間熱徑向流反應(yīng)器料層厚度對(duì)煤熱解特性的影響

胡二峰，武榮成，張純，郭二衛(wèi)，付曉恒，許光文

(1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所多相復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

引 言

低階煤燃前通過(guò)熱解提取其焦油組分是一種工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的高值化梯級(jí)利用途徑。數(shù)十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的、以提高煤熱解焦油產(chǎn)率和品質(zhì)為目標(biāo)的研究工作，分為針對(duì)煤熱解特性的基礎(chǔ)研究和以反應(yīng)器為核心的多種煤熱解工藝的技術(shù)開(kāi)發(fā)。在基礎(chǔ)研究方面，既包括有煤質(zhì)本身對(duì)熱解特性影響方面的研究，也有操作條件對(duì)熱解產(chǎn)物分布方面的研究。如Alonso 等[1]研究了不同煤階類(lèi)型對(duì)煤熱解動(dòng)力學(xué)的影響，Cui 等[2-3]研究了煤粒徑對(duì)熱解特性的影響，F(xiàn)ranklin 等[4]研究了煤中礦物成分和含量對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響，Yang[5]研究了不同氣氛下的煤熱解產(chǎn)物分布，Chang 等[6]研究了升溫速率對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響，煤質(zhì)組成和反應(yīng)操作條件[7-13]的研究也表明其對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布均有顯著影響?；趯?duì)煤熱解特性的基本認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)了多種煤熱解工藝技術(shù)，包括利用瓷球固體熱載體轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器的Toscoal 煤低溫?zé)峤夤に嘯14]，利用氣體熱載體回轉(zhuǎn)窯熱解器的Encoal 工藝[15]，集成內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)干燥爐-外熱式回轉(zhuǎn)熱解爐的多段回轉(zhuǎn)窯工藝，基于多級(jí)流化床干燥-熱解反應(yīng)器的COED 工藝[16-17]，SJ 直立干餾爐生產(chǎn)蘭炭與焦油工藝，以及利用熱焦為固定熱載體的DG 熱解工藝等[18-19]。在這些由小試基礎(chǔ)研究到技術(shù)中試或工業(yè)示范的過(guò)程中，均發(fā)現(xiàn)了熱解產(chǎn)物分布與品質(zhì)隨反應(yīng)的規(guī)?；蛭锪狭康牟煌霈F(xiàn)明顯差異，特別是工藝放大后的示范過(guò)程往往存在焦油產(chǎn)率低、含塵高、品質(zhì)差等問(wèn)題，影響了煤熱解技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。這些現(xiàn)象說(shuō)明，從小試基礎(chǔ)研究到中試或工業(yè)應(yīng)用的熱解技術(shù)放大過(guò)程中，存在著物料量的放大效應(yīng)問(wèn)題。由于缺乏煤熱解過(guò)程中有關(guān)煤層料量對(duì)反應(yīng)特性影響的研究與認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。因此，開(kāi)展反應(yīng)器中徑向和軸向上煤料層厚度等填充特性對(duì)煤熱解過(guò)程及產(chǎn)物分布的影響研究對(duì)于煤熱解新技術(shù)的放大應(yīng)用具有重要意義。

中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所最近研究了徑向流內(nèi)構(gòu)件固定床反應(yīng)器中煤熱解的特性[20]，通過(guò)利用內(nèi)構(gòu)件強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)傳熱和調(diào)控氣體流動(dòng)與反應(yīng)器溫度場(chǎng)等匹配關(guān)系，顯著提高了煤熱解焦油的產(chǎn)率與品質(zhì)，且熱解焦油中含塵量極低，同時(shí)獲得了高品位熱解氣，顯示出了良好的應(yīng)用前景。針對(duì)該反應(yīng)器，也需要優(yōu)化確定其煤層厚度。因此，本文進(jìn)一步研究徑向流反應(yīng)器中煤料厚度對(duì)煤熱解特性的影響規(guī)律，揭示增大煤料量但又確保熱解產(chǎn)物收率與品質(zhì)的可能性，為技術(shù)放大提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

