低階煤微波熱解工藝基礎

第1章緒論
1.1能源背景3
1.1.1我國煤炭能源現狀3
1.1.2低階煤提質技術4
1.2低階煤提質技術概況5
1.2.1干燥脫水提質技術5
1.2.2成型提質技術7
1.2.3熱解提質技術10
1.3微波熱解15
1.3.1低階煤熱解化學15
1.3.2微波加熱原理18
1.3.3微波加熱技術在煤炭加工領域的應用19
1.3.4微波熱解技術研究進展22
1.4研究背景及研究意義26
第2章實驗內容及測定方法
2.1煤樣的選取與制備31
2.1.1煤種的選取31
2.1.2煤樣的脫灰32
2.2實驗裝置32
2.2.1微波熱解裝置32
2.2.2常規熱解裝置33
2.2.3水分定量裝置34
2.2.4其他設備35
2.3實驗流程36
2.4熱解產物產率測定和產率計算36
2.5煤及熱解產物組成測定37
2.5.1煤以及熱解半焦性質的測定方法37
2.5.2液體樣品成分分析39
2.5.3氣體樣品成分分析39
2.6小結40
第3章微波吸收劑的選擇
3.1原煤在微波場中的升溫特性43
3.2微波吸收劑在微波場中的升溫特性44
3.2.1焦炭類微波吸收劑45
3.2.2其他微波吸收劑50
3.2.3微波吸收劑種類的確定51
3.3微波吸收劑加入量對熱解過程的影響51
3.3.1微波吸收劑加入量對升溫速率的影響51
3.3.2微波吸收劑加入量對產物分布的影響52
3.4小結53
第4章微波熱解的影響因素
4.1熱解反應參數對煤微波熱解的影響57
4.1.1微波功率對煤微波熱解的影響58
4.1.2熱解終溫對煤微波熱解的影響59
4.1.3終溫停留時間對煤微波熱解的影響61
4.2煤的特性對微波熱解的影響63
4.2.1煤樣粒度對微波熱解的影響63
4.2.2煤中水分對微波熱解的影響65
4.2.3煤中礦物質對微波熱解的影響68
4.3小結72
第5章低階煤微波熱解特性的研究
5.1微波熱解對產物分布的影響77
5.1.1微波熱解對熱解半焦產率的影響78
5.1.2微波熱解對熱解液體產率的影響78
5.2微波熱解對氣體逸出的影響81
5.2.1CO和CO2逸出規律分析81
5.2.2H2逸出規律分析84
5.2.3烴類氣體逸出規律分析86
5.3微波熱解半焦分析87
5.3.1半焦紅外光譜分析88
5.3.2半焦煤質分析89
5.3.3半焦自燃特性分析93
5.3.4半焦吸水性的分析94
5.3.5半焦掃描電鏡圖95
5.4微波熱解對焦油產率的影響97
5.5小結100
第6章甲烷—煤微波共熱解特性研究
6.1微波輻照下半焦催化甲烷裂解研究105
6.1.1半焦制備溫度對甲烷裂解的影響106
6.1.2反應溫度和反應時間對甲烷裂解的影響108
6.1.3反應前后半焦孔結構特性110
6.1.4空速對甲烷裂解的影響112
6.1.5不同煤半焦對甲烷裂解的影響113
6.2溫度對甲烷—煤微波共熱解特性的影響114
6.2.1產物分布規律114
6.2.2氣體生成規律118
6.3熱解過程產物的分析和表征123
6.3.1熱解半焦的工業分析和硫分分析123
6.3.2熱解焦油的GC—MS分析125
6.4小結132
第7章連續性微波熱解裝置研發
7.1連續性微波熱解裝置的研發137
7.1.1煤的連續性熱解裝置技術方案137
7.1.2連續微波熱解裝置的研制141
7.1.3低階煤連續性熱解實驗141
7.2經濟效益分析146
第8章結論與展望
8.1全文結論151
8.2展望152
參考文獻

低階煤中水分含量高，氧含量高，發熱量低，限制了其廣泛應用。開發高效節能的提質技術是低階煤綜合潔凈利用的關鍵。熱解是低階煤提質的重要技術手段。通過熱解，可以將低階煤中不同化學活性的組分分級為半焦、焦油和煤氣，同時可以實現煤中污染物的定向脫除。

熱解固體產物半焦反應性高，既可以發電，又可以作為電石、冶金、合成氨、活性炭高爐噴吹原料；熱解的液體產物煤焦油加氫制取油品，可替代一部分石油，為煤代油開辟一條新途徑；熱解的氣體產物可替代天然氣或作為生產甲醇、合成氨等化工產品的原料，以及作為還原金屬鎂的燃料等。與傳統熱解相比，微波熱解具有獨特的傳熱傳質規律，而且熱解過程易於調控，產品選擇性強，受到國內外研究者的廣泛關注。

筆者在總結了國內外低階煤熱解提質技術進展的基礎上，深入研究了低階煤微波熱解過程產物的生成規律與機理，並且開發出一套50kg/h的連續微波熱解裝置。本書即是對這一研究成果的詳細闡釋，對研發高效節能的低階煤熱解新工藝和新技術具有重要參考價值。本書可以作為煤化工從業人員的參考用書，也可以作為能源化工專業本科生和研究生的參考書。

本書是河南理工大學低階煤熱解提質課題組多年研究成果的總結。研究生夏浩、郝瑛軒、李國亮、方小可，李鵬、李海鵬參與了部分研究工作。全書由河南理工大學馬名傑教授進行了審核。

感謝中國科學院戰略性先導專項(XDA05010304)、河南理工大學化工重點學科開放實驗室項目的資助。

由於作者水平和能力有限，本書不妥之處在所難免，請各位讀者雅正。

着者
2017年1月