內(nèi)蒙古褐煤流化熱解反應(yīng)特性試驗(yàn)研究

金渭龍，鐘思青，徐俊，霍威

(中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208)

熱解是煤炭分級(jí)利用的重要途徑，其分解得到的熱解氣、焦油和半焦是重要的化工原料，也是煤炭燃燒、氣化、液化等轉(zhuǎn)化過程的初始反應(yīng)步驟，對(duì)煤炭后續(xù)轉(zhuǎn)化具有重要影響[1]。隨著國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)煤炭資源的日益減少，以褐煤為代表的低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)將是未來煤炭清潔高效利用的主要發(fā)展方向。熱解是一個(gè)極其復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程，在熱解過程中煤結(jié)構(gòu)單元中的大分子和官能團(tuán)發(fā)生解聚和分解，釋放出焦油和熱解氣，固體在經(jīng)歷軟化、熔融、膨脹和固化等過程形成半焦。煤的熱解產(chǎn)物分布情況及其性質(zhì)受到煤種、溫度、壓力、氣氛和傳熱等因素的影響，了解熱解反應(yīng)特性對(duì)煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化利用具有重要意義。

研究者利用不同反應(yīng)器對(duì)煤熱解氣相產(chǎn)物釋放特性進(jìn)行了大量研究。陸志峰等[2]在固定床管式爐中對(duì)3種不同煤階煤樣的熱解行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高溫有利于揮發(fā)分的脫除，且還能明顯提高熱解氣中H2體積分?jǐn)?shù)。袁帥等[3]在高頻爐中研究了不同煤種的快速熱解規(guī)律，發(fā)現(xiàn)煤階越高，熱解氣產(chǎn)率越低，并且熱解溫度升高能夠有效提高熱解氣中(H2+CO)的體積分?jǐn)?shù)以及H2與CO的體積比。王寧梓[4]在滴管爐上進(jìn)一步研究了壓力對(duì)熱解產(chǎn)物的影響，研究結(jié)果表明，在壓力較高的工況下，熱解氣產(chǎn)率較低，熱解煤焦中殘余的揮發(fā)分含量較高，失重率較低。此外，半焦及焦油的生成規(guī)律及其性質(zhì)也與熱解工藝條件密切相關(guān)。霍威等[5-6]研究了催化劑和粒徑對(duì)褐煤熱解煤焦的微晶和孔隙結(jié)構(gòu)影響，結(jié)果表明隨著粒徑增大，揮發(fā)分脫除不完全，生成的煤焦碳化程度較低，比表面積減小。添加催化劑后能夠提高熱解氣產(chǎn)率，其煤焦碳微晶結(jié)構(gòu)越無序。常娜等[7]研究了熱解溫度對(duì)半焦性質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度的升高，半焦結(jié)構(gòu)逐漸致密，裂紋及裂縫產(chǎn)生，芳香晶核增大，且半焦中的揮發(fā)分減少，灰分含量增加。劉源等[8]進(jìn)一步考察了溫度對(duì)神府煤熱解焦油及半焦的影響，結(jié)果表明隨著熱解溫度的升高，焦油產(chǎn)率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，半焦產(chǎn)率呈逐漸降低趨勢(shì)，半焦的芳碳率、環(huán)縮合度和平均縮合環(huán)數(shù)呈上升趨勢(shì)。Tyler[9]在流化床上對(duì)不同煤樣進(jìn)行熱解研究，發(fā)現(xiàn)熱解焦油產(chǎn)率最大時(shí)的熱解溫度與煤種有關(guān)，最大焦油產(chǎn)率與原煤的H與C的摩爾比成正比。不同反應(yīng)器中煤顆粒的傳熱傳質(zhì)存在較大差異，對(duì)熱解反應(yīng)行為和半焦特性存在顯著影響，為了分析煤顆粒進(jìn)入反應(yīng)器后與高溫氣體接觸的快速熱解行為特征，有必要采用流化床反應(yīng)器進(jìn)行煤熱解試驗(yàn)研究，系統(tǒng)考察工藝條件對(duì)煤顆粒在流化狀態(tài)下的熱解產(chǎn)物分布特征以及煤焦的物理化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律。該研究對(duì)深入分析煤熱解反應(yīng)特性、半焦性質(zhì)變化以及開發(fā)以流化床熱解爐為核心的一體化技術(shù)具有指導(dǎo)意義。

