低變質(zhì)煤的熱解技術(shù)

2014年3月榆林學(xué)院學(xué)報Mar.2014第24卷第2期JOURNAL OF YULIN UNIVERSITYVol 24 No. 2低變質(zhì)煤的熱解技術(shù)蘇婷,盧艷強榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院,陜西榆林71900摘要:我國低變質(zhì)煤的儲量十分豐富,對其充分有效的利用可以極大的緩減當前資源緊缺的現狀,同時(shí)也帶來(lái)較大的經(jīng)濟效益,而對低變質(zhì)煤進(jìn)行熱解處理是比較常用的方式。微波熱解技術(shù)是一種節能高效、加熱速率高、反應速率快的新型煤炭轉化技術(shù),在煤、油頁(yè)巖及生物質(zhì)等綜合利用領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的前景。在對我國低變質(zhì)煤資源性質(zhì)、特點(diǎn)分析的基礎上,歸納總結了煤的低溫熱解技術(shù)及微波熱解技術(shù)的研究發(fā)展現狀和利用情況,研究了低變質(zhì)煤的熱解特性。關(guān)鍵詞:低變質(zhì)煤;低溫熱解;微波熱解中圖分類(lèi)號:TQ530.2文獻標志碼:A文章編號:1008-3871(2014)02-0009-0中國是以煤炭為主要能源的大國,占一次能源雜,歸納起來(lái)可分為有機質(zhì)和無(wú)機質(zhì)兩大類(lèi)以有機消費的70%以上,這一格局在中國未來(lái)能源和煤化質(zhì)為主體。煤中的有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有工領(lǐng)域中將不會(huì )有大的改變。在以后很長(cháng)一段時(shí)期機硫等五種元素組成。其中,碳、氫、氧占有機質(zhì)的內,中國還必須走以煤炭為基礎能源的可持續發(fā)展95%以上,此外,還有極少量的磷和其他元素。煤中道路。我國低變質(zhì)煤資源占煤炭資源的60%以上,的無(wú)機質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì),它們的存在降低了這類(lèi)煤具有灰分低、硫分低、發(fā)熱量高、可選性好、煤煤的質(zhì)量和利用價(jià)值,其中絕大多數是煤中的有害質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)因此,大力發(fā)展低變質(zhì)煤的潔凈轉化成分。另外,還有一些稀有、分散和放射性元素,例技術(shù)和綜合利用技術(shù),進(jìn)一步延伸產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)各種如,鍺、鎵、銦釷、釩、鈦、鈾等,它們分別以有機或無(wú)化工產(chǎn)品及油天然氣等能源對我國經(jīng)濟可持續發(fā)機化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含展具有重大戰略意義。量,一旦達到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí),就是重要的1煤的概述礦產(chǎn)資源。1.1煤的性質(zhì)及分類(lèi)煤是植物遺體經(jīng)過(guò)復雜的生煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子物化學(xué)、地球化學(xué)物理化學(xué)作用轉變而成的一種固結構的外部表現,是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條體可燃礦產(chǎn)。成煤大致可分為兩個(gè)階段。第一階段件轉化過(guò)程煤化程度和風(fēng)化、氧化程度等因素所是植物在泥炭沼澤中不斷繁衍,其遺體在微生物的決定的,主要包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬參加下不斷分解、化合、聚集的過(guò)程。第二階段是煤度脆度、斷口及導電性等。其中,除了比重和導電化作用階段煤化過(guò)程是一個(gè)增碳化過(guò)程,即泥炭、性需要在實(shí)驗室測定外,其他根據肉眼觀(guān)察就可以腐泥在以溫度和壓力起主導作用下轉變?yōu)槊旱倪^(guò)確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評價(jià)煤質(zhì)的依程。這個(gè)階段包括成巖作用和變質(zhì)作用,起主導作據,并用以研究煤的成因、變質(zhì)機理和解決煤層對比用的是物理化學(xué)作用。等地質(zhì)問(wèn)題。根據成煤植物種類(lèi)的不同煤主要可分為兩大煤的工藝性質(zhì)主要包括粘結性和結焦性、發(fā)熱類(lèi),即腐殖煤和腐泥煤。煤的化學(xué)組成很復量、化學(xué)反應性、熱穩定性、透光率、機械強度和可選牧藕日期:2013-基金項目:檎林學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)基金項目(12CK32);榆林市科技計劃項日(Cy12-15);榆林學(xué)院大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃項目作者簡(jiǎn)介:蘇婷(1984一),女,陜西愉林人,助教,碩士,從事化學(xué)工程與工藝的教學(xué)與研究,Emal:stl010iy@126.cm榆林學(xué)院學(xué)2014年第2期(總第112性等,是煤進(jìn)行加工轉化的重要依據。