實(shí)驗(yàn)針對(duì)黑龍江依蘭長(zhǎng)焰煤，其工業(yè)分析和元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，可見(jiàn)雖然其灰含量較高，但揮發(fā)分含量仍達(dá)到28.56%（質(zhì)量）（相對(duì)干基煤），葛金分析的焦油收率8.94%（質(zhì)量）。實(shí)驗(yàn)前將原煤破碎到5 mm 以下，裝密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus

實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示，小型方形固定床反應(yīng)器采用316 不銹鋼材質(zhì)，尺寸為120 mm×120 mm×300 mm，采用硅碳棒電爐加熱。為實(shí)現(xiàn)在較小反應(yīng)器內(nèi)考察盡可能大范圍的煤料層厚度的影 解氣流出通道從而構(gòu)成徑向流反應(yīng)器。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)集氣通道位置可在45～105 mm 內(nèi)調(diào)整煤層厚度，考察不同料層厚度對(duì)煤熱解特性的影響。反應(yīng)器的前后面僅保溫，由于加熱器的加熱表面（150 mm×150 mm）比反應(yīng)器的被加熱壁大，基本可以保證對(duì)加熱表面的均勻加熱。

實(shí)驗(yàn)前先將熱解氣的冷卻、吸收等后處理系統(tǒng)連接好并檢查氣密性，然后將裝好煤料的反應(yīng)器放入電爐中并與熱解氣冷卻、吸收系統(tǒng)相連。電爐通電升溫并開(kāi)始計(jì)時(shí)，煤熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物經(jīng)集氣通道從反應(yīng)器底部出來(lái)，經(jīng)過(guò)冷凝器冷卻后收集到大部分焦油和水，而煤氣中的輕焦油由浸在冰水浴中的丙酮瓶吸收。熱解煤氣經(jīng)過(guò)濕式流量計(jì)計(jì)量，并每隔10 min 取氣樣分析氣體組成。前期研究表明，實(shí)驗(yàn)用依蘭煤熱解溫度達(dá)到500℃時(shí)已無(wú)焦油產(chǎn)出，因此，本實(shí)驗(yàn)以反應(yīng)器靠近中心集氣腔的煤料升到500℃為反應(yīng)完成時(shí)間，電爐斷電，冷卻，倒出半焦稱(chēng)重。冷凝瓶中收集到的焦油和水用傾倒法分出水并分別計(jì)量。反應(yīng)器出口管路、冷凝器及冷凝瓶用丙酮清洗，得到的液體經(jīng)過(guò)濾后與丙酮吸收瓶中溶液合并，用減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸出溶劑，得到的油品與之前冷凝瓶中的焦油合并稱(chēng)重、加甲苯進(jìn)行共沸分水處理，根據(jù)分出的水量計(jì)算無(wú)水焦油產(chǎn)量，并合并計(jì)算總產(chǎn)水量。

實(shí)驗(yàn)中，熱解氣樣通過(guò)Agilent Micro-3000 微型氣相色譜檢測(cè)其中的各組分摩爾含量（主要檢測(cè)H2、CH4、CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等）。焦油脫水脫溶劑丙酮后通過(guò)Agilent 7890 AGC 模擬蒸餾分析其組分餾程。本文定義煤焦油中沸點(diǎn)低于360℃的組分為輕組分，高于360℃的組分為重質(zhì)組分，通過(guò)上海昌吉XRY-1B 氧彈熱量?jī)x測(cè)量半焦熱值。除非特別指明，所有收率指相對(duì)干基煤的質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 煤料升溫特性

表1 實(shí)驗(yàn)用煤的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal used in experiments

圖2 內(nèi)部煤料升溫曲線Fig.2 Heating curve of coal in reactor

響，采用反應(yīng)器一側(cè)加熱而其相對(duì)的另一側(cè)設(shè)置熱煤升溫速率對(duì)熱解產(chǎn)物分布，特別是對(duì)焦油產(chǎn) 率影響顯著。本文實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同料層厚度反應(yīng)器中煤料層溫度最低處（距加熱壁最遠(yuǎn)、貼近集氣通道的煤料，定義為內(nèi)部煤料）升溫曲線，如圖2所示。

