煤热解影响因素分析研究

第30卷第7期煤炭技术Vol.30.No.072011 年7期Coal TehnologyJuly .2011煤热解影响因素分析研究韩德虎，胡耀青，王进尚，姚锐，邵继喜(太原理工大学采矿工艺研究所，太原030024)摘要:对煤热解的影响因素进行 了分析,说明了各影响因素的内容与具体作用后对煤热解作用的机理与作用的结果，为媒热解技术的发展以及将来的煤炭地下热解工业性试验提供- -定的理论基础指导。关键词:煤;热解;影响因素;煤炭地下热解中图分类号:TQ54文献标识码:A文章编号:1008-8725(2011 )07 -0164-03Study and Analysis of Influence Factors of Coal PyrolysisHAN De -hu, HU Yao- qing, WANG Jin- -shang, YAO Rui, SHAO Ji-xi( Institute of Mining Technology, Taigyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China )Abstract:The influencing factors of coal pyrolysis were analyzed. Explained the content of theaffecting factors and mechanism and the results of specific role of coal pyrolysis. Providedtheoretical guidance For coal pyrolysis technology development and industrial test of coalunderground pyrolysis in future.Key words:coal; pyrolysis; influencing factor; coal underground pyrolysis开始发生热解所需要的温度增大。文献[2- -3]表明:煤0前言化程度不同的煤种在其热解的过程中所反映出来的特性有着很大的区别。煤体随着变质程度的加深,其传统的煤炭开采、运输、使用方式所造成的煤炭中碳的含 量逐渐增大，氧及内在水与挥发分的含量资源浪费和生态环境的破坏是不容忽视的，地面塌逐渐减少 ，不同煤体的内部结构特征与结构单元的陷、大量的地下水流失、向大气排放烟尘和硫化物外围官 能团及其空间结构性质、表面性质和侧链等都等，已经给产煤地和用煤地的生态环境构成了很大随着煤体煤化程度的变化而变化， 而不同煤质的煤千威胁。为了解决这些问题，必须刻不容缓地改变传统馏半焦产率、干馏气 油产率等等义都与其本身中的各的煤炭生产和消费方式，发展洁净高效的煤炭生产种成分的不同有者密切的关系，最终导致不同变质程和利用技术，而煤炭地下热解作为洁净煤开采的前度的煤种 在其热解过程中反映出不同的特性。沿技术提供了一个重要的研究方向。煤体热解是煤2.2 温度体气化等其他化学过程的基础，是煤清洁利用技术作用于煤体的温度是影响煤体热解特性最重要的第一步，与煤的热加工技术联系密切，而煤的热加的外在因素之一。 煤体所受的温度影响着其热解过工又是目前煤炭加工技术中最重要的工艺，为大规程中生成初级分解产物的反应以及生成挥发分的三模炼焦工业提供着理论基础，故研究煤的热解具有次反应。 当二次反应不存在时,煤体随着热解温度的一定的现实意义。升高其中某-挥发性组分的生成率呈单一的增加。当二次反应存在时，二次反应速率随着温度的增加1煤体热解概念而增加,焦油将发生裂解反应和再聚合反应，导致焦煤的热解是指在隔绝空气的条件下将煤加热到油的收率降低,而半焦和气体的收率增大。文献(中指出其所测煤样所受温度低于400C时主要表现为较高温度使其发生的-系列物理变化和化学反应的其内部水分的脱除. 而煤样的热解温度从40C开复杂过程煤体在此过程中将发生交连联键的断裂、始,之后随着温度的升高快速发生裂解。