煤拔头中低温快速热解烟煤半焦的孔隙结构.pdf

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煤拨头中低温快速热解烟煤半焦的孑L隙结构前言岫的大同烟煤拔头半焦的燃烧反应特性的研究发现，申春梅1’2，吴少华1，林伟刚2发剧21．中国科学院过程工程研究所郭慕孙院士【3】提出宋文立21我国富煤少油气，液体燃料短缺已成为制约我国经济持续快速发展的重要因素【l】，因此高效清洁地利用丰富的煤炭资源生产清洁油品、合成燃料及化学品已是我国能源领域的重大课题，目前已提出多种技术，并得到的煤拔头技术，采用中低温快速热解方式，从年轻煤炭中提取油气，剩余固体半焦再用于燃烧，在提高年轻煤炭综合利用率的同时，得到了急需的液体燃料．目前该技术已成功与循环流化床锅炉相结合[“】．为拓宽煤拔头工艺应用前景，考虑到粉煤锅炉在我国火力发电行业占据大量市场，提出了煤拔头工艺与粉煤锅炉燃烧集成方案，拔头半焦的燃烧特性是其实现的基础研究之一．煤和煤焦都是具有复杂表面特性的多孔性燃料，在燃烧反应过程中，具有发达孔隙结构的煤颗粒一方面为气体反应物的扩散提供路径，另一方面孔表面积特别是微孔表面积为反应场所【7-101．Shen等㈣对粒径小于180虽然在所有半焦中850℃半焦的挥发分含量最低、燃料比最大，但其总孔体积和总孔比表面积最大，使该半焦的整体平均表观活化能不是最大，即该半焦的整体燃烧反应性不是最弱，证明了拔头半焦孔隙结构对其反应性有重要影响．因此，研究煤拔头中低温快速热解过程中半焦孔隙结构的发展变化及其原因，有助于进一步阐明拔头工艺条件与拔头半焦燃烧反应特性之间的关系及作用机理．前人[7-10,12-151已对不同煤种和不同转化条件下煤焦的孔隙结构做过大量研究，结果表明，不同煤种、不同条件下所得煤焦具有不同的孔隙结构．在煤拔头工艺中，煤粉在中低温快速热解条件下热解．本工作针对大同烟煤在煤拔头工艺中低温快速热解条件下孔隙结构发展变化及其原因进行探讨，采用低温氮吸附法对原煤和半焦的孔隙结构进行测量，采用扫描电镜对原煤和半焦的表面形态进行观察．在利用低温氮吸附实验数据对热解煤焦孔隙结构进行分析时，最常用的方法是在采用低温氮吸附法获得热解煤焦的等温吸、脱附曲线后，根据等温线脱附分支数据，采用Barrett-Johner-Halenda(BJH)方法计算获得样品的孔径和孔比表面积分布，采用BET理论求得样品的BET比表面积[13,16-19】．煤和煤焦的吸附等温线基本都属于II型吸附等温线，表明其孔隙结构中不仅有微孔，也有中孔和大孔【13,19,20]．BJH方法是用于求解中孔孔径分布的经典方法【211，非定域密度函数理论(NonlocalTheory,NLDFT)贝,O是从分子水平上描述受限于孔内的流体行为，可将吸附质气体的分子性质与其在不同尺寸孔内的吸附性能关联起来，因此，NLDFT表征孔径分布的方法适用于微孔和中孔[22埘】．本工作对BIH和NLDFT结果对比分析后进行选择．对真实的固体表面，BET吸附等温式仅在一定的相对压力范围内成立，许多固体表面在相对压力0．05,-0．35范围内的吸附等温线满足BET吸附等温式【211，但该值是实验经验值．本工作在确定样品的相对压力范围时，根据BET理论对等温吸附数据进行处理，求出了满足BET吸附等温式的相对压力范围．过程工程学报摘要：利用喷动载流床模拟煤拔头工艺，在550，650，750和850℃热解温度下对大同烟煤进行热解得到拔头半焦．采用氮吸附法对该烟煤及其半焦的孔隙结构进行了研究．结果表明，拔头半焦的孔隙发达度都弱于原煤；由低到高4个热解温度下挥发分析出率(y)依次为7．89％，21．79％，22．12％，39．33％，中孔尺寸随y增加而减小，微孔和大孔尺寸及总孔体积和总孔比表面积基本随y增加而增加；550℃时挥发分的析出对孔隙结构的发展无明显有利影响．从原煤到半焦(热解温度由低到高)，样品满足BET吸附等温式的相对压力范围依次为0．101,0．351，0．093-0．201，0．072-0．152，O．032-0．053．0．058-0．108，BET比表面积与NLDFT总孔比表面积变化趋势一致．关键词：孔隙结构；煤拔头半焦；氮吸附；热解中图分类号：TK224．1文献标识码：A文章编号：1009-606X(2010)03--0522-08第lO卷第3期2010年6月(1．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨015001．2．中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190)DensityFunctional收稿日期：2010-05—10，修回日期：2010-4)6-07基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2006AA052312；2007AA0523331)：多相复杂系统国家重点实验室开放课题资助项目作者简介：申春梅(198l-)，女，河南省永城市人