從圖中可以看出，各厚度條件下煤料均可較快達(dá)到100℃，然后，隨煤層厚度的增加，煤料完成脫水時(shí)間（超過(guò)100℃時(shí)的拐點(diǎn)）以及達(dá)到500℃的結(jié)束反應(yīng)時(shí)間都相應(yīng)增加了，但時(shí)間差異有所不同。相對(duì)于其他料厚，45 mm 厚度時(shí)內(nèi)部煤的脫水恒溫段顯著短些，完成脫水總計(jì)35 min，恒溫段只有10 min，而且達(dá)到反應(yīng)終溫也明顯更快，總計(jì)105 min完成反應(yīng)。當(dāng)料層厚度由45 mm 增到60 mm 時(shí)，恒溫脫水段明顯增加了23 min。而在60～105 mm厚度區(qū)間，內(nèi)部煤料隨著料厚增加，其脫水時(shí)間相應(yīng)增加幅度變?。ê穸让吭黾?5 mm，100℃恒溫脫水時(shí)間延長(zhǎng)約10 min，但由90 mm 增到105 mm時(shí)差別要小些），達(dá)到反應(yīng)終溫時(shí)間隨著料層變厚其增加幅度也呈變小趨勢(shì)，60 mm、75 mm、90 mm和105 mm 厚時(shí)完成反應(yīng)時(shí)間分別為123 min、152 min、170 min 和188 min。更直觀的比較是，當(dāng)煤料厚度由45 mm 增加到90 mm，即增加了1 倍時(shí)，完成反應(yīng)時(shí)間只由105 min 增加到170 min，遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到時(shí)間增倍，由此可推知，料層厚度增加后有利于提高反應(yīng)器的體積處理效率。產(chǎn)生上述升溫特性的原因是，徑向流反應(yīng)器中的傳熱方式不僅包括固料間的熱傳導(dǎo)和輻射，還有明顯氣-固間的傳熱，即：在熱解氣由高溫區(qū)橫向穿過(guò)低溫料層流向集氣通道過(guò)程中其所攜帶熱量會(huì)逐漸傳遞給低溫煤料，特別是煤升溫、熱解過(guò)程中產(chǎn)生一定量水蒸氣，穿過(guò)低溫煤料時(shí)放出大量自身攜帶的熱量，使得各料層厚度條件下的煤料均可在較短時(shí)間內(nèi)升溫至100℃。但料層越厚，反應(yīng)器內(nèi)煤量越多，導(dǎo)致煤所含的總水量就越多，最終在100℃脫水階段所需熱量越多，因此料層越厚的反應(yīng)器脫水時(shí)間越長(zhǎng)，表現(xiàn)為各料厚條件下升溫至100℃均較快，但脫水時(shí)間差異較大。此后，干燥的煤料及煤熱解產(chǎn)生的半焦與熱解氣的傳熱和升溫特性也在不斷變化。可見(jiàn)，徑向流反應(yīng)器中傳熱方式多樣，而且升溫?zé)峤膺^(guò)程中固料組成在變、熱解氣組成及產(chǎn)生量也在變，總的傳熱速率也就隨之不斷變化，由此導(dǎo)致了不同厚度煤料的上述升溫特性。

2.2 熱解產(chǎn)物分布

不同厚度條件下，反應(yīng)器內(nèi)煤料熱解反應(yīng)產(chǎn)物分布如圖3所示?？梢钥闯?，焦油產(chǎn)率隨煤料厚度的增加而降低，但下降幅度呈減緩趨勢(shì)，熱解氣和水的產(chǎn)率則隨厚度的增加而增加。例如，當(dāng)煤料厚度從45 mm 增到60 mm 時(shí)，焦油產(chǎn)率由7.17%快速下降到6.68%，厚度進(jìn)一步增加到75 mm、90 mm和105 mm 時(shí)，焦油產(chǎn)率分別下降到6.50%、6.37%和6.26%。即厚度從45 mm 增加到105 mm 使焦油產(chǎn)率下降了12.70%，而同時(shí)氣體產(chǎn)物產(chǎn)率由5.91% 增加到7.90%，大幅上升了27.20%，熱解水產(chǎn)率由6.96%增加到8.85%，相對(duì)提高了33.70%，半焦產(chǎn)率則由79.96%下降到76.99%，相對(duì)下降了3.70%。