筆者通過小型流化床評(píng)價(jià)裝置，以氮?dú)鉃榱骰瘹怏w，研究了內(nèi)蒙古褐煤的流化熱解反應(yīng)特性，考察了溫度、壓力、線速率和催化劑負(fù)載量對(duì)熱解產(chǎn)物分布、熱解氣組成、煤焦組成以及膨脹率的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

選用粒徑為125～200 μm的內(nèi)蒙古褐煤為試驗(yàn)原料，其煤質(zhì)分析見表1。

表1 內(nèi)蒙古褐煤的煤質(zhì)分析 w: %

試驗(yàn)所用主要試劑和儀器如表2和表3所示。

表2 試驗(yàn)試劑

表3 試驗(yàn)儀器

1.2 試驗(yàn)方法

將煤樣放入90 ℃的真空烘箱中干燥后，再用于熱解試驗(yàn)。催化熱解試驗(yàn)中，先將碳酸鉀催化劑溶解在去離子水中，再稱取一定質(zhì)量粒徑125～200 μm原煤加入溶液中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，放?0 ℃的真空烘箱中烘干，用于催化熱解試驗(yàn)。每次試驗(yàn)中原煤質(zhì)量為50 g，催化劑負(fù)載量，即催化劑與原煤的質(zhì)量比為5%～15%。試驗(yàn)過程中載氣為N2，流化床密相段操作線速率大于0.08 m/s，操作溫度為 400～700 ℃，操作壓力為 0～3.5 MPa。

1.3 試驗(yàn)裝置及步驟

采用高溫高壓小型流化床反應(yīng)器進(jìn)行內(nèi)蒙古褐煤熱解試驗(yàn)研究，試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1中N2通過質(zhì)量流量計(jì)控制，經(jīng)預(yù)熱器進(jìn)入反應(yīng)器底部，通過金屬燒結(jié)氣體分布器均布后進(jìn)入反應(yīng)器密相段和擴(kuò)大段。試驗(yàn)前內(nèi)蒙古褐煤試樣裝填于料斗中，當(dāng)反應(yīng)溫度和壓力升至試驗(yàn)要求并恒定后，打開閥門將煤樣由上方料斗輸送至反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行流化熱解反應(yīng)直至熱解完全，反應(yīng)后的氣體通過灰分收集器、精密過濾器、氣液分離器后，經(jīng)背壓閥進(jìn)入在線紅外氣體分析儀進(jìn)行氣體組分實(shí)時(shí)分析。熱解反應(yīng)后的半焦固體產(chǎn)物，待試驗(yàn)結(jié)束后取出分析。

采用在線紅外氣體分析儀實(shí)時(shí)記錄熱解氣體中各組分體積分?jǐn)?shù)情況，由于N2流量在反應(yīng)前后保持不變，因而可用采用氮平衡來計(jì)算熱解氣各氣體組分的瞬時(shí)流量Qi，并通過氣體t時(shí)刻的含量計(jì)算各組分的釋放量QTi：

圖1 高溫高壓流化床反應(yīng)器流程示意

將各氣體組分累加可以得到熱解氣總質(zhì)量mp：

式中：QN2——氮?dú)饬髁?，L/min；

Ci——組分i的t時(shí)刻體積分?jǐn)?shù)，%；

Mi——組分i的化學(xué)式量。

通過熱解氣總質(zhì)量mp和原煤質(zhì)量m的比值，可以計(jì)算得出熱解氣產(chǎn)率yp，通過氣液固產(chǎn)物質(zhì)量平衡計(jì)算，再減去固相收率yc，得到焦油產(chǎn)率yT。

得到半焦試樣后，采用全自動(dòng)工業(yè)分析儀對(duì)半焦進(jìn)行工業(yè)分析，并使用激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析。顆粒的膨脹率P定義為熱解后半焦的平均粒徑dp與原煤平均粒徑d0之比：

