海拉尔褐煤的热解机理与流化床气化特性

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基于我国“缺油,少气,富煤”的国情与日益增长的环境问题,开展洁净煤利用技术成为重中之重。在优质煤储量大幅减少的情况下,发展褐煤气化技术逐渐成为了国内外学者的研究重点。基于褐煤本身特性以及褐煤利用技术存在的不足,本论文总结分析了国内外有关煤热解和气化的研究进展,确定了煤气化过程的主要影响因素,以海拉尔褐煤为原料,分别从热解基础特性、流化床气化实验、模拟计算优化等方面展开研究。为将来褐煤气化技术的研发和混合燃料利用技术的开发奠定基础。本文首先利用TG-FTIR和Py-GC/MS检测技术对褐煤的热解转化特性进行分析。根据TG/DTG曲线将褐煤的热解过程分成四个阶段,确定褐煤的主要热解阶段发生在430620℃范围内,最大失重峰出现在500℃。根据FTIR得到的红外光谱图对热解产物进行探究,分析了CH4、CO、CO2以及重要官能团的演化过程,确认了褐煤母体中的官能团结构对析出气体有很大影响。另外,结合Py-GC/MS技术,分析烃类物质和杂原子化合物在热解过程中的变化趋势,推导了多环芳烃在褐煤热解过程中存在的三类转化路径。然后,在自行设计搭建的流化床实验台上,进行褐煤流化床气化实验,考察气化温度、空气当量比(ER)和水蒸气煤质量比(S/F)对产气组分、产气热值、气化效率以及碳转化率的影响。结果表明:随着温度升高,主要可燃气体H2与CO增加,CO2含量下降,合成气热值、气化效率和碳转化率都有所提高;空气量的增加使得H2与CH4含量下降,CO先增加后减少,产气热值与气化效率下降,但碳转化率随ER增加而增加;随着水蒸汽量的增加,H2与CO2含量显著增长,CO持续减少,产气率与碳转化率也都呈现上升趋势。最后,以褐煤流化床气化实验数据为依据,利用化工模拟软件Aspen Plus建立了褐煤气化模型,验证了模拟值与实验值基本吻合。通过优化模块,确定了当T=900℃,ER=0.24,S/F=0.14时,可以获得产气热值达到6.47MJ/Nm3的气化合成气。
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