成型熱解對褐煤成漿性的影響

第20卷第4期潔凈煤技術(shù)Vol 20 No 42014年7月Clean Coal TechnologyJuly 2014成型熱解對褐煤成漿性的影響高晶晶,初茉,呂海龍,趙曼,楊小敏(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:為提高褐煤水煤漿的成漿性,以新疆褐煤、半焦及型煤半焦為原料,對其成漿性進(jìn)行對比分析。結果表明:粗細煤粉質(zhì)量比6:4,最佳添加劑用量1.2%時(shí),型煤半焦制備的水煤漿成漿性最好最大成漿濃度為60.1%,表觀(guān)黏度為1153mPa·s。在級配、添加劑用量相同的條件下,褐煤和半焦的最大成漿濃度分別為48.7%和56.8%。煤樣工業(yè)分析和表面結構研究表明隨著(zhù)提質(zhì)改性程度的增加,新疆褐煤、半焦及型煤半焦的水分和揮發(fā)分依次降低,固定碳升高,孔半徑減小,比表面積增大,孔容積變化不明顯。說(shuō)明褐煤經(jīng)熱壓提質(zhì)改性后,煤仳度升高,結構漸趨緊密,孔隙率降低,有利于提高褐煤成漿性。關(guān)鍵詞:褐煤;半焦;型煤半焦;水煤漿;成漿性;煤質(zhì)特性;表面結構中圖分類(lèi)號:TD849;TQ530.2文獻標志碼:A文章編號:1006-6772(2014)04-0051-04Influence of briquetting and pyrolysis on lignite slurryabilityGAO Jingjing, CHU MO, LYU Hailong, ZHAO Man, YANG XiaominSchool of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology( Beijing), Beiing 100083, China)Abstract: To improve the slurryability of lignite, taking Xinjiang lignite, lignite semi-coke and briquette semi-coke as raw material, com-are their slurryability. The results show that the optimum gradation of semi-coke is that the mass ratio of coarse powder and fine powder is6: 4, the best dosage of additives is 1. 2%, the greatest coal water mixture( CWM) concentration is 60. 1%, the apparent viscosity is 1153nPa.s. Under the same gradation and additives dosage, the greatest CWM concentration of lignite and semi-coke are 48.7% and 56.8%0Proximate analysis and the surface structure research of coal sample show that the moisture and volatile of Xinjiang lignite, semi-coke andbriquette semi-coke decrease, fixed carbon increase, the pore radius decrease, specific surface area increase, pore volume change is not obvious with the increase of upgrading modification. So for lignite, upgrading and modification can improve the degree of coalification and slur-ryability, make the structure more close, decrease the porosityKey words: lignite; semi-coke; briquette semi-coke; coal water mixture; slurryability coal quality characteristic; surface structure0引言高達30%~50%,發(fā)熱量較低,熱穩定性較差,作為大規模氣化原料具有很大局限性,目前主要用作局中國“富煤貧油少氣”的能源分布特點(diǎn)決定著(zhù)部地區的動(dòng)力燃料3-3。