圖3 煤層厚度對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響Fig.3 Effect of coal bed thickness on yields of pyrolysis products

煤料升溫速率的差異及焦油組分發(fā)生二次裂解程度的不同是導(dǎo)致上述結(jié)果的主要原因。由不同料厚條件下的煤料升溫特性可知，料層越厚其內(nèi)部煤的升溫速率越慢，這會(huì)使焦油產(chǎn)率降低。而煤熱解時(shí)產(chǎn)生的含焦油組分的熱解氣從高溫區(qū)向低溫區(qū)流動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)焦油組分沸點(diǎn)的不同，較重組分會(huì)逐漸在較低溫煤料上冷凝。隨著反應(yīng)器內(nèi)升溫?zé)峤膺M(jìn)程，低溫煤料溫度逐漸升高，被冷凝截留的較重焦油組分又重新蒸發(fā)和裂解為輕質(zhì)油組分和H2O、H2、CH4等小分子氣態(tài)產(chǎn)物逸出，同時(shí)也會(huì)發(fā)生部分聚合、焦化而沉積下來(lái)，導(dǎo)致焦油量下降、水和氣體產(chǎn)物上升，并且煤料越厚這些效果越明顯。但各厚度煤料均可較快升溫到100℃，使得一部分輕焦油組分較容易以氣態(tài)或氣溶膠形式穿過(guò)料層逸出，使料厚對(duì)焦油的冷凝截留作用有所減弱，加之隨著煤料厚度增加到一定程度，內(nèi)部煤的升溫速率差異在縮小，升溫速率不同導(dǎo)致的焦油生成量的差異也在縮小，因而總的結(jié)果是，焦油產(chǎn)率隨煤料厚度的增加而降低，但下降幅度呈減緩趨勢(shì)。半焦產(chǎn)率隨煤料厚度增加而降低是因?yàn)?，煤料越厚則加熱反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，更多的煤被加熱到高溫產(chǎn)氣階段，固體產(chǎn)率就降低了。

2.3 熱解油氣特性分析

圖4 煤層厚度對(duì)輕焦油產(chǎn)率的影響Fig.4 Effect of coal bed thickness on yield of light tar

圖4表明了熱解焦油中360℃以下輕焦油組分含量與料層厚度間的關(guān)系?？梢?jiàn)，隨徑向流反應(yīng)器中煤料厚度的增加，焦油中輕焦油含量也相應(yīng)有所提高。在其他條件相同情況下，煤料厚度從45 mm 增加到105 mm 時(shí)，焦油中輕焦油含量由67.0%增 加到72.7%。根據(jù)此前研究結(jié)果，徑向流反應(yīng)器的焦油產(chǎn)率及其中輕組分含量均高于常規(guī)的軸向流反應(yīng)器，本文研究則表明，徑向流反應(yīng)器中煤料厚度的增加會(huì)使焦油產(chǎn)率下降但其中輕焦油組分含量會(huì)有所提高，這些都緣于焦油重組分在徑向反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)生-冷凝-裂解過(guò)程，因此，對(duì)于需要同時(shí)考慮焦油產(chǎn)率與品質(zhì)的煤熱解工藝，應(yīng)優(yōu)選徑向流反應(yīng)器，并在其設(shè)計(jì)中充分考慮料層厚度的影響。

圖5對(duì)比了徑向流反應(yīng)器中不同煤料厚度條件下熱解氣中主成分H2、CH4和CO 濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化情況?？梢?jiàn)，不同煤料厚度條件下，H2濃度均隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，對(duì)于CH4和CO，其濃度隨反應(yīng)時(shí)間均呈下降趨勢(shì)；煤料厚度的影響主要體現(xiàn)在，各反應(yīng)時(shí)間段所生成的熱解氣組成不同，直至終止反應(yīng)時(shí)熱解氣組成卻相近了。例如，對(duì)熱解氣中H2、CH4和CO 濃度的變化速率上，料層越厚，氣體組成變化越緩慢，但反應(yīng)終止時(shí)，最終H2濃度變化不大，煤料厚度由45 mm 增加到105 mm時(shí)，H2濃度只由36.4%略微增加到38.1%，而不同料層厚度下生成的CH4濃度也很接近，均在30%左右，同樣，CO 濃度也差別不大，均在7%左右。

