基于二次反应修正的富油煤快速热解过程模拟
杨盼曦
郭伟
俞尊义
王晶
李红强
杨伯伦
吴志强
西安交通大学化学工程与技术学院,陕西西安 710049;西安交通大学陕西省能源化工过程强化重点实验室,陕西西安 710049
摘要：富油煤具有产油潜力大的资源属性,与粉煤快速热解焦油收率较高的工艺特点相匹配.将富油煤作为快速热解原料可以获得较高的焦油收率,但依旧面临着焦油中重质组分较高的挑战.挥发分之间的二次反应是影响快速热解焦油品质的重要因素,深入分析热解二次反应的机理与特点是解决焦油低品质问题的前提与基础,然而目前缺少描述在反应器高温环境内气相挥发分之间二次反应的有效动力学模型,及其与计算流体力学进行结合以模拟真实热解反应器中二次反应作用的应用案例.从化学渗透脱挥发分(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)模型出发,在简化煤分子结构及一次反应网络的基础上进一步构建焦油及轻质气体内部组分相互转化、焦油歧化生成气固产物的二次反应体系.采用OpenFOAM开源软件计算考虑二次反应修正的固定床快速热解过程中产物演变规律,探究了热解载气温度、颗粒粒径以及挥发分停留时间对富油煤热解产物分布的影响.结果表明:考虑二次反应修正的热解动力学模型能描述焦油产率随温度升高先增加后减小的趋势,焦油产率在载气温度为873 K下达到最高值10.1％.颗粒粒径主要影响热解的升温速率与挥发分的停留时间,从而间接影响焦油产率与品质.当粒径减小为48 μm(300目),焦油产率可以进一步提升至12.4％.随着停留时间的缩短,二次反应进行的程度减小,焦油总产率与品质也会有所提高,焦油产率相对增加将近20.1％,焦油轻组分质量分数由0.621提升至0.677.研究结果有望为富油煤快速热解焦油产物的品质调控提供理论指导.
关键词：富油煤二次反应快速热解网格动力学模型计算流体动力学
分类号：TQ530.2(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：华能集团总部科技课题能源安全技术专题资助项目(HNKJ20-H87)陕西省创新能力支持计划资助项目(2023-KJXX-004)陕西省创新能力支持计划资助项目(2022KXJ-126)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 4066-4078 )
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