论文摘要
低阶煤在我国煤炭资源中占有重要的地位。近些年来,低阶煤的开发利用成为国内煤化工产业的热点。基于采用干熄焦等工业生产中的高温气体作为气体热载体,同时也作为低阶煤热解热量来源的设计思路,分别通过高效气体热解反应器和绝热气体载热热解反应器考察黑山低阶的热解特性,确定最优气体载热热解工艺参数,并对绝热气体载热热解反应系统进行物料衡算和能量衡算,以此作为工艺设计的基础。建立气体热载体填充床内部传热模型和热解模型。得到整个填充床层内部的温度分布,并由此通过建立合适的热解机理和模型,最后得到相关的反应动力学参数。针对低阶煤气体热载体热解技术放大相关设备参数要求,研制了一套气体热载体低阶煤连续热解系统,以满足后续多种褐煤煤样热解试验以及优化选择热解工艺条件的需要。1、采用自主研发的绝热式气体载热100g反应器及其焦油回收系统,对低阶黑山煤热解失重和焦油生成特性进行了研究,研究表明：气体载热煤热解中,载热气体具有直接碰撞煤料换热和携带热解产物焦油的特性,采用绝热式气体载热反应器比采用单炉壁铝甑解热黑山煤增收焦油23.22%,热解完成时间只需后者的1/3,其传热明显优于单炉壁传热,传质过程明显强化,；小粒径煤热解床层中气固换热集中于气体入口处煤料,并形成高温层,而低温层煤料热解不完全,失重率和焦油产率低；气固比和热载气体入口温度增加,热解速率加快,气固比大于0.01 L·（g·min）-1时,传热影响减缓,失重率和焦油产率趋于稳定；气体载热黑山煤热解优化条件为,粒径3-10mm,气固比0.01L·（g·min）-1,载热气体入口温度600℃,料层厚度70mm,热解基本完成需30min。2、相对于辐射传热,气体热载体有更好的传热速率,焦油产率随煤的升温速率增加而增加,半焦产率和煤气产率均随之减小。煤气产率和半焦产率随终温增加而减小,焦油产率随终温增加而增加。5、气流与填充床层间能快速传热传质,黑山煤在气体热载体热解反应器中的热解反应是随着气流方向而逐层进行的,直至热解完成。建立气体热载体填充床的传热模型T=aqτ+T0,通过偏微分方程求解得到的反应器内界面温度计算值与测量值较为符合。6、由计算得到的气体热载体热解反应器内界面温度分布,选用一维扩散热解模型,动力学机理函数f（α）=1/2α-1,可得到热解终温为500℃、550℃和600℃时的气体热载体低阶煤热解挥发分脱除动力学的相关参数,活化能和频率因子均随终温增加而减小。7、气体热载体连续热解系统处理能力为9kg/hr,气固比为3.33 Nm3/kg,煤料停留时间为20min,反应器内径为150mm,空速为5708hr-1,满足设计要求；热试得到了相关的具体操作参数,热试结果表明,1#反应器达到干燥终温为250℃的设计要求,2#反应器达到热解终温为470℃、500℃和539℃的设计要求。