圖5 不同煤層厚度熱解的熱解氣中H2、CH4 和 CO 濃度變化Fig.5 Variation of H2,CH4 and CO in gas composition for pyrolysis with different coal bed thicknesses

將不同厚度煤料熱解所得氣體產(chǎn)物各自匯集、計(jì)算其平均組成情況，結(jié)果見(jiàn)圖6?？梢?jiàn)，隨著料層厚度的增加，氣體產(chǎn)物中各組分的含量也相應(yīng)變化：H2含量逐漸增多，由45 mm 料厚時(shí)的28.5%增加到105 mm 料厚時(shí)的40%左右；而CH4含量逐漸減少，由45 mm 料厚時(shí)的36%減少到105 mm 料厚時(shí)的27.5%；CO 和CO2濃度波動(dòng)較小且無(wú)明顯規(guī)律。導(dǎo)致上述結(jié)果的主要原因是：根據(jù)已知研究結(jié)果[22]，煤熱解溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，則因烴類(lèi)裂解生成的H2越多而CH4及C2+C3越少。當(dāng)料層越厚，煤加熱反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，有更多煤料較長(zhǎng)時(shí)間在高溫區(qū)反應(yīng)，因而會(huì)產(chǎn)生較多的H2，而 CH4和C2+C3含量有所減少。在惰性氣氛下基本無(wú)煤氣化反應(yīng)時(shí)，CO 生成量一般隨溫度變化不大；而CO2主要來(lái)自于煤中羧基分解和無(wú)機(jī)碳酸鹽分解，前者分解溫度較低而后者需較高溫度分解，但潛在可生成的CO2量是一定的，當(dāng)?shù)突颐簾峤鈺r(shí)，CO2主要來(lái)自煤炭，隨溫度的升高、反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，生成的熱解氣總量會(huì)增加，導(dǎo)致CO2占比下降；當(dāng)高灰煤熱解時(shí)，除了煤，伴生的無(wú)機(jī)鹽也會(huì)高溫釋放相當(dāng)量的CO2，因此，高溫、長(zhǎng)時(shí)間熱解條件下CO2生成量會(huì)保持一定比例。本文實(shí)驗(yàn)用煤的灰含量高達(dá)42.2%，來(lái)自于無(wú)機(jī)鹽分解產(chǎn)生的CO2量較多，因此，隨煤料層厚度的增加、高溫下反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，煤中羧基分解產(chǎn)生的CO2量逐漸減少而無(wú)機(jī)碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2量在增加，總體上CO2變化并不十分明顯。

圖6 煤層厚度對(duì)熱解氣組成的影響Fig.6 Effect of coal bed thickness on pyrolysis gas composition

圖7 熱解氣體熱值隨煤層厚度的變化Fig.7 Variation of calorific value of pyrolysis gas with coal bed thickness

徑向流反應(yīng)器內(nèi)煤熱解所得氣體產(chǎn)物由于富氫富甲烷并含一定量C2、C3烴類(lèi)而熱值較高，HHV 在20649～24348 kJ·m-3之間，且隨著煤料厚度的增加呈下降趨勢(shì)（圖7），與煤氣中CH4含量變化一致。