通過(guò)熱解提質(zhì)褐煤,可改煤炭是中國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的命脈,中國國民變褐煤孔隙結構,降低水分,増加可磨性,提髙熱值經(jīng)濟2/3以上的能源供應都是由煤炭提供。中國褐及熱穩定性,制取高活性?xún)?yōu)質(zhì)氣化原料6,這對擴煤資源量約320億t,易風(fēng)化和自燃,不宜儲存,長(cháng)大中國化工用煤渠道、保障煤化工產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展途運輸及儲存成本過(guò)高3。由于褐煤孔隙結構發(fā)具有重要意義8。利用提質(zhì)褐煤制備水煤漿,可達且氧含量髙(20%左右),使其內水豐富,全水分提髙褐煤水煤漿成漿性和水煤漿濃度,提高褐煤水收稿日期:2014-05-20;責任編輯:白婭娜DOI:10.13226/iisn.1006-6772.2014.04.016基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(U2610):中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專(zhuān)項作者簡(jiǎn)介:高晶晶(1989—),女,甘肅蘭燜人,頑士硏究生,從事褐煤提質(zhì)、褐煤成H中國煤化工CNMHG16cm。通訊作者:初茉,教授,博士。E-mail:cm@cumtb.edu.cn引用格式:高晶晶,初菜,呂海龍,等成型熱解對褐煤成漿性的影響[冂].潔凈煤技術(shù),2014,20(4):51-:GAO Jingjing, CHU Mo, LYU Hailong, et al. Influence of briquetting and pyrolysis on lignite slurryability[ J]. Clean Coal Technology, 2014,20(4):51-54512014年第4期潔凈媒技術(shù)第20卷煤漿氣化效率和水煤漿燃燒效率,同時(shí)降低能耗和47.64%,細粉中0.074mm煤粉質(zhì)量分數為電耗。褐煤成型熱解提質(zhì)工藝中,成型階段先將95.76%。褐煤孔隙壓緊密實(shí),而后通過(guò)熱解降低其水分、揮發(fā)1.1粒度級配試驗分等,使褐煤應用向清潔化、流動(dòng)化、液體化、化學(xué)化稱(chēng)量粗細煤粉共70g,按粗細煤粉質(zhì)量比分別方向發(fā)展,提高褐煤資源利用效率,緩解優(yōu)質(zhì)煤為3:7、4:6、5:56:4、7:3進(jìn)行混合備料,設定資源短缺,降低環(huán)境污染-12。褐煤改性對成漿性水煤漿濃度為58%,萘系添加劑用量為1.0%,研究影響方面的研究較多。趙衛東發(fā)現褐煤脫水后粒度級配對水煤漿表觀(guān)黏度的影響,如圖1所示。成漿濃度高達60%; Favas等將褐煤進(jìn)行水熱脫由圖1可知,不同級配所得水煤漿漿體均為假水改性后其成漿濃度高達64%;Chen等5通過(guò)熱塑性流體。當粗細煤粉質(zhì)量比小于6:4時(shí),隨著(zhù)制性能和致密化處理將褐煤成漿濃度提高至65%漿原料中細煤粉比例的減少,水煤漿黏度明顯降低型煤半焦成漿性差異的硏究較少。原煤經(jīng)壓力成型當粗細煤粉質(zhì)量比為6:4,水煤漿表觀(guān)黏度最低為后孔隙結構致密,再經(jīng)過(guò)熱解將其中的揮發(fā)分去除893mPa·s,水煤漿實(shí)際濃度達到58.0%。當粗細必然能進(jìn)一步提高褐煤成漿性。筆者對比分析了原煤粉質(zhì)量比大于6:4時(shí),水煤漿黏度增加,粗細煤煤、半焦及原煤成型熱解所得型煤半焦的成漿性差粉質(zhì)量比為7:3時(shí),水煤漿表觀(guān)黏度為1312異,并從提質(zhì)后的煤質(zhì)特性和表面結構對水煤漿成mPa·s,實(shí)際濃度為57.9%。