[发明专利]一种改善半焦孔隙结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤热解制取半焦生产技术，特别是涉及煤低温干馏过程中，对固体半焦产物孔隙结构进行改善的方法。

背景技术

煤热解，是煤在隔绝空气或惰性气氛下持续加热到较高温度，发生一系列物理变化和化学变化，最终形成气态(干馏煤气)、液态(焦油)和固态(焦炭)产物的过程。煤热解终温在500至600℃时，即为低温干馏。相比煤的气化和液化，低温干馏工艺过程简单，加工条件温和，可同步制得半焦、煤气和焦油，实现煤的部分气化和液化。

半焦作为煤低温干馏的固态产物，具有广泛的应用途径，包括燃烧、气化等一系列现代煤化工业过程。在煤形成半焦的阶段，即脱挥发分主要生成气态烃的过程中，煤的反应性极高，完成该段的时间也很短，而该段生成的半焦，其随后的气化则很慢。因此，在反应器和工业气化炉的设计中，其容积主要取决于半焦的反应性。半焦气化反应性影响因素十分复杂，包括煤的变质程度、热解条件、半焦微观结构、表面结构以及灰分的催化作用等。大量研究表明，半焦反应性与其孔隙结构密切相关，作为典型的非均相反应，半焦表面孔隙结构对气化反应具有十分重要影响，具体表现在半焦中大孔、中孔直接决定气化反应过程中的反应物和产物的扩散速率，进而影响气化反应速率。其次，气化剂与焦作用发生气化反应一般认为主要在半焦微孔活性点上进行，增加半焦微孔数目、增大比表面积均有利于半焦气化反应的进行。因此，从一定程度上可以认为，半焦孔隙结构越发达，气化反应性越好。因此，寻找一种方法以改善半焦的孔隙结构，继而提高焦气化反应性具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是通过一种简单而又有效的方法改善半焦的孔隙结构并增大其比表面积，从而提高半焦气化反应性，实现煤炭资源的高效利用。

传统的煤低温干馏是在隔绝空气或惰性气氛下进行煤的热解以制备半焦的。然而，本发明意外发现，在保证CO₂不与半焦发生气化反应从而损失半焦产率的前提下，在CO₂气氛下进行煤的低温干馏，可以显著改善半焦的孔隙结构，并增大半焦的比表面积，从而提高半焦的气化反应性，实现煤炭资源的高效利用。

一般地，年轻煤的气化反应发生起始温度基本均在700℃以上，而煤的低温干馏一般在500～700℃间进行。在此温度区间内，半焦几乎不能与CO₂发生气化反应，这就保证了半焦最终产量不会因为CO₂气氛的引入受到影响。

本发明通过对比CO₂气氛下制备焦样与Ar气氛下制备焦样在孔隙结构特点及比表面积方面的差异，大量重复实验发现，CO₂气氛有利于半焦比表面积及孔隙结构的发育，具有明显的扩孔作用。

因此，本发明创新性地提出在CO₂气氛下进行煤低温干馏，通过本发明方法可以实现改善半焦孔隙结构、增大半焦比表面积的目的。本发明方法只需改变热解气氛即可，简单易行，效果显著。

附图说明

图1是在不同气氛下进行煤低温干馏得到半焦的比表面积比较结果。

图2是在不同气氛下进行煤低温干馏得到半焦的总孔体积比较结果。

图3是在不同气氛下进行煤低温干馏得到半焦的微孔体积比较结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明方法进行详细的阐述。

为了验证本发明方法的可行性，以加压固定床热解炉为基本实验手段，利用新疆烟煤，分别在CO₂气氛和Ar气氛下，以0.1MPa、0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa四个热解压力制备8组焦样，对比考察不同气氛下半焦结构的变化。

焦样制备及样品孔结构特性测定的具体过程如下：

1）采用四分法取样，将新疆伊宁烟煤破碎、研磨和筛分后，选取5～6mm煤样供制备焦样用；

2）准确称取步骤1）中煤样50g，加入立式加压管式炉中，根据制焦气氛的不同，通入1L/min CO₂或Ar气体，吹扫加压固定床热解炉30分钟，排净反应器内的空气，然后控制CO₂或Ar气体流量为500ml/min；

3）调节反应器压力至实验值，保证热解反应器内压力稳定，并分别设定在0.1MPa、0.5MPa、1.0MPa和1.5MPa；

4）以10K/min的升温速率将煤样样品从室温加热至700℃，并保持停留时间30分钟，完成低温干馏实验；