2.4 半焦特性分析

徑向流反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)分布嚴(yán)重不均但有規(guī)律，即徑向上由外向內(nèi)溫度逐漸降低，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)不同位置煤熱解程度也會(huì)隨之由深變淺，產(chǎn)生的半焦的特性也會(huì)受其影響。本文分別研究了不同煤料厚度條件下，同一水平高度位置上最高溫度區(qū)、中間區(qū)和最低溫度區(qū)的半焦熱值以及90 mm 料厚時(shí)中間區(qū)不同高度位置半焦的熱值，結(jié)果見(jiàn)圖8和圖9。可見(jiàn)，各煤料厚度條件下由高溫區(qū)、中溫區(qū)再到低溫區(qū)的半焦熱值均呈現(xiàn)出逐漸升高趨勢(shì)，其范圍由12540～13749 kJ·kg-1升到13585～14212 kJ·kg-1、再到14630～15048 kJ·kg-1；但隨料層厚度增加，對(duì)應(yīng)溫度區(qū)域半焦熱值是降低的，溫度越高、差異越明顯，并且與原煤相比，熱值均有所降低。相對(duì)原煤熱值16214 kJ·kg-1，料層厚度分別為45、60、75、90 和105 mm 時(shí)所得高溫區(qū)半焦的熱值分別為15904、13083、13242、13384 和13869 kJ·kg-1，低溫區(qū)半焦熱值分別為14805、14935、14972、14993 和15056 kJ·kg-1。半焦熱值在反應(yīng)器內(nèi)的這種空間分布特性說(shuō)明了反應(yīng)器在徑向上溫度場(chǎng)由高到低的分布特征，并且煤料越厚，則高溫區(qū)越多、反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)、揮發(fā)分損失就越多，導(dǎo)致半焦熱值越低。

圖8 徑向上不同位置半焦的熱值變化Fig.8 Calorific values of char at different radial positions

圖9 軸向不同位置半焦熱值的變化Fig.9 Calorific values of char at different axial locations

圖9顯示，沿平行于加熱面的煤料層的上、中、下部位的半焦熱值相近，均約為14212 kJ·kg-1，說(shuō)明在同一垂直平面上煤料熱解程度相近，即溫度 也相近。結(jié)合徑向上半焦熱值分布規(guī)律，間接證明了反應(yīng)器內(nèi)熱解氣從高溫端向低溫端流動(dòng)較為均勻，使得總的傳熱速率較為均勻，形成較為均勻的溫度梯度分布，因此在徑向上的煤料熱解程度逐漸減弱，而與加熱壁等距的垂直面上的煤料熱解程度則相近。這種溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布特性也是該反應(yīng)器能夠獲得較高煤熱解焦油收率的主要原因。

3 結(jié) 論

本文研究單側(cè)加熱、對(duì)側(cè)收集熱解產(chǎn)品、其他兩側(cè)面保溫的徑向流反應(yīng)器中煤料層厚度對(duì)煤料升溫特性、熱解產(chǎn)物分布及特性的影響，獲得的主要結(jié)論如下。

（1）該徑向流反應(yīng)器內(nèi)由于熱解氣由高溫物料區(qū)攜帶熱量沿徑向流向低溫物料區(qū)，提高了傳熱效率，使得不同厚度條件下的煤料層均能較快升溫到100℃，而完成脫水時(shí)間及熱解所需反應(yīng)時(shí)間差異較大，煤料層越厚，脫水及熱解反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，但隨著煤料層厚度的增大，這種差異逐漸減小，使得料層較厚的反應(yīng)器具有較高的單位體積處理效率。

（2）焦油和半焦產(chǎn)率隨煤料層厚度的增加而降低，但焦油中360℃以下輕焦油組分含量呈增加趨勢(shì)。同時(shí)，熱解水和氣的產(chǎn)率隨厚度的增加而增加，氣體平均組成中的H2含量隨煤料厚度增加逐漸升高，CH4含量則呈下降之勢(shì)，其他組分含量變化不大，導(dǎo)致平均氣體熱值逐漸降低。

（3）半焦熱值在徑向流反應(yīng)器內(nèi)的空間分布特性是：在徑向上，由高溫區(qū)到低溫區(qū)的半焦熱值均呈升高趨勢(shì)，而隨著料層厚度增加，相同溫度區(qū)的半焦熱值呈降低趨勢(shì)；在軸向上，不同高度但相同徑向位置的半焦熱值基本相同，并且與原煤相比其熱值均顯著降低。這也間接驗(yàn)證了該反應(yīng)器中煤熱解的氣相產(chǎn)物沿徑向較均勻地流動(dòng)和分布。

[1]Alonso M J G,Alvarez D,Borrego A G,et al.Systematic effects of coal rank and type on the kinetics of coal pyrolysis [J].Energy & Fuels,2001,15(2):413-428

[2]Cui L,Lin W,Yao J.Influences of temperature and coal particle size on the flash pyrolysis of coal in a fast-entrained bed [J].Chemical Research in Chinese Universities,2006,22(1):103-110

