褐煤制备冶金还原气的研究

论文摘要

本文将煤炭转化技术与冶金行业相结合,以褐煤制气替代价格昂贵的天然气、焦炉煤气作为冶金还原气的气源,相对云南缺油少气、褐煤资源比较丰富而言,发展含碳量低的褐煤作为一次能源应用于直接还原冶炼金属工艺具有重要意义。本文选取“褐煤制备冶金还原气的研究”作为研究课题,分别对褐煤进行热重分析试验、热解试验和气化试验,旨在为冶金还原气制备工艺气源方面提供相关基础数据和工艺方案。采用热重分析仪对昭通褐煤非等温热解特性及动力学进行了研究,得出该褐煤热解可分为130℃～300℃、300℃～750℃、750℃～1100℃三个阶段,各阶段的反应级数近似为1级,且反应活化能呈递增趋势,依次分别为12.677KJ/mol、42.253KJ/mol和57.777KJ/mol。最大失重温度Tmax为436℃,最大失重速率（dw/dT）max为0.55.min-1。对昭通褐煤进行热解实验研究,分析了升温速率和热解温度对褐煤热解煤气成分、煤气热值和产气得率的影响规律。得出随着热解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,H2和CO的含量逐渐增多,CH4的含量先增加后减少,煤气热值和煤气产率提高；同热解温度下,随着升温速率提高,煤气中的CO2含量逐渐减少,CO含量逐渐增多,CH4含量逐渐减少,对H2含量的影响不大,热解煤气热值和产量均有所增多,增加幅度都是由大变小。实验阶段获得的最高热值工艺条件为：热解温度是650℃,升温速率是15℃/min,煤气低热值为9.27MJ/m3。对褐煤半焦气化过程进行实验研究,实验以O2/水蒸气作为气化剂,可知随着气化温度的提高,在生成的煤气组成中CO和H2含量增加,而CO2和CH4的含量减少,煤气热值和合成气产率均增加；在温度一定时,随着氧气流量的增加,煤气中CO含量和H2含量先增加然后逐渐减少,CO2含量增加,CH4含量减少,煤气热值和合成气产率均存在一个最大值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 中国及云南省褐煤资源分布
• 1.3 国内外煤炭热解技术发展现状
• 1.4 褐煤热解产品的应用
• 1.5 国内外煤气化技术发展现状
• 1.6 煤气主要应用领域
• 1.7 冶金还原气概述
• 1.8 研究的目的、意义及研究内容
• 1.8.1 研究的目的及意义
• 1.8.2 研究的内容
• 第二章 理论基础和实验设备
• 2.1 煤热解理论基础
• 2.1.1 煤热解工艺分类
• 2.1.2 煤热分解的过程
• 2.1.3 褐煤热解的影响因素
• 2.2 热分析理论
• 2.2.1 热重法（TG）的理论基础
• 2.2.2 差热分析DTA的理论基础
• 2.2.3 差示扫描热量法的理论基础
• 2.3 煤气化理论基础
• 2.3.1 煤焦气化过程中的化学反应
• 2.3.2 焦气化动力学及其模型
• 2.4 实验煤样和装置及设备
• 2.4.1 热解实验煤样
• 2.4.2 气化实验煤样
• 2.4.3 实验装置和方法
• 第三章 热重分析试验
• 3.1 热分析仪器及试验条件
• 3.2 试验结果和讨论
• 3.2.1 热解特征分析
• 3.2.2 动力学分析
• 3.2.3 动力学参数的求解
• 3.3 小结
• 第四章 褐煤热解实验的研究
• 4.1 实验结果分析和讨论
• 4.1.1 热解温度对热解煤气成分的影响
• 4.1.2 升温速率对热解煤气成分的影响
• 4.1.3 热解温度和升温速率对热解煤气热值的影响
• 4.1.4 热解温度和升温速率对热解煤气产量的影响
• 4.2 小结
• 第五章 褐煤半焦气化实验的研究
• 5.1 实验结果分析和讨论
• 5.1.1 气化温度的影响
• 5.1.2 氧气量的影响
• 5.2 小结
• 第六章 褐煤气化应用与直接还原铁的估算
• 6.1 煤制气制取冶金还原气优势
• 6.2 煤气化制取冶金还原气的工艺
• 6.2.1 BL法直接还原工艺
• 6.2.2 HYL-ZR工艺
• 6.3 煤制气直接还原铁工艺的选择
• 6.3.1 原料条件
• 6.3.2 煤气化工艺的选择
• 6.3.3 直接还原工艺的选择
• 6.4 煤制气直接还原工艺的相关计算
• 6.4.1 煤气化工艺煤耗估算
• 6.4.2 直接还原铁工艺耗粗煤气量估算
• 6.4.3 褐煤直接还原铁工艺经济估算
• 6.5 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文