低變質(zhì)粉煤熱解過程解析

李萬飛 賀彥峰（陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司,陜西 榆林 719319）

低變質(zhì)粉煤熱解過程解析

李萬飛 賀彥峰（陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司,陜西 榆林 719319）

我國低變質(zhì)粉煤儲量極為豐富，同時質(zhì)量也十分優(yōu)質(zhì)，是目前國內(nèi)應(yīng)用范圍很廣的一種資源。煤熱解是煤炭加工行業(yè)中較為成熟的技術(shù)，在節(jié)能環(huán)保方面具有不可替代的作用。本文首先從煤熱解技術(shù)談起，進(jìn)而解析低變質(zhì)粉煤的熱解過程，最后闡述影響低變質(zhì)粉煤熱解效果的相關(guān)因素，希望能夠?qū)够髽I(yè)進(jìn)一步優(yōu)化和完善低變質(zhì)粉煤熱解技術(shù)和工藝提供一絲參考和借鑒。

低變質(zhì)粉煤；熱解過程；解析

煤熱解工藝具體包括熱分解和干餾過程，其加工流程十分繁瑣和復(fù)雜。簡單來講，首先需要將煤完全隔絕并加熱，這樣隨著溫度的變化，進(jìn)而不斷發(fā)生著不同的物理和化學(xué)平行反應(yīng)，最終產(chǎn)出煤氣、油和半焦等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了煤的部分氣化和液化過程；其次，所得原料再經(jīng)過干餾加工處理，進(jìn)而根據(jù)煤熱解溫度的不同（分為低溫、中溫、高溫三種類型）選擇不同的深加工處理工藝，以實(shí)現(xiàn)能源的進(jìn)一步有效轉(zhuǎn)換。煤熱解工藝能夠?qū)崿F(xiàn)降低環(huán)境污染和節(jié)約煤炭資源的同時，其深加工后取得的產(chǎn)品還能夠很好滿足社會的需求。

1 低變質(zhì)粉煤熱解原理

熱解是粉煤轉(zhuǎn)化的必須途徑，所以對于熱解的研究過程意義十分重大。由于低變質(zhì)粉煤的組成較為復(fù)雜，而且其性狀也在不斷變化。基于此，目前對低變質(zhì)粉煤熱解的原理分析多采用實(shí)驗(yàn)的方式獲取，進(jìn)而從產(chǎn)物的三個不同形態(tài)（固、液、氣）掌握其構(gòu)成特征。低變質(zhì)粉煤熱解原理其實(shí)就是其構(gòu)成中自由基發(fā)生演變的過程，自由基在300攝氏度就會產(chǎn)生。并且隨著溫度的上升，自由基密度就會逐漸增大，進(jìn)而促進(jìn)低變質(zhì)粉煤的分解。

2 對低變質(zhì)粉煤熱解過程的解析

2.1 干燥脫氣環(huán)節(jié)

干燥脫氣是熱解過程的首要環(huán)節(jié)，此時，粉煤的外觀變化并不十分明顯，真正發(fā)生改變的是粉煤內(nèi)部，在溫度持續(xù)升高的作用下，粉煤內(nèi)所含的水分將會十分活躍，直至溫度達(dá)到120攝氏度的時候就會轉(zhuǎn)化為水的氣態(tài)形式——水蒸氣，此時發(fā)生的是脫水反應(yīng)。接下來，當(dāng)溫度上升至200攝氏度左右時，吸附在粉煤外表或縫隙里的小分子氣體就會析出，待溫度繼續(xù)不斷提高，進(jìn)而出現(xiàn)脫竣反應(yīng)。最后，溫度達(dá)到300攝氏度左右時，粉煤即將進(jìn)入熱解的開始階段。

2.2 熱分解環(huán)節(jié)

進(jìn)入熱分解環(huán)節(jié)將是粉煤分解極為活躍的時期，此時解聚和分解反應(yīng)十分清晰，這是熱解過程的關(guān)鍵階段。由于熱分解環(huán)節(jié)中的溫度較高，粉煤內(nèi)部有機(jī)質(zhì)在溫度的影響下發(fā)生著劇烈的分解，進(jìn)而產(chǎn)生并釋放出大量的揮發(fā)物質(zhì)，這種物質(zhì)在外表、形態(tài)和結(jié)構(gòu)上與焦油較為相似。當(dāng)溫度繼續(xù)升高至500攝氏度左右的時候，這是粉煤熱解最需要和適宜的溫度，同時隨著反應(yīng)的加劇進(jìn)行，所析出的焦油等物質(zhì)也會達(dá)到最理想的狀態(tài)。