[3]Zhu W,Song W,Lin W.Effect of the coal particle size on pyrolysis and char reactivity for two types of coal and demineralized coal [J].Energy & Fuels,2008,22(4):2482-2487

[4]Franklin H D,Peters W A,Howard J B.Mineral matter effects on the rapid pyrolysis and hydropyrolysis of a bituminous coal(1):Effects on yields of char,tar and light gaseous volatiles [J].Fuel,1982,61(2):155-160

[5]Yang Huimin.Effects of reaction atmospheres on the formation of gaseous products during coal pyrolysis [J].Journal of Taiyuan University of technology,2010,41(4):338-341

[6]Chang Na.Study on the effects of heating rate and temperature to coal pyrolysis [J].Coal Conversions,2012,35(3):1-5

[7]Roy C,de Caumia B,Kalkreuth W.Vacuum pyrolysis of Prince Mine coal,Nova Scotia,Canada [J].Fuel,1985,64(12):1662-1666

[8]Zhou Junhu(周俊虎),Ping Chuanjuan(平傳娟),Yang Weijuan(楊衛(wèi)娟),et al.Experimental study on the pyrolysis characteristic of coal blends using TGA-FTIR [J].Chemistry and Technology(燃料化學(xué)學(xué)報(bào)),2004,32(6):658-662

[9]Hirajima T,Chan E W,Whiteway S G.Vacuum and atmospheric pressure TGA on an eastern Canadian coal [J].Fuel,1986,65(6):844-848

[10]Porada S.The influence of elevated pressure on the kinetics of evolution of selected gaseous products during coal pyrolysis [J].Fuel,2004,83(7/8):1071-1078

[11]Li C Z,Bartle K D,Kandiyoti R.Vacuum pyrolysis of maceral concentrates in a wire-mesh reactor [J].Fuel,1993,72(11):1459-1468

[12]Sun Q L,Li W,Chen H K,et al.The variation of structural characteristics of macerals during pyrolysis [J].Fuel,2003,82(6):669-676

[13]Zhu Zibin(朱子彬),Wang Xinrong(王欣榮),Ma Zhihua(馬智華),et al.Study on flash hydropyrolysis of bituminous coal effect of atmospheres [J].Chemistry and Technology(燃料化學(xué)學(xué)報(bào)),1996,24(5):411-415

[14]Atwood M T,Schulman B L.The TOSCOAL process-pyrolysis of western coals and lignites for char and oil production [J].Preprints of Papers American Chemical Society Division of Fuel Chemical,1977,22:233-252

[15]Shamsi A,Shadle L J,Seshadri K S.Study of low-temperature oxidation of buckskin subbituminous coal and derived chars produced in ENCOAL process [J].Fuel Process Technology,2004,86(3):275-292

[16]Eddinger R,Jones J,Blanc F.Development of the COED process [J].Chem.Eng.Prog.,1968,64(10):33-38

[17]Strom A,Eddinger R.COED plant for coal conversion [J].Chem.Eng.Prog.,1971,67(3):75-80

[18]Li Q,Li R,Ma Z,Chen J.New progress of the U.S.LFC technology of low rank coal upgrading with cogeneration of coal liquids [J].China Min.Mag.,2010,12(2):82-87

[19]Zhang J,Wu R,Zhang G,Yu J,Yao C,Wang Y,Gao S,Xu G.Technical review on thermochemical conversion based on decoupling for solid carbonaceous fuels [J].Energy & Fuels,2013,27(4):1951-1966

[20]Zhang Chun.Coal pyrolysis for high-quality tar in fixed bed pyrolyzer enhanced with internals [J].Energy & Fuels,2014,28(1):236-244

[21]Li Hongjuan.Impact of internals on oil shale pyrolysis in fixed bed reactor [J].Scientia Sinica Chimica,2014,3(1):395-402

[22]Wang Peng(王鵬),Wen Fang(文芳),Bu Xuepeng(步學(xué)朋),et al.Study on the pyrolysis characteristics of coal [J].Coal Conversion(煤炭轉(zhuǎn)化),2005,28(1):8-13