因此,新疆型煤半焦漿原理進(jìn)行分析,以期提高褐煤成漿性,使其符合氣最佳級配比為粗細煤粉質(zhì)量比6:4,此時(shí)0.074化用水煤漿標準。mm煤粉質(zhì)量分數為67.94%。云24001試驗條件1.1試驗原料以新疆褐煤、半焦及型煤半焦為試驗原料。褐煤在600℃下利用管式爐熱解加工獲得半焦;在褐趙晨煤中加人含硅礦物黏結劑,成型壓力為3.5MPa,制備出型煤后利用管式爐在600℃下熱解獲得型煤半焦。成漿采用萘系添加劑粗細煤粉質(zhì)量比1.2試驗方法圖1粒度級配對水煤漿表觀(guān)黏度的影響將空氣干燥試樣用球磨機磨制成符合試驗要求粗細煤粉質(zhì)量比6:4的水煤漿流變曲線(xiàn)如圖的粒度。選定合適的粗細煤樣配比,通過(guò)濕篩確定2所示。由圖2可知,當粗細煤粉比例為6:4時(shí)所煤樣中0.074mm煤粉比例。按照計算的粗細粒配得水煤漿漿體為假塑性流體,具有剪切變稀的特性。比稱(chēng)取煤樣,加入一定質(zhì)量的添加劑和水。將配好G6600的制漿原料在200r/min攪拌器內勻速攪拌10min,得到水煤漿;制漿后按照GB/T18856.4-2008《水煤漿試驗方法第4部分:表觀(guān)黏度測定》16使用2640NXS-11B旋轉型黏度計測量水煤漿黏度;按照GB/T1865-2008《水煤漿技術(shù)條件》切進(jìn)行水煤漿實(shí)際濃度的測定。0剪切率/s12結果與討論圖2粗細煤粉質(zhì)量比為6:4的水煤漿流變曲線(xiàn)2.1型煤半焦成漿性分析中國煤化工定采用新疆型煤半焦進(jìn)行最大成漿濃度試驗。首CNMHG的最佳級配條件下,設先確定最佳粒度級配,在最佳粒度級配的基礎上確定水煤影濃度為58%,餅究添加劑用量對水煤漿表定最佳添加劑用量,最后確定最大成漿濃度。通過(guò)觀(guān)黏度的影響,具體如圖3所示濕篩方法計算出粗粉中0.074mm煤粉質(zhì)量分數為由圖3可知,當分散劑用量小于1.2%時(shí),隨著(zhù)2高晶晶等:成型熱解對褐煤成漿性的影響2014年第4期分散劑用量的增加,水煤漿黏度明顯下降。分散劑1800用量為1.2%時(shí),水煤漿黏度最低為995mPa·s,實(shí)際濃度為59.2%;分散劑用量為1.4%時(shí),水煤漿實(shí)際濃度達到59.3%,水煤漿黏度為1174mPa·s可見(jiàn)添加劑用量為1.2%時(shí),水煤漿黏度較低,且成漿濃度相對較高,為最佳用量。水煤漿濃度%圖5表觀(guān)黏度與水煤漿濃度關(guān)系趙興a10240長(cháng)8000.70.80.91.01.11.21.3145120添加劑用量/%圖3添加劑用量對水煤漿表觀(guān)黏度的影響添加劑用量為1.2%的水煤漿流變曲線(xiàn)如圖4剪切率/s所示。由圖4可知,當粗細煤粉比為6:4,添加劑用量為1.2%時(shí),所得水煤漿漿體為假塑性流體,具圖6成漿濃度60.1%的水煤漿流變曲線(xiàn)有剪切變稀的特性。1.2%的條件下,分別確定褐煤和半焦的最大成漿濃度。褐煤、半焦和型煤半焦的成漿性參數見(jiàn)表1。4480表1褐煤、半焦、型煤半焦成漿性對比3360074mm煤粉添加劑表觀(guān)黏度/實(shí)際濃樣品質(zhì)量分數/%用量/%(mPa·s)度/%褐煤1.2半焦剪切率/s型煤半焦67.941.215360.1圖4添加劑用量為1.2%的水煤漿流變曲線(xiàn)2.1.3最大成漿濃度試驗由表2可知,褐煤成漿濃度僅為48.7%,黏度為在粗細煤粉質(zhì)量比6:4、萘系添加劑用量1176mPa·s;半焦成漿濃度為56.8%,比原煤增加1.2%的條件下,研究水煤漿濃度對表觀(guān)黏度的影8.1%,黏度為1006mPan:s;型煤半焦成漿濃度達到響,具體如圖5所示。由圖5可知,隨著(zhù)水煤漿濃度60.1%,比原煤增加11.4%,比半焦增加3.3%,黏的增加,其表觀(guān)黏度逐漸升高。當制漿濃度為60%度為1153mPa·s。說(shuō)明褐煤經(jīng)熱解加工后,成漿時(shí),表觀(guān)黏度為1153mPa·s,小于1200mPa·s,實(shí)性大幅提高;若在一定壓力下成型后熱解加工,其成際濃度達到60.1%;當制漿預設濃度為61%時(shí),實(shí)漿性可進(jìn)一步提高。