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 溫度的影響

溫度對(duì)粉煤熱解具有重要影響。隨著溫度的升高，煤結(jié)構(gòu)單元周圍的橋鍵、側(cè)鏈及官能團(tuán)等熱不穩(wěn)定成分會(huì)發(fā)生斷裂，形成一次焦油與小分子的碳?xì)浠衔锊⒁莩?。在常壓，線速率0.15 m/s，催化劑負(fù)載量為0條件下，考察溫度對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 溫度對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響

由圖2可見：隨著溫度從400 ℃逐漸升高至700 ℃，熱解氣產(chǎn)率也隨之升高，逐漸從10.06%升高至23.53%，表明溫度越高越有利于揮發(fā)分的釋放。當(dāng)熱解溫度從400 ℃升高至700 ℃時(shí)，焦油產(chǎn)率呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，在500 ℃時(shí)焦油產(chǎn)率最大，達(dá)到7.01%，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)焦油產(chǎn)率降低，700 ℃時(shí)焦油產(chǎn)率已降低至3.80%。這是由于升高溫度，煤顆粒獲得更多能量，有利于煤結(jié)構(gòu)的斷鍵，生成更多的焦油和熱解氣產(chǎn)物。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，焦油發(fā)生明顯的二次裂解反應(yīng)，部分焦油中的大分子有機(jī)物上斷裂的羥基、羧基、甲基等小分子再結(jié)合成穩(wěn)定的氣態(tài)物質(zhì)[10]，當(dāng)焦油二次裂解的速率大于焦油生成的速率時(shí)，焦油產(chǎn)率逐漸降低，熱解氣產(chǎn)率增加。

溫度對(duì)熱解氣中4種主要組分CO2、CO、CH4和H2體積分?jǐn)?shù)的影響見圖3。

圖3 溫度對(duì)各組分體積分?jǐn)?shù)的影響

由圖3可見：在400～700 ℃時(shí)，CO2和CH4的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高逐漸降低，分別由45.30%和30.39%降至28.39%和15.59%；而CO和H2的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高呈現(xiàn)上升變化趨勢(shì)，分別由14.01%和10.30%上升至19.65%和36.37%。表明當(dāng)熱解溫度較低時(shí)，熱解過程主要釋放的氣體為CO2和CH4，隨著熱解溫度的提高，有利于CO和H2的進(jìn)一步釋放。這是由于煤樣在200 ℃時(shí)，熱穩(wěn)定性較低的羧基含氧官能團(tuán)就開始分解，產(chǎn)生CO2和H2O，且低溫時(shí)的交聯(lián)作用也產(chǎn)生了CO2。CH4主要是由煤中的支鏈和側(cè)鏈斷裂產(chǎn)生，該部分CH4在低溫下即可生成，高溫時(shí)烴類的分解及煤焦的加氫反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生部分CH4。因此，低溫條件下時(shí)CO2和CH4體積分?jǐn)?shù)較高。隨著溫度升高至400℃以上并逐步達(dá)到700 ℃，煤中的羰基、酚類、雜氧環(huán)以及醚鍵會(huì)依次斷裂產(chǎn)生CO。低溫下直鏈和支鏈的斷裂會(huì)產(chǎn)生部分H2，在高溫下芳香結(jié)構(gòu)的氫化和一些縮聚脫氫反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量H2，所以高溫區(qū)間煤熱解會(huì)產(chǎn)生比較多的CO和H2[11-12]。

溫度對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響見圖4。

圖4 溫度對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響

由圖4可見：隨著熱解溫度升高，半焦中殘留的揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)大幅降低，由400 ℃時(shí)的18.35%降至700 ℃下的8.12%，揮發(fā)分在高溫條件下釋放更加完全。固定碳和灰分含量隨溫度升高呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)。