结论表明神生成产物的重组及再次反应，最终生成气体(煤气)、府煤颗粒的热解过程主要分为煤焦的二次裂解和挥液体(焦油)及固体(焦碳)等产物"。发分的析出2个阶段，与其对应有2个失重速率峰2煤体热解影响因素分析值温度约500C和800C)。随着煤体热解最终温度的增大，焦炭的剩余量显著减少而挥发分的生成量煤的热解过程受到煤化程度反应温度.压力、快速增加，当煤体的热解温度大于8009C时,热解基升温速率、热解气氛、停留时间、颗粒大小以及煤样本停 止.此后温度的升高对煤颗粒热解无明显作用，用量等众多因素的综合影响。终温为800C和1000C的热解失重曲线基本重合。2.1煤化程度文献154研究表明:热解温度在4509C~850C之间时，煤化程度是影响煤热解的一个重要因素。 煤质气态产物的生 成率基本随着热解温度的升高而呈线不同，发生热解时需要的温度不同,总体上煤体随着性增长:热解温度从500C提高到649C,气态产率加煤化程度的增加，煤体的热解反应性降低导致煤体倍,液态产率有所增加而半焦产率下降。当温度较低收稿日期:2010-11-06;修订日期:2011-04-14作者简介:韩德虎(1986-),男，河南新乡人，太原理工大学硕士研究生，主要从事煤的热解变形、渗透方面的研究,Tel:13485338535, E-mail:handehu688@163.com。第7期韩德虎,等:煤热解影响因素分析研究时，气体生成物中CO2、CH4比例大,热值较低，随着解气氛下干馏气生成率对比明显，CO2和N2气氛下温度的升高,CO.H2比例加大热值提高,但当H2比远低于水蒸气 气氛下，且热解温度越高差值越大，而例增加幅度较大时又会降低热值。此外当温度较低CO2 气氛下较N2气氛下略高。油产率变化情况也比时,煤体热解所得焦油热值较高,随着温度升高,焦较明显，CO2气氛下最低，N2气氛下油产率略高于油中的HC比减小。CO2气氛下，而水蒸气气氛下最高，同时，随着温度2.3压力的变化，油产率的峰值也存在变化，N2和CO2气氛煤体热解时所受的压力不同对其生成的产物有下 仍为600C，而水蒸气气氛下油产率达到峰值时着很大的影响，压力产生的作用主要是通过热解过的温 度推后到700C，即水蒸气气氛下干馏气生成程中的二次反应体现出来。热解时压力的加大，会使率最高.油产率也因其富氢而生成率增大。李保庆明热解的产物逸出较困难，从而使热解产生的初级产在对宁夏灵武煤进行加氛热解的研究中，对氢气热物经历更加复杂的二次反应，最终导致半焦产量的解气氛和惰性热解气氛进行了比较，得出在氢气热.增加，挥发分成分产量的下降。文献指出:当煤体所解气氛下煤样的焦油收率和热解转化率大大提高，受热解温度相同时随着压力的升高，气态和固态产这表明煤热解初期生成的自由基在氢气热解气氛下物的生成率增大而液态产物的生成率下降，当热解与氢发生了反应,抑制了自由基之间的相互结合,生压力较大时，热解前期产物由于逸出时受到的阻力成了较多的低分子化合物。与惰性热解气氛下相比，增加，导致其在煤体内部的停留时间延长，从而加剧氢 气热解气氛下煤样热解的焦油产率、甲苯及二甲了其二次裂解生成小分子的反应及聚合成焦反应的苯等产率等都有 了明显的提高。程度。当压力相同时，随着煤体热解最终温度的升2.6 停 留时间高,气态产物生成率加大.固态产物生成率减小,从停留时间对煤体热解的影响显然与温度及升温而说明热解温度对产物生成总量及各组分生成率的速率的影响是相联系的。当反应速度为化学控制时，影响比压力显著。气态产物中的主要组分随着热解压温度 的影响将占据主导地位但考虑到传热、传质因力的增大，co 的含量减小而CH4、CO2及H的含量素时， 会很大程度上增强停留时间因素的影响。若停增加留时间太短,会影响热解的深度,气体生成率小;而2.4升温速率停留时间太长,虽使热解程度加深，但又会降低生产升温速率越快，则在每一温度点上的逗留时间效率， 故热解最终的产物在很大程度上依赖于热解越短.导致在每一温度点时的热解不充分，直接影响温度及在此温度上的停留时间。煤体热解的效果及规律体现。