新疆褐煤型煤半焦制備的水煤際濃度可達61.1%,表觀(guān)黏度為1725mPa·s,大于漿實(shí)現了制漿濃度大于60%,漿體黏度小于1200水煤漿規定的最高黏度1200mPa·s。因此,確定mPa·s新疆型煤的最大成漿濃度為60.1%。3原理分析成漿濃度60.1%的水煤漿流變曲線(xiàn)如圖6所示。由圖6可知,粗細煤粉比為6:4,添加劑用量H中國煤化工結構分析褐煤、半焦為1.2%,水煤漿濃度為60%時(shí),所得水煤漿漿體為CNMHG煤樣工業(yè)分析、表面假塑性流體,具有剪切變稀的特性結構分別見(jiàn)表2、表3。2.2褐煤、半焦、型煤半焦成漿性對比由表2可知,褐煤屬低變質(zhì)程度煤,M較高,為在粗細煤粉質(zhì)量比6:4、萘系添加劑用量17.32%。原煤經(jīng)過(guò)不同工藝(熱解,成型熱解)提質(zhì)532014年第4期潔凈媒技術(shù)第20卷改性后,M均眀顯降低。半焦M,為5.69%,型煤焦比褐煤最大成漿濃度提高8.1%,型煤半焦比褐半焦M為6.43%。水分越低水煤漿成漿性越好,煤和半焦的最大成漿濃度分別提高11.4%和說(shuō)明提質(zhì)后煤樣的成漿性得以提高。型煤半焦水分3.3%。略高于半焦是由于成型階段添加劑吸水導致,從成2)褐煤經(jīng)熱解成型加工后,水分和揮發(fā)分降漿結果來(lái)看,這部分水分對型煤半焦的成漿性影響低,固定碳升高,孔半徑減小,比表面積逐漸增大,孔不大容積變化不明顯。說(shuō)明褐煤經(jīng)熱壓提質(zhì)改性后,煤表2煤樣工業(yè)分析化度升高,煤的結構漸趨緊密,趨于煙煤特征,孔隙率降低,這種結構的變化有利于提高褐煤成漿性樣品型煤半焦保持了原煤良好的化學(xué)反應活性,制得的褐煤水煤漿濃度大于60%,表觀(guān)黏度小于1200mPa·s半焦14.7017.1070.71使褐煤型煤半焦成為優(yōu)質(zhì)的水煤漿氣化原料。型煤半焦6.4360.18參考文獻表3煤樣表面結構[1]」劉明強,劉建忠,王睿坤,等熱解溫度對褐煤半焦成漿特性影單點(diǎn)平多點(diǎn)BET比表單點(diǎn)總孔容積響的試驗研究[J中國電機工程學(xué)報,2013,33(8):36-43樣品孔半徑/m面積/(m2·g)(mL·g)2]初萊,高晶皛褐煤低溫熱解提質(zhì)試驗硏究[J.煤炭科學(xué)技術(shù)褐煤4.110[3]尹立群我國褐煤資源及其利用前景[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2004,7.785.8490.02275932(8):12-14型煤半焦6.1110.5050.032114[4]劉燁煒,張勝局,何國鋒,等褐煤改性對水煤漿濃度影響的研究[J].煤質(zhì)技術(shù),2013(1):8-10褐煤經(jīng)熱解加工后灰分升高。褐煤灰分為[5]崔秀玉,雷曉平,楊向福,等淺談中國水煤漿技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應965%,半焦為14.70%,型煤半焦為26.34%。由于用[J].潔凈煤技術(shù),2002,8(4):13-16.6]虞育杰褐煤水熱脫水提質(zhì)制備高濃度水煤漿的基礎研究采用添加無(wú)機黏結劑的成型工藝,型煤半焦灰分大[D].杭州:浙江大學(xué),2013:2-3幅增加。經(jīng)過(guò)熱解及成型熱解后,半焦產(chǎn)物揮發(fā)分冂]朱書(shū)全褐煤提質(zhì)技術(shù)開(kāi)發(fā)現狀及分析[門(mén)].潔凈煤技術(shù),2011,顯著(zhù)降低、固定碳升髙。17(1):1-4由表3可知,褐煤?jiǎn)吸c(diǎn)平均孔半徑為9.88mm[8]段清兵,梁興,張勝局,等提高神華煤氣化水煤漿濃度的可半焦為7.78mm,型煤半焦為6.11nm。隨著(zhù)提質(zhì)改行性研究[J].潔凈煤技術(shù),2009,15(2):49-52[9 Shi-feng ZHU, Mo CHU, Fei-xiang ZHAO. 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