不同氣氛下煤矸石熱解特性及熱解動(dòng)力學(xué)機(jī)理.pdf

1、煤矸石是目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，具有低揮發(fā)分、高灰分、低熱值和難燃燒等特點(diǎn)，從而限制了煤矸石大規(guī)模能源化利用，采用低熱值氣體與煤矸石混合燃燒可有效提高其燃燒效果。在燃燒過(guò)程中，低熱值氣體組分對(duì)煤矸石熱解特性有重要影響，合理氣氛下煤矸石的熱解對(duì)提高燃燒效率有重要作用。目前，關(guān)于這方面的研究比較少，對(duì)煤矸石在不同氣氛下的熱解特性與機(jī)理也未被充分的認(rèn)識(shí)和理解，阻礙了煤矸石能源化技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展，因此，研究煤矸石在不同氣氛下的

2、熱解特性及動(dòng)力學(xué)機(jī)理是非常必要的。
　　于此，本文在深入分析煤矸石和低熱值氣體利用現(xiàn)狀和形勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)煤矸石特性進(jìn)行了分析，考察了煤矸石組成成分的特點(diǎn)。采用非等溫?zé)嶂胤▽?duì)4種不同產(chǎn)地的煤矸石進(jìn)行了熱重試驗(yàn)分析。研究了不同煤矸石種類，不同升溫速率，不同試樣粒徑，不同壓力和CO2或CH4與N2的混合比例為10％，30%，60%，100%的混合氣氛等試驗(yàn)參數(shù)對(duì)煤矸石熱解特性的影響，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了煤矸石在不同氣氛下熱解動(dòng)力學(xué)機(jī)理研

3、究，得出以下主要結(jié)論：
　　（1）不同產(chǎn)區(qū)的煤矸石成分差別比較大。其中，煤矸石揮發(fā)分含量在9.69%～13.26%，固定碳含量在6.35%～30.3%，灰分含量在54.67%～82.4%。煤矸石C元素含量在39%～55%，H元素含量在1.1%～2.3%，氧含量在1.9%～6.5%之間。
　　（2）煤矸石在熱解過(guò)程中隨溫度的升高經(jīng)歷三個(gè)階段：低溫失重階段，主要熱分解階段和二次脫氣階段。熱解溫度是影響煤矸石熱解反應(yīng)最主要的因素。

4、
　　（3）煤矸石熱解的揮發(fā)分初析溫度、揮發(fā)分析出最大速率及其對(duì)應(yīng)的溫度，以及揮發(fā)分析出特性指數(shù) D隨煤矸石種類、樣品粒徑、熱解升溫速率、壓力和氣氛的不同差別較大。
　　（4）不同氣氛對(duì)煤矸石的熱解影響是分段進(jìn)行的。不同的溫度段有不同影響程度，提出可用N2氣氛下與其它氣體組分下熱解失重百分率之差D=D-D氣氛來(lái)判定不同氣氛對(duì)煤矸石熱解轉(zhuǎn)化率的影響。W W N2 W（5）CH4氣氛對(duì)煤矸石的熱解促進(jìn)作用存在著一個(gè)最佳溫度段△T

5、opt。CH4在析碳溫度之前，對(duì)煤矸石的熱解均表現(xiàn)為促進(jìn)作用。
　?。?）不同氣氛下煤矸石熱解過(guò)程很復(fù)雜，均不能用一步反應(yīng)描述。在煤矸石熱解第一階段，熱解反應(yīng)服從三維球形擴(kuò)散模型（D4模型）；熱解第二階段受液化反應(yīng)的控制，熱解過(guò)程服從級(jí)數(shù)為2的化學(xué)反應(yīng)（F2模型）模型；熱解第三階段根據(jù)煤種的不同而不同，含碳量高的煤矸石熱解過(guò)程服從級(jí)數(shù)為2的化學(xué)反應(yīng)模型（F2模型），含碳量低的煤矸石（C＜10%）服從級(jí)數(shù)為1的化學(xué)反應(yīng)模型（F1模型

6、）。
　　（7）不同氣氛下,煤矸石活化能均呈現(xiàn)出在熱解第一、第三階段較小，第二階段最大現(xiàn)象。不同煤矸石在相同的熱解階段的活化能差別較大。
　?。?）CO2氣氛下，煤矸石活化能在熱解第一、第二階段隨著CO2濃度的增高而增大，第三階段隨著CO2濃度的增高而降低。而在CH4氣氛下，活化能在熱解的第一階段隨著CH4濃度的增高而降低，在第二階段活化能隨CH4濃度增加而升高。
　　本文通過(guò)煤矸石在不同氣氛下的熱解特性的研究，為煤矸