半焦顆粒的膨脹率隨熱解溫度的變化見圖5。

圖5 溫度對(duì)半焦膨脹率的影響

由圖5可見：低溫流化熱解條件下，半焦顆粒表面會(huì)發(fā)生剝落行為，導(dǎo)致半焦顆粒的粒徑變小并產(chǎn)生小顆粒，膨脹率低于1；隨著熱解溫度升高，煤顆粒會(huì)發(fā)生膨脹，平均粒徑增加，膨脹率由400℃時(shí)的0.92逐漸增至650 ℃時(shí)的1.41。煤顆粒中的殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組在熱解過程中都具有較強(qiáng)的膨脹性能[13]，當(dāng)煤顆粒加熱至一定溫度時(shí)，會(huì)軟化產(chǎn)生膠質(zhì)體，揮發(fā)分氣體由膠質(zhì)體內(nèi)析出時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)致顆粒粒徑增加。但在相對(duì)較高的溫度下(700℃)，半焦顆粒的膨脹率又進(jìn)一步降低，揮發(fā)分析出速率大于顆粒膨脹速率，加之顆粒內(nèi)部溫度梯度和交聯(lián)作用的增強(qiáng)，使得半焦顆粒在700 ℃下發(fā)生了明顯的破碎行為。

2.2 壓力的影響

在溫度700 ℃，線速率0.15 m/s，催化劑負(fù)載量為0條件下，考察壓力對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 壓力對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響

由圖6可見：隨著熱解壓力從常壓(0 MPa)升至3.5 MPa時(shí)，熱解氣產(chǎn)率由23.53%逐漸下降至16.69%，焦油產(chǎn)率由常壓下的3.80%降至3.5 MPa下的2.05%，表明壓力升高會(huì)阻礙揮發(fā)分的脫除。由于外部壓力的提高，煤粉顆粒受熱分解產(chǎn)生的熱解氣和焦油氣體脫離煤焦表面和孔隙時(shí)，會(huì)受到高壓氣體的阻力，形成的揮發(fā)分氣體難以突破阻力完全釋放，導(dǎo)致熱解氣產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率降低。

壓力對(duì)熱解過程中各組分體積分?jǐn)?shù)的影響見圖7。

圖7 壓力對(duì)各組分體積分?jǐn)?shù)的影響

由圖7可見：CO2的體積分?jǐn)?shù)隨著熱解壓力的升高基本不變，但CO和H2的體積分?jǐn)?shù)隨著熱解壓力的升高顯著降低，分別從常壓時(shí)的19.65%和36.37%下降至3.5 MPa時(shí)的13.61%和27.01%。CH4的體積分?jǐn)?shù)隨著熱解壓力的升高呈現(xiàn)明顯遞增趨勢(shì)，由15.59%增加至31.66%。在熱解過程中，逸出的揮發(fā)分也常常發(fā)生二次反應(yīng)，其主要是焦油裂解、水煤氣變換和甲烷化反應(yīng)等，其中甲烷化反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，壓力升高有利于反應(yīng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即有利于甲烷化反應(yīng)中甲烷的生成，進(jìn)而出現(xiàn)CH4的體積分?jǐn)?shù)顯著提升，CO和H2的體積分?jǐn)?shù)下降的現(xiàn)象。

壓力對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響見圖8。

圖8 壓力對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響

由圖8可見：隨著壓力的升高，半焦中殘留的揮發(fā)分含量(w)略有增加，由常壓下的7.98%增加至3.5 MPa下的9.67%，固定碳和灰分含量(w)隨壓力升高略有降低，表明揮發(fā)分在高壓條件下釋放量降低。

半焦顆粒的膨脹率隨壓力變化見圖9。

圖9 壓力對(duì)半焦膨脹率的影響

由圖9可見：膨脹率隨壓力增加呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，在壓力為0.5 MPa時(shí)膨脹率達(dá)到最大值1.25，之后膨脹率又逐漸減小。該變化趨勢(shì)與Lee的研究結(jié)果相近[14]，其原因是熱解壓力是升高會(huì)增加焦油等揮發(fā)分在顆粒內(nèi)的殘留量，提高煤的塑性軟化能力，有利于膨脹，但當(dāng)壓力進(jìn)一步升高后，外部的高壓又會(huì)抑制顆粒內(nèi)氣泡的合并長(zhǎng)大，反而使得膨脹程度降低。

2.3 線速率的影響

在常壓，溫度700 ℃，催化劑負(fù)載量為0條件下，考察線速率對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖10。