当二次反应不存在时，2.7 颗粒大小升温速率的大小对挥发分的生成率的影响不大，即煤颗粒大小对其热解的影响主要通过传热和传升温速率对煤体热解的影响主要存在于二次反应质来影响。 颗粒大小是煤粉物理结构的最重要参数，时.Suberg等通过对褐煤热解的研究表明,在非二它直接对煤粉颗粒的比表面积、颗粒密度、几何形次反应的条件下，改变升温速率对挥发物生成率没状、孔隙率及孔隙结构等都有重大影响,煤颗粒小，有明显影响。同时指出热解产物生成率主要依赖于则热载体 与颗粒之间的传热快，能更迅速的达到高温度及在此温度下的停留时间，而非加热速率，说明的加热速 度及其表面内外较为均匀的温度，有效地了加热速率不是热解产物生成的直接影响因素,其减小煤颗粒内 部热解气体扩散时所受的阻力，加快主要是通过二次反应起作用，骆艳华等9研究表明相促进热解析出的气体从煤颗粒内逸出，从而减少二同粒度煤样以不同程度热解时，随着升温速率的加次反 应的进行,加快热解的速度，最终减少经济的投大,热滞后现象比较明显，且到达终温时煤样重量有入。张求珍等通过对不同粒径的黑龙江大头煤和较明显下降，升温速率越大，煤样热解的总产气量越滕州烟煤的实验研究得出: 小颗粒煤最终热解的失大,热解产生气体的速率越大。苏桂秋等1研究得重 量及煤的失重率都高于大颗粒煤，这主要由大颗出:升温速率对煤体热解有很大影响:加热速率增加粒煤加热过程中的热滞后现象引起。由于大颗粒煤会使挥发分的析出产生热滞后现象。而对于不同变的热解 气体析出时所受阻力比较大，导致析出物的质煤种，即使加热速率保持相同而挥发分的析出时二次反 应相应就增多，最终造成大颗粒煤热解产物间也不相同。的量少于小颗粒煤。2.5热解气氛，2.8煤样用量热解气氛主要有:惰性气氛、还原性气氛及氧化在煤的热解过程中，煤样的用量也是影响因素性气氛3种。由于煤样对热解气氛的反应性不同,因之一。升温速率相同，试样量越多.则其所热量就多，此热解气氛会影响到气体产物的组成以及煤焦的反造 成试样的升温较慢，煤体内部产生的气体难以逸应性。文献""主要研究了在不同惰性气氛下煤的热出.从而阻碍热解反应的顺利进行，尤其对于粉末状解特性:相同的煤种在不同载气下进行热解，其挥发煤样,由于其导热性能差，在升温的过程中煤样内部分开始析出时温度、最大析出率所对应温度及时间的温差更大，反应时间更长,滞后现象更加明显需有所区别，但其最大析出率相差很小，说明利用不同试样 温度偏离给定的线性程序温度越大，反应会出的情性气体作载气，对煤热解过程中其挥发分的最现滞后， 这样煤样用量多少就对确定热解产物成分大生成率没有太大影响。文献指出通过对大雁煤、有着- -定的影响。协庄和昔阳煤在N2.CO2及水蒸气热解气氛下进行3结语干馏半焦、气、油和水的产率变化规律的研究得出:从半焦生成率看,600C前3个气氛条件生成率相煤体热解技术是煤炭清洁利用的-一个重要方近N2气氛下生成率最高,水蒸气气氛下略高于CO2向，其热解过程也是一个非常复杂的物理化学变化气氛下半焦生成率:而在600C后水蒸气和CO2气氛过程。煤体热解过程中每个影响热解的因素并未独半焦生成率较以气筑大幅下降同时水类气气氛立作用,热解的过程 是众多因素共同作用的过程，对下降幅度超过CO2从而其半焦产率最差。在3个热第30卷第7期煤炭技术Vol.30,No.07Julv,20112011 年7期.Coal Technologv蒸压粉煤灰普通砖柱性能试验研究冯红卫，张凯伟2(1.新乡学院，河南新乡453003; 2.新基房地产集团公司，河南新乡453003)摘要通过研究分析,得 出蒸压粉煤灰普通砖砌体柱极限承载力试验值都高于理论极限承载力,这说明按照砌体结构设计规范公式计算蒸压粉煤灰普通砖柱的承载力是叮靠的。关键词:蒸压粉煤灰砖;长柱:轴心受压;承载力;高厚比中图分类号:TU398文献标识码:A文章编号:1008- -8725( 2011 )07-0166 -03Research on Performance of Autoclaved Fly Ash Common BrickFENG Hong- wei, ZHANG Kai-wei?