2.3 熱縮聚環(huán)節(jié)

熱縮聚環(huán)節(jié)的功能與干燥脫氣環(huán)節(jié)較為相似，俗稱二次脫氣階段。此環(huán)節(jié)所發(fā)生的反應(yīng)主要以縮聚反應(yīng)為主，由于熱分解環(huán)節(jié)已經(jīng)將絕大部分的粉煤熱解為焦油，因此此環(huán)節(jié)所析出的焦油量很零散。

3 影響低變質(zhì)粉煤熱解效果的主要因素

低變質(zhì)粉煤在熱解過程中，熱解的效果會隨著自身或外界的不同影響和作用進(jìn)而發(fā)生改變。具體影響因素如下：

3.1 煤化程度

受粉煤自身性質(zhì)不同的影響，在熱解過程中的反應(yīng)也會出現(xiàn)不同的變化，例如：粉煤自身的硬度和力度以及特殊性質(zhì)都會制約粉煤的傳熱、活性和熱解效果。而且，粉煤表面氣孔的大小也會影響干燥脫氣環(huán)節(jié)的實(shí)施，進(jìn)而影響氣體的產(chǎn)出。此外，粉煤含炭量高就會促進(jìn)半焦產(chǎn)量的提升。同時，粉煤中含有的揮發(fā)物質(zhì)成分越多，在熱解過程中的氣產(chǎn)量也就會隨之增大。

3.2熱解溫度

熱解溫度是影響低變質(zhì)粉煤熱解效果的重要因素，確切地說是十分強(qiáng)烈的。首先，熱解溫度不僅能夠影響干燥脫氣環(huán)節(jié)效果，而且對二次干燥脫氣也會產(chǎn)生不可忽視的作用，直接關(guān)系著焦油的產(chǎn)出和數(shù)量。在熱解過程中工藝條件允許下的范圍內(nèi)，熱解溫度與半焦產(chǎn)量、干餾氣及焦油的產(chǎn)量之間多的關(guān)聯(lián)十分緊密。例如：溫度范疇內(nèi)熱解溫度上升，半焦產(chǎn)量就會下降，與此同時，餾氣及焦油的產(chǎn)量反而增加。此外，溫度如果超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，二次裂解反應(yīng)將持續(xù)提高，致使裂解中產(chǎn)生的焦油下降，而半焦和氣體卻不降反增。經(jīng)上述分析，焦化企業(yè)要科學(xué)合理地做好熱解溫度的控制和管理，以提高熱解產(chǎn)品的質(zhì)量需求。

3.3 加熱速率

加熱速率在低變質(zhì)粉煤熱解過程中的影響也十分突出，它會影響終端產(chǎn)品的產(chǎn)出和結(jié)構(gòu)。而且，加熱速率的改變將直接促使煤氣成分隨之改變。同時焦化企業(yè)也應(yīng)該明確升溫速率會導(dǎo)致二氧化碳和一氧化碳持續(xù)增高的認(rèn)知。

3.4 壓力

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，低變質(zhì)粉煤熱解過程中壓力的增加會直接降低粉煤中揮發(fā)物質(zhì)的釋放，進(jìn)而造成半焦產(chǎn)量的提高。究其原因?yàn)椋弘S著壓力的加大，揮發(fā)物質(zhì)在粉煤顆粒內(nèi)駐足的時間會加長，從而使二次反應(yīng)隨之加大，結(jié)果促使焦油逐漸聚合成焦炭，最終導(dǎo)致熱解最終產(chǎn)率的下降。

3.5 氣氛

熱解氣氛的變化會產(chǎn)生差異化的反應(yīng)結(jié)果，尤其是近年來隨著加氫技術(shù)應(yīng)用的成熟與應(yīng)用，對于熱解反應(yīng)的影響更是十分劇烈，使得反應(yīng)極為高效。此外，高壓下的緩慢升溫會造成轉(zhuǎn)化率及焦油收率的同時上漲。

總之，低變質(zhì)粉煤是一種極為重要的能源物質(zhì)。然而粉煤畢竟屬于不可再生資源，因此，對于粉煤加工熱解的轉(zhuǎn)換效率必須要不斷提高，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。這就需要焦化企業(yè)加大對粉煤熱解技術(shù)領(lǐng)域的研究，對原有技術(shù)進(jìn)行突破和創(chuàng)新，盡最大努力減少對環(huán)境產(chǎn)生的污染。在確保實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上，研發(fā)先進(jìn)的除塵和分離技術(shù)，并對余熱有效地加強(qiáng)利用，最終促進(jìn)粉煤綜合利用的可持續(xù)發(fā)展。

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