圖10 線速率對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響

由圖10可見：隨著線速率從0.09 m/s逐漸提高至0.21 m/s，熱解氣產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率呈增大的變化趨勢(shì)，并分別由22.25%和3.73%增大至25.69%和4.07%。表明線速率的提高直接改善了爐內(nèi)煤顆粒的流化質(zhì)量，使得煤顆粒與流化氣體之間的接觸效果更好，擴(kuò)散阻力變小，熱質(zhì)傳遞效率提高，促進(jìn)了熱解反應(yīng)的深度。此外，線速率的提高還縮短了煤顆粒內(nèi)部的揮發(fā)分在空隙內(nèi)的析出時(shí)間以及揮發(fā)分在高溫反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間，避免焦油在顆粒孔道和反應(yīng)器內(nèi)的二次裂解反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而提高了焦油產(chǎn)率。

線速率對(duì)熱解過程中各組分體積分?jǐn)?shù)的影響見圖11。

圖11 線速率對(duì)各組分體積分?jǐn)?shù)的影響

由圖11可見：隨著線速率從0.09 m/s逐漸提高至0.21 m/s，各組分體積分?jǐn)?shù)存在一定程度變化，其中H2體積分?jǐn)?shù)從37.60%逐漸下降至34.06%，相反地，CO2及CH4體積分?jǐn)?shù)均出現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，CO2體積分?jǐn)?shù)從27.72%升至29.67%，CH4體積分?jǐn)?shù)從14.07%提高至16.10%，而CO體積分?jǐn)?shù)則不隨線速率變化發(fā)生明顯變化。

線速率對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響見圖12。

圖12 線速率對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響

由圖12可見：隨著線速率的增大，熱解半焦中殘留的揮發(fā)分含量(w)減低，由線速率0.09 m/s時(shí)的7.96%降至0.21 m/s時(shí)的7.54%。線速率越大，熱質(zhì)傳遞效率高，煤顆粒揮發(fā)分脫除越完全。

半焦顆粒的膨脹率隨線速率變化情況見圖13。

圖13 線速率對(duì)半焦膨脹率的影響

由圖13可見：膨脹率隨線速率增加呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，由線速率0.09 m/s時(shí)的1.24降至0.21 m/s時(shí)的1.01。提高線速率能夠促進(jìn)熱質(zhì)傳遞，揮發(fā)分析出導(dǎo)致顆粒內(nèi)部產(chǎn)生的壓力增加，并且煤顆粒與壁面、顆粒與顆粒之間的碰撞動(dòng)能增加，使得煤顆粒在高線速率條件下更容易碎裂。

2.4 催化劑負(fù)載量的影響

在常壓，溫度700 ℃，線速率0.15 m/s條件下，考察催化劑負(fù)載量對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖14。

圖14 催化劑負(fù)載量對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率的影響

由圖14可見：隨著催化劑負(fù)載量從0增至15%，熱解氣產(chǎn)率從23.53%逐步提高至26.55%，表明增大催化劑的添加量可以有效促進(jìn)揮發(fā)分的脫除。當(dāng)催化劑負(fù)載量從0增至10%時(shí)，熱解氣產(chǎn)率呈較明顯的遞增趨勢(shì)，從23.53%增大至26.20%；但當(dāng)催化劑負(fù)載量從10%進(jìn)一步增大至15%時(shí)，熱解氣產(chǎn)率僅從26.20%增至26.55%，產(chǎn)氣率增加幅度變小。隨著催化劑負(fù)載量從0增至15%，焦油產(chǎn)率逐漸降低，由催化劑負(fù)載量0時(shí)的3.80%降至催化劑負(fù)載量15%時(shí)的3.07%。這是由于添加碳酸鉀催化劑后會(huì)在熱解過程中形成活性中心，促進(jìn)熱解過程中官能團(tuán)和碳鍵斷裂，釋放更多熱解氣和焦油，但是焦油又會(huì)在堿金屬的催化作用下進(jìn)一步裂解，進(jìn)而導(dǎo)致焦油產(chǎn)率降低。當(dāng)負(fù)載大量催化劑后會(huì)堵塞原煤表面的孔隙結(jié)構(gòu)，反而會(huì)阻礙揮發(fā)分氣體的脫除，催化作用減弱。

