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褐煤微波热解及半焦特性的实验研究

【摘要】:随着我国经济的飞速发展和能源需求的不断增加,无烟煤、烟煤等高阶煤的供应日趋紧张,能源短缺问题日益突出,我国对褐煤等低阶煤的开发和利用越来越重视。褐煤水分大、热值低,不仅运输成本高,而且直接燃烧的热效率低,对褐煤的提质改性是褐煤高效清洁利用的关键。相对于传统的加热热解模式,微波加热具有高效性、选择性、易控制、节能和无污染等特点,本文把微波加热技术应用到了褐煤的热解提质。本文首先通过传统煤质化验方法和现代分析表征方法,对褐煤煤样的煤质在工业组成、元素组成、煤岩成分、矿物形态和官能团种类等层次进行了评价,然后通过控制单因素的实验方法,系统的考察了热解终温、终温停留时间、煤样的粒度大小和微波功率等因素对褐煤微波热解产品产率和分布的影响,最后通过工业分析仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和多晶X射线衍射分析仪对微波热解固体产物半焦的组成特性、微观结构特性进行了研究,同时通过同步热分析仪,采用热分析法分析了半焦的气化特性和燃烧特性,获得气化活性指数、燃烧特性指数以及燃烧反应动力学参数,研究了不同热解终温和终温停留时间对提质半焦特性的影响。结果表明:褐煤的挥发分含量高、含氧官能团含量高、固定碳含量少、低灰低硫等特点决定了热解提质是对它清洁、高效的利用途径之一;褐煤微波热解过程中,在实验所选取的条件范围内,加热终温和终温停留时间对热解产物的分布和组成影响最大,然后是微波功率的影响,煤样的粒度大小的影响较小;微波热解降低了褐煤挥发分含量,提高了褐煤的煤阶,且随着热解终温和终温停留时间的增加,褐煤热解程度的加深,这种趋势越明显,提质半焦结构逐渐有序化,晶化程度增加,趋向于石墨结构,同时提质半焦的燃点升高,各燃烧特性指数降低,活化能增加,反应活性变差,热稳定性提高,趋于高阶煤的特性。

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