试析中国西部五种典型煤的热解及催化加氢热解行为热重研究

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1、西北大学硕士学位论文中国西部五种典型煤的热解及催化加氢热解行为热重研究姓名：罗进成申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：马晓迅20080615摘要煤不仅是一种能源，更是一种宝贵的化工原料。通过煤的热解可获得高热值煤气、高附加值化学品及洁净的半焦。本研究以提高最终失重率和降低热解温度为目标，利用程序升温热重法采用300C／min的升温速率研究了100"-'9000C温度范围内神府、铜川、新疆、霍林河、云南五种煤在氮气、活性气氛(90％N2+10％H2，v01％)以及三种催化剂(MoS2、NiS、ZnCl2)在不同添加量(O．5％、1．O％、2．O％、5．O％、10．O％)下的热解行为，

2、最后对所有热解过程进行了动力学计算。得出的主要研究结果如下：1．氮气热解条件下，煤的挥发分与热解终温时的失重率存在线性关系：W％=-I．086538+1．027778xⅥlaf。煤样在活泼热解阶段时的活化能随煤样中炭含量的降低而降低。2．在本研究的热解条件下，所有煤的热解失重过程可大致分为三个阶段，其中神府、铜川及新疆煤在活泼热解阶段及二次脱气阶段均有较明显的失重现象，而云南、霍林河两种煤仅在温度较低阶段(<6000C)出现较大失重峰，在二次脱气阶段内无明显失重峰出现。另外，催化剂及氢气的存在对各煤的总体热解趋势影响不大。3．同纯氮气气氛下的热解相比，氢气的存在对铜川、新疆、霍林河、云南

3、煤样的热解无论在最终失重率还是在降低热解温度方面都有不同程度的促进作用。4．NiS催化剂和MoS2催化剂加快了除云南煤以外其余四种煤活泼热解阶段的最大转化速率，并且就最终失重率而言，MoS2催化剂的催化效果优于NiS催化剂。5．ZnCl2催化剂的添加能明显降低所有煤样的二次热解转化温度，并且随着掺杂量的增大，这种提前愈加明显。但是ZnCl2催化剂在掺杂量过高的情况下反而会使热解失重率降低。6．对于云南煤这种高挥发分、高灰分含量的煤样来讲，催化剂的添加没有对它的热解造成明显影响。7．神府煤样在添加O．5％NiS与0．5％ZnCl2混合催化剂后能明显提高煤样的最终失重率和降低热解温度。对于添

4、加了0．5％MOS2与O．5％ZnCl2混合催化剂后的神府煤而言，催化剂的添加只降低了热解温度。8．对于不同煤最终热解失重率的促进效果而言，MoS2，NiS和ZnCh催化剂均存在一个最佳的添加量。．9．采用单一反应模型对煤的热解按不同阶段进行动力学计算，根据煤种采用不同的反应级数，经拟合发现数据有较高的线性关系，这说明所选模型是合适的。经计算所得动力学参数与前面的实验结果能很好的吻合，进一步从理论上证明了实验所用催化剂在促进煤热解方面的有效性。同时，不同煤种不同热解阶段的动力学参数E和1【o均存在着补偿关系。关键词：煤；热解；催化加氢；动力学ⅡAbstractCoalisnotonlya

5、kindofenergy，butalsoavaluablechemicalrawmaterial．Bypyrolysis，high-heatingvaluegas，value—addedchemicalsandcleanedcharcallbegained．Inthisthesis，fivecoals(ShenFtt,TongChuan，XinJiang,HuoLinHeandYunNan)aresubjectedtopyrolysisunderdifferentconditionsbyatemperature-programmedTGA(300C／minandtherangeoftem

6、peraturefrom1000Cto9000C)，withtheaimofincreasingfinalrateofweightnesslessandreducingreactiontemperature．Theinvestigatedconditionsinclude，pyrolysisatmosphere(pureN2and90％N2+10％H2，v01％)，differentcatalysts(MoS2，NiSandZnCl2)anddifferentcatalystadditive(0．5％，1．O％，2．0％，5．0％andl0．O％)．Asthenextstepthekin

7、eticpropertiesofpyrolysisprocessisanalysedandtheessentialresultsarelistedasfollow：1．Underthenitrogenpyrolysiscondition,alinearrelationshipbetweenvolatileandcorrespondingrateofweightlessnessatfinalpyrolysistemperatureis