：底端升溫速率和終溫條件相同時，屮段和上段的終溫也可明顯影響焦煤炭化產物的分布，在本實驗條件屮上段終溫越高，焦油產率越低，可能是因為低段焦煤炭化產生的氣態焦油在上升過程中，在一定的高溫條件卜可以發生熱解，從而降低其產率,實驗M4到M7的實驗結果也同樣證明了這點.不

7、同催化劑催化焦煤炭化實驗本小節中研究了不同種類的»基催化劑對儆煤炭化產物的影響，實驗條件是：準確稱取一定最的20-40目焦煤，均按質杲比10:1加入不同的銀基催化劑,混介均勻，放在石英管中，裝填高度為10cm,使之位于豎式爐底段也溫加熱區中，豎式爐三段的加熱條件分別是：底段加熱條件均為：25，cg"00Cg_>X0(TC，中段加熱條件均為：259_>500£，上段加熱條件均為;25C4J4(HTC，歸F豎式反應爐外端的石英管用加熱帶加熱保持23OC恒溫。不同催化劑催化條件卜焦煤炭化實驗條件和實驗結果如表3.20、3.21所示。衣3.20不同佛化劑條件下

8、焦煤炭化過程的具體實驗條件實驗編號添加催化劑實驗M8Ni/Ce-ZrOa/y-AbOs實驗M99%Ni/l0%MoO5/y-Al2O5實驗M10Ni/La.Oj-MgO/y-AbO&3.21不同催化劑條件下焦煤炭化您油和煤氣的產率實驗編號H2/%Ni/%('()%cm/%co：/%砒汽體/%煤氣/%儲汕/%實驗M266.424.196.5222.180.7195.1011.886.17實驗M859.157.888.9921232.7589.3713.624.29實驗M960.951.339.4321.556.7491.9313.924.57實驗MI059.952.569.452

9、0.987.0690.3815.123.59分析表3.21中數據：在三段式加熱豎式反應爐中炭化焦煤，添加各種線基催化劑對F降低焦油的產率,提升煤氣含駅均有明顯的效果，其中添加刪錢的Ni/La2O.-MgO/Y-Al2O；«催化劑效來最好，對以使焦汕產率降為3.59%,煤氣含量提高至15.12%，其中可燃氣組成高達90.38%。因為Mg可穩定銀的晶粒尺寸，LaQ；能顯芳捉高銀的衣面枳從而能提亦催化性能。從煤氣中并成分金吊來看，添加催化劑對出、CO及CH。在煤氣中所占比率基本無影響，主要改變N2在煤氣中所占比率,由未加催化劑時的12.92%最低可降至1.33%。碳酸鉀催化焦煤炭化實驗堿金

10、屈是碳轉化的冇效催化劑2"兇，可以抑制焦油的產生，所以實驗中選用碳酸鉀做初步探究：由丁在55OC-75(TC范國內，催化劑的活件順序是：碳酸艷碳酸鉀>碳酸鈉>人然堿(Na3H(CO3)2-2H2O)>硼砂(Na2B4O7i0H2O)o而碳酸絶紅熱時熔化,610-C使分解,所以不適合用于高溫煤炭化,所以本實驗探究了碳酸鉀作為催化劑對焦煤炭化產物的影響。實驗條件是：準確稱取一定帚的20-40FI焦煤，分別加入不同質錄比的碳酸鉀,混合均勻,放在石英管中,裝填高度為10cm,使之位于豎式爐底段恒溫加熱區中，中段加熱條件均為：25-C->700'C.上段加熱條件

11、均為：MC亠>500*C,露豎式反應爐外端的石英管用加熱帶加熱保持2309恒溫。不同催化劑催化條件卜焦煤炭化實驗條件和實驗結果如表3.22、3.23所示。衣3.22不同條件下備煤炭化過程的具體實鯊條件Tiib322ThediHkrivnlcxpirimcnijlconditionsofcokingcoalcurbonizalion實驗編號催化劑煤/磺酸鉀的質量比底段加熱條件底段升溫速爭實驗Mil碳酸鉀1:225£djX00C曲一800125*C/min實驗M12碳酸鉀1:125c!->soorWOO'C5eC/min實臉M13碳酸鉀1:125ec¥jso

12、o*c嚀j8ooc25C/min&3.23不同條件下催化値煤炭化焦油和煤氣的產率實驗編號h2/%n2/%CO/%CH,/%co2/%可魅'(體/%煤氣/%値汕/%實驗Mil52.435.5623.6913.105.2189.2326.0273實鯊M1255.660.7124.6714.284.6894.6124.094.96實驗MI357.038.0117.4613.623.8788.1215.645.11由以上實驗數據可知:添加適量(1:1)的碳酸鉀可在-定程度上抑制焦油的產氐當加熱速率為5°C/min升溫至800°C并恒溫90min時，焦油產率降至4.9

13、6%,煤氣產率高達24.09%,其中可燃氣體含最高達94.61%<>但是若添加過最(1:2)反而會增加焦油的產率提高為7.13%。與中的銀基催化劑的效果相比,碳酸鉀的效果較差。碳酸鉀催化你煤炭化產生的煤氣中C6的含就有所升高，部分CO2來自碳酸鉀的分解,而CH*的含量相對于銀基催化劑有所降低。焦煤炭化實驗氣體產物的變化曲線為了光察在煤炭化整個過程中各種煤氣成分的.<%個炭化過程中利用色譜連續分析煤氣的組成。在實驗二的條件卜焦煤炭化產牛的煤氣通過色譜連續分析町得煤氣組成隨炭化時間的變化曲線如圖3.1X.具體數據見表3.24。衣3.24煤氣組成隨炭化時間的變化數據z/mi反應時間

14、/min反應溫度/cH2/%ch4/%CO/%n2/%co2/%可燃氣體含量/%251500.02740089.9700.02750275162.148.0487.710.9511.34804253.6110.928221.1616.721055005.418.8214.0669.881.8328.2912062518.648.756.9722.992.6674.3114575()42.240.796.638.641.7889.6216580063.823.598.043.311.2695.4218580066.919.668.783.371.2995.3520580066.419.399.2

15、13.961.0394.9922580064.220.189.634.701.3394.01ffl3.18煤氣組成炭化時間的變化從圖中各曲線的變化趨勢可以看出:反應剛開始時由于管路中有空氣,主要成分是N2,所以實驗謀差較人，收集檢測的氣體主耍是2,隨著時間推移，反應產生的煤氣不斷置換出管路中的販冇空氣,N2在煤氣中所占比率逐漸卜降，檢測的氣體趨向于煤氣的正常組分,其中H2含最增幅最大，直到165min炭化溫度達800C后,才逐漸趙于平衡,比在煤氣總組成中所占比率一亶很高,在66%左右;這是內為H2的釋放主耍來口煤分子結構的縮聚反應和炷類的壞化、芳構化及裂解反應，所以其產率隨熱解溫度的升高不斷增人，H2衣熱解氣體中的體積分數也不斷增大.CH4氣體主耍是由煤大分子結構的降解,烷基基團的分解,半備的縮聚、焦汕的二次反應以及生成的自由慕和揮發分的加氫反應生成，CM在圖中有一個最高點，炭化時間為120min,炭化溫度為700C左右時，產率瑕克，達48.75%,Z后隨炭化時間乂逐漸卜降，直到165min炭化溫度達800C后趨JY衡，維持在20%左右。coz(體主耍由碳卑和継鍵的斷裂分解生成，co的變化趙勢和cm類似，當炭化時間為105min,炭化