新疆五彩湾不粘煤气力分级及其热解制备兰炭初步研究

【摘要】：中国科学院过程工程研究所提出了一种新型的煤炭热转化工艺—低阶煤分级热解提质工艺。该工艺结合移动床、流化床及输送床于一体,借助不同大小颗粒的沉降速度差异,可对粒径≤50mm宽粒径分布煤颗粒进行热解。针对该工艺的特点,分别在二床(流化床-输送床)耦合装置和三床(移动床-流化床-输送床)耦合装置中对粒径≤10mm窄粒径分布煤颗粒和粒径≤50mm宽粒径分布煤颗粒的气力分级特性进行研究,同时考察了20~50mm大颗粒煤热解制兰炭工艺条件。 以粒径≤10mm窄粒径分布煤颗粒为对象,在集成流化床、输送床于一体的二床耦合连续进料复合冷态分级装置中,考察了输送床的表观气速、颗粒无因次速度、进料口位置、进料速率以及流化床内部构件对煤颗粒的气力分级特性的影响,确立了该装置实现分级的最佳分割粒径d0,以及d0=1~8mm颗粒的最优分级条件。结果表明:在复合床中自上部输送床段进料有利于颗粒的带出和提高颗粒分级效率;低颗粒进料速率时对d0=1~4mm颗粒的分级效果更佳;在流化床中设置竖直挡板抑制了颗粒的带出,降低了颗粒的分级效率;针对不同分割粒径颗粒的分级均有其最佳的无因次分级速度,随着分割粒径增大,其分级最优无因次速度降低,最大效率存在极大值;该装置实现分级的最佳分割粒径d_0=4mm,其对应的输送床表观气速为6.55m·s~-1。 以粒径≤50mm宽粒径分布煤颗粒为对象,在集成移动床、流化床和输送床于一体的三床耦合连续进料复合冷态分级装置中,对煤颗粒的气力分级性能进行研究。主要考察Um=0.42和0.48m·s~-1时三床的颗粒分配和不同气速条件下床层压降分布,得出了移动床层中压降随气速和高度的变化。研究结果表明:该装置具有一定的分级性能;在一定的气速条件下,移动床中压降随着高度的增大呈线性增大,流化床、提升管中,压降保持稳定。 在流化床热解反应器中,考察热解温度、热解时间、氧气浓度、颗粒粒径及热解介质对半焦产率、固定碳含量、灰分、挥发分及反应性的影响,得出热解温度为1123K时,不同条件下煤颗粒热解制半焦达到兰炭要求所需的最短停留时间。研究结果表明:原料煤中的灰分含量较低,实验条件下热解制得半焦中灰分均小于14%,满足兰炭制备要求;热解温度增大,热解时间延长,氧气浓度增大,颗粒粒径减小时,热解颗粒中心温度增大,半焦产率及挥发分降低,固定碳及灰分增大,半焦反应性降低;Al_2O_3小球作为固定床层时,颗粒中心温度较低,半焦产率及反应性较高;石英砂作为流化介质时,颗粒中心温度较高,半焦的固定碳含量较高,反应性较低。 【关键词】：低阶煤 热解工艺 分级热解 气力分级 兰炭
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ536
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-23
• 1.1 新疆低阶煤资源利用现状9-10
• 1.1.1 新疆低阶煤提质利用的必要性9
• 1.1.2 新疆低阶煤热解制兰炭技术背景9-10
• 1.2 国内外典型的低阶煤热解工艺10-19
• 1.2.1 Toscoal 工艺10-11
• 1.2.2 ATP 工艺11-12
• 1.2.3 LFC 工艺12-13
• 1.2.4 日本粉煤快速热解工艺13-14
• 1.2.5 LR 工艺14-15
• 1.2.6 ETCH 工艺15-16
• 1.2.7 MRF 工艺16
• 1.2.8 DG 工艺16-17
• 1.2.9 “煤拔头”工艺17-19
• 1.2.10 技术比较与展望19
• 1.3 课题来源及研究意义19-21
• 1.3.1 中科院过程所低阶煤分级热解工艺提出19-21
• 1.3.2 课题目的及意义21
• 1.4 研究内容及方案21-23
• 2 基于窄粒径分布煤颗粒的二床耦合气力分级特性研究23-37
• 2.1 实验部分23-27
• 2.1.1 煤样粒径分布及其工艺划分23
• 2.1.2 实验装置23-25
• 2.1.3 实验过程25
• 2.1.4 分析计算方法25-27
• 2.2 结果与讨论27-35
• 2.2.1 气速对颗粒分级性能的影响27-31
• 2.2.2 进料口位置对颗粒分级性能的影响31-32
• 2.2.3 进料速率对颗粒分级性能的影响32-34
• 2.2.4 内部构件对颗粒分级性能的影响34-35
• 2.3 小结35-37
• 3 基于宽粒径分布煤颗粒的三床耦合气力分级特性研究37-42
• 3.1 实验部分37-39
• 3.1.1 煤样的粒径分布及其工艺划分37
• 3.1.2 实验装置37-39
• 3.1.3 实验过程39
• 3.1.4 分析计算方法39
• 3.2 结果与讨论39-41
• 3.2.1 复合床层中气速的计算39-40
• 3.2.2 移动床压降随气速的变化40
• 3.2.3 三床耦合分级颗粒产物分配40-41
• 3.2.4 床层压降随全床高度的变化41
• 3.3 小结41-42
• 4 大粒径煤颗粒热解制兰炭工艺研究42-56
• 4.1 实验部分42-46
• 4.1.1 煤质分析42
• 4.1.2 实验装置42-43
• 4.1.3 实验过程43-44
• 4.1.4 分析计算方法44-46
• 4.2 结果与讨论46-55
• 4.2.1 热解温度对半焦产率及其品质的影响46-47
• 4.2.2 氧气浓度对半焦产率及其品质的影响47-48
• 4.2.3 粒径对热解半焦产率及其品质的影响48-49
• 4.2.4 热解介质对半焦产率及其品质的影响49-50
• 4.2.5 热解时间对半焦产率及其品质的影响50-55
• 4.3 小结55-56
• 5 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-62
• 符号说明62-64
• 硕士期间发表论文情况64-65
• 致谢65

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