基于Chemkin的煤热解多步反应机理的改进(2)
致 谢 28
参考文献29
1 绪论
1.1 背景
我国能源现状为：缺油、少气、富煤。据《BP2013年世界能源统计年鉴》报道，已探明的燃料储量为：天然气3.1万亿立方米，占世界储量的1.7 %；石油24亿吨，占世界储量的1.0 %；煤炭1145亿吨，占世界储量的13.3 %。煤炭在一次能源消费中占据极大份额，其中2011年为69.30%，2012年为68.49%[1]。随着能源的日渐消耗，结合我国国情，将来煤炭一定会在能源系统中占据统治地位。并且人们对燃料的质量要求日益提高，简单粗放式的燃烧放热，已然不能满足对能源的需求，因此对煤炭进行精加工尤为必要。
我国煤炭资源丰富，煤种齐全，但是其中低阶煤的含量较高，主要是指褐煤和低品质烟煤占据57.376%[2]。低阶煤具有含碳量较低、热值不高、水分大、化学反应性好、易燃易碎等特点，不利于粗放式燃烧和长途运输，并且直接燃烧的利用效率低，温室气体CO2和有害气体SO2、NO2的排放量较大。因此需要将其转化为较高品质的燃料，采取的手段可以是煤液化、煤气化和煤热解。其中，煤热解的所需成本较低，可以生产出焦炭、煤气和焦油。而且热解出的煤焦油加氢可生产出汽油、柴油等液体燃料，有利于缓解石油危机。
煤热解技术很早就以产生，但企业发展规模不大，焦油和煤气的综合利用效率低，并且对环境有较大污染。企业要想能够长远的发展，必须积极开发出综合利用项目，实现生产的合理化、系统化的生产过程，对焦炭、煤气、焦油进行深加工。实现煤炭清洁、高效的利用，才能走出煤热解的新天地[3]。
1.2 煤热解
煤的热解[4-5]是指：将煤样在隔绝空气的环境下加热，煤样在不同的温度时段下发生不同的复杂的物理、化学联合反应的过程。煤热解产生气体(煤气)、液体(焦油)、固体(焦炭)等产品，低品阶的煤样，热解也能产生较高品质的焦油和煤气，提高了燃料的品级。
煤的热解可划分为三阶段：
第一阶段，室温-300 oC，干燥脱气阶段，煤样形态不发生变化。在120 oC前完成脱水，CH4、CO2和 N2等气体大致在200 oC完成脱离。不同煤种热解，析出气体时的温度不同：泥炭为200-250 oC；褐煤为250-350 oC；烟煤为350-400 oC；无烟煤为400-450 oC。
第二阶段，300-600 oC，以解聚和分解为主，生成焦炭。生成、排放出大量的挥发性物质(煤气和焦油)，温度为450 oC左右，焦油量释放量最大，温度为450-600 oC气体释放量最多。煤气的主要成分为气态烃化物和一氧化碳和二氧化碳等；焦油主要是结构复杂的芳香族类化合物。烟煤在温度约为350 oC开始软化、熔融、流动和膨胀再到固化，出现气相、液相、固相共存的特殊现象，形成胶质体。温度为500-600 oC胶质体分解、缩聚，固化转变为半焦。
第三阶段，600-1000 oC，缩聚反应占据主导地位，半焦转变为焦炭。本阶段中释放出的焦油量极少，挥发分主要是H2和CH4构成的煤气，又叫作二次脱气阶段。从半焦转变为焦炭，不仅析出大量煤气，而且自身的密度增加，体积缩小，变成具有强度的块状物。褐煤则变为焦粉。
1.3 影响因素
1.3.1 煤化程度
煤化程度[6]对热解产物的影响在于：
(1) 不同煤样有着不同的结构特征，C、H、O含量不同；
(2) 热解过程中煤样塑性的不同对二次反应也会产生影响。
随煤阶的增加含氧量降低，因此热解生成的水和碳氧化物的产量降低；中等煤阶的煤样热解时会产生较多的甲烷；粘结性的烟煤与褐煤和无烟煤相比具有较高的焦油收率。煤热解反应时所需能量随煤变质程度的增加而增加，即随变质程度的增加，煤热解反应活性不断降低。
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