(1. Xinxiang University, Xinxiang 453003, China; 2. Xinji Real Egtute Group, Xiniang 453003, China )Abstract:At last, we get that ultimate bearing experimental value of autoclaved fly ash brickmasonry is higher than theoretical ultimate bearing through research and analysis. It was saidthat it is reliable to calculate the load-bearing capacity of autoclaved Ay ash brick and columnby design standard formula of masonry.Key words:autoclaved fly ash brick; long columns; axial compression; carrying capacity; depth-thickness ratio别和高厚比、数量及尺寸如表1所示。表中所列β=60前言的柱子采用和标准试件的测试方法相同，文中直接在对蒸压粉煤灰普通砖和蒸压粉煤灰多孔砖砌引用该课题组前面所做试验相关数据。长柱试件材体烧结普通粘土砖砌体共10根轴心受压长柱试验料强度设计为:蒸压粉煤灰普通砖MU10,砂浆研究的基础上，记录蒸压粉煤灰普通砖砌体轴心受M10，测得与试件同条件养护28 d其抗压强度平均压试件的开裂荷载、破坏荷载以及各级荷载下试件值分别为:蒸压粉煤灰普通砖1.6 MPa,砂浆9.6 MPao表1长柱试件数 量及尺寸的轴向变形,试验过程中对试件裂缝的发生、发展情砌体试件尺寸况和最终裂缝形态进行观察，对各种破坏特征进行B粉煤灰普通砖烧结普通砖(长x宽x高)了描述分析，并与现行规范所采用的烧结普通砖砌370x240x! 500体进行对比分析。绘制了荷载一轴向应变曲线，根据14370x240x2 900370x240x3 400相关曲线得出了一些有意义的结论。1.2 试验装置及测试方法1试件制作与试验方案.试验装置及测点位置如图1所示。柱上端为铰接,限制在柱顶水平方向的位移,柱端与反力架采用1.1砖柱试件制作根据《砌体基本力学性能试验方法标准》(GBJ的连接方式如图2所示。129- 90)"的规定,由2名中级瓦工进行砌筑，试件类2试验现象 及破坏特征煤体热解反应的机理以及影响因素的有效研究是热[8] Suberg raion beveen tr and ertarcabl frmation and crose解技术发展的重要内容，进而可以为未来的煤炭地linking croal Pyrolysis, Fuel, 1985(4).291-296.[9] 骆艳华， 崔平,胡润桥义马煤热解及产物分下热解工业试验提供一定的理论指导。布的研究，安徽I业大学学报,2006,232):160- 168.参考文献:[10] 苏桂秋。 崔畅林，卢洪波，等实验条件对煤热解特性影响的分1朱之培，高晋升，煤化学|M]上海:上:海科学技术出版社，1984.析小能源技术,2004 251):11-13.鼎，文芳.等煤热解持性研究{J煤炭转化，20,28(;8-13 [1] 徐朝芬.向军.胡松.等热解条件对煤的热解行为的影响[J}煤[3] 朱学栋，朱f彬，等煤化程度和升温速率对热分解的影响的研埃转化,2005.24(6):18-24.究[J|煤炭转化.1999 ,22(2):43-47.[12] 土鹏，文芳。 等煤热解特性研究[]煤炭转化.2005.28():8-13.杨海平,陈汉平.鞠付栋。等.热解温度对神府煤热解与气化特性[13] 李保庆宁 夏灵武煤加氢热解的研究小燃科化学学报，1995,23的影响小中国电机工程学报.2008, 28(8):40-45.():57-61.Khan MR. 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