催化劑負(fù)載量對(duì)熱解過程中各組分體積分?jǐn)?shù)的影響見圖15。

圖15 催化劑負(fù)載量對(duì)各組分體積分?jǐn)?shù)的影響

由圖15可見：CO2以及CH4的體積分?jǐn)?shù)隨著催化劑負(fù)載量的增大呈下降趨勢(shì)，分別從28.39%，15.59%下降至22.34%，10.42%。CO和H2的體積分?jǐn)?shù)隨著催化劑負(fù)載量的增大呈上升趨勢(shì)，分別從19.65%，36.37%上升至22.27%，44.97%。其原因可能是由于碳酸鉀催化劑能夠促進(jìn)煤結(jié)構(gòu)中雜氧環(huán)以及醚鍵的斷裂，并對(duì)縮聚脫氫反應(yīng)也起到催化作用，引起CO和H2體積分?jǐn)?shù)的增加。此外，在熱解過程中，雖然催化劑的添加可以有效促進(jìn)氣體釋放，但同時(shí)也促進(jìn)了水蒸氣和CO2與半焦的氣化反應(yīng)，促使更多的CO2及水蒸氣轉(zhuǎn)化生成了CO和H2，進(jìn)而使得熱解氣中的有效成分(CO+H2)的體積分?jǐn)?shù)增大。

催化劑負(fù)載量對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響見圖16。

圖16 催化劑負(fù)載量對(duì)熱解半焦工業(yè)分析的影響

由圖16可見：添加催化劑后，熱解半焦中殘留的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，從催化劑負(fù)載量0時(shí)的7.98%降至15%時(shí)的5.92%。催化劑負(fù)載量越大，有利于揮發(fā)分的脫除，煤顆粒熱解越完全。煤焦中的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，催化劑金屬在熱解反應(yīng)結(jié)束后會(huì)殘留在灰分中。

半焦顆粒的膨脹率隨催化劑負(fù)載量變化情況見圖17。

圖17 催化劑負(fù)載量對(duì)半焦膨脹率的影響

由圖17可見：膨脹率隨催化劑負(fù)載量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)，由催化劑負(fù)載量0時(shí)的1.10增加至15%時(shí)的1.32。碳酸鉀催化劑的添加后提高了煤顆粒的塑性軟化能力，促進(jìn)了顆粒內(nèi)部氣泡的產(chǎn)生及其合并長(zhǎng)大過程，有利于膨脹。

3 結(jié)論

在小型流化床評(píng)價(jià)裝置上考察了溫度、壓力、線速率和催化劑負(fù)載量對(duì)熱解氣和焦油產(chǎn)率、熱解氣組成、半焦組成及顆粒膨脹比的影響，得到以下結(jié)論。

1)隨著熱解溫度升高，熱解氣產(chǎn)率大幅增加，焦油產(chǎn)率在500 ℃時(shí)達(dá)到最大值7.01%，高溫有利于CO和H2的進(jìn)一步釋放。溫度越高越有利于揮發(fā)分的釋放，半焦中殘留的揮發(fā)分含量(w)越少，煤顆粒在溫度升高情況下會(huì)發(fā)生膨脹，膨脹率逐漸增加，但在700 ℃時(shí)半焦顆粒會(huì)發(fā)生破碎，膨脹率減小。

2)隨著熱解壓力增加，熱解氣產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率逐漸降低，熱解氣中CH4體積分?jǐn)?shù)顯著增大。壓力升高會(huì)阻礙揮發(fā)分的脫除，半焦中殘留的揮發(fā)分含量(w)略有增加，膨脹率隨壓力增加呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，在壓力為0.5 MPa時(shí)膨脹率達(dá)到最大。

3)隨著線速率提高，熱解氣產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率呈明顯的增大變化趨勢(shì)。線速率越大，熱質(zhì)傳遞效率高，煤顆粒揮發(fā)分脫除越完全，膨脹率隨線速率增加呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)。

4)隨著催化劑負(fù)載量增加，熱解氣產(chǎn)率增大，焦油產(chǎn)率降低，熱解氣中CO和H2體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。添加催化劑后熱解更加完全，半焦中殘留的揮發(fā)分降低，由于催化劑提高了煤顆粒的塑性軟化能力，膨脹率逐漸增加。