國 Toscoal工藝、 ENCOAL工藝、日本煤快速熱解工1.2我國煤炭資源及特點(diǎn)我國煤炭資源豐富,分藝、德國L-R工藝澳大利亞流化床快速熱解工藝布廣泛,但分布極不均衡。煤炭資源量最多的是新及前蘇聯(lián)3TX(ETCH)-175工藝等 garrett法是疆(19193.53億噸),而最少為浙江省(0.50億噸)。美國西方研究公司研究開(kāi)發(fā)的一種熱解工藝。北方的大興安嶺、太行山、賀蘭山之間的地區,包括國內以侏羅紀不粘煤、弱粘煤、長(cháng)焰煤等低變質(zhì)內蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅河南6各省區的全煤為原料進(jìn)行低溫熱解生產(chǎn)蘭炭的主要爐型有四部或大部,是我國煤炭資源集中分布的地區,其資源種:一是考伯斯外熱式直立炭化爐;二是鞍山熱能院量占全國煤炭資源量的50%左右,占我國北方地區設計的內熱式直立炭化爐,該爐以生產(chǎn)半焦為主,可煤炭資源量的55%以上。南方煤炭資源量主要集回收焦油煤氣視廠(chǎng)區的消化能力做燃料用或排放中于貴州、云南、四川三省,三省煤炭資源量之和為處理;三是直立不完全氣化爐,該爐以供中、小城鎮3525.74億噸,占我國南方煤炭資源量的9147%。煤氣為主副產(chǎn)品為半焦和焦油;四是SJ型內熱式特別是貴州西部、四川南部和云南東部地區是我國爐。中國曾發(fā)展了各種類(lèi)型的熱解工藝,其主要目南方煤炭資源最為豐富的地區。標是獲取當時(shí)極為短缺的石油替代品一人造石油,1.3我國低變質(zhì)煤資源利用情況鑒于陜北地區低較為典型的工藝有魯奇二段式干餾爐、三段式干餾變質(zhì)煤的特性,對它的利用也受到一些限制。目前爐,間歇干餾爐等。開(kāi)發(fā)利用低變質(zhì)煤的途徑有:建坑口電站、液3微波加熱的特點(diǎn)及其應用現狀化氣化、干餾9、冶金10等。常規熱解通常采用電加熱或高溫介質(zhì)加熱,熱2低溫熱解技術(shù)及其進(jìn)展量傳遞方式為由外部熱源通過(guò)熱輻射由表及里的傳2.1低溫熱解技術(shù)煤的中低溫干餾(熱解)是指在導式加熱,熱量從物料表面傳入內部,揮發(fā)性產(chǎn)物則隔絕空氣(或在非氧化氣氛)條件下將煤加熱,最終從內部向外擴散,其傳熱傳質(zhì)方向相反,容易引起熱得到蘭炭、焦油和煤氣的方法。中低溫條件下煤的解產(chǎn)物的二次裂解,加熱速率小,傳熱不均勻。微波熱解可分為兩個(gè)階段,第一階段:室溫-300℃為干加熱是材料在電磁場(chǎng)中由介質(zhì)損耗而引起的體加燥脫氣階段;第二階段:300℃-750℃為粘結形成熱。這種加熱的優(yōu)點(diǎn)是明顯的,它與高頻介電加熱半焦階段。煤在300℃左右開(kāi)始軟化,生成和排出技術(shù)類(lèi)似,只不過(guò)采用的工作頻率為微波頻段而已,大量揮發(fā)物煤氣和焦油。450℃前后焦油量最大,微波加熱意味著(zhù)將微波電磁能轉變成為熱能,其能在450℃-750℃氣體析出量最多山。煤氣成分量是通過(guò)空間或媒質(zhì)以電磁波形式來(lái)傳遞的,對物除熱解水、一氧化碳和二氧化碳外,主要是氣態(tài)氫質(zhì)的加熱過(guò)程與物質(zhì)內部分子的極化有著(zhù)密切的關(guān)等,故熱值較高。系低溫熱解主要以低變質(zhì)煤(褐煤、長(cháng)焰煤、不黏3.1微波特點(diǎn)及加熱原理微波是指頻率在300煤、弱黏煤等)為原料,對調節我國煤炭資源結構具M(jìn)Hz-300GHz區間的電磁波,照射在理想導電金有重要的意義。早期該技術(shù)主要以提取液體燃料焦屬表面上將被全反射照射在介質(zhì)表面則有一小部油為目的,另外也可用于油頁(yè)巖提油。近幾年,由于分被反射而大部分能穿透到介質(zhì)內部,并在內部逐煤炭資源的大量開(kāi)發(fā)以及新技術(shù)的不斷發(fā)展,為了漸被介質(zhì)吸收而轉變?yōu)闊崮?其穿透深度主要決定合理利用低變質(zhì)煤資源,延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈提高附加值,增于介質(zhì)的介電常數和電磁波的頻率,介電損失是微強技術(shù)經(jīng)濟競爭力,在一些低變質(zhì)煤種資源豐富的波頻率的函數。地區和國家,煤的低溫干餾技術(shù)得到了前所未有的物料在微波場(chǎng)中的溫度變化,除與微波性質(zhì)有蓬勃發(fā)展。關(guān)外,主要取決于物料的自身性質(zhì)。如果物料的性22低溫熱解技術(shù)發(fā)展現狀國外對塊煤進(jìn)行熱解質(zhì)不同,溫度變化亦異,這就是說(shuō),即使處于同一微加工比較成熟的爐型有氣流內熱式爐(如魯奇爐),波場(chǎng)中的礦石,其各種礦物將有不同的溫度變化,即外熱立式爐(如考伯斯立式爐)等,熱解工藝包括美微波的選擇性加熱作用,將導致礦物之間出現溫度蘇婷,盧艷強:低變質(zhì)煤的熱解技術(shù)II差1。與傳統的加熱方式相比,微波加熱具有以下?lián)]發(fā)份煙煤制取焦炭的工藝,認為采用微波進(jìn)行煤優(yōu)點(diǎn)的干餾是一種行之有效的方法; Mermoud等研究加熱速度快,微波加熱為整體加熱,電磁能直接發(fā)現煤熱解過(guò)程中,高升溫速率下產(chǎn)生的揮發(fā)分更作用于介質(zhì)分子轉換為熱能,可使物料內外同時(shí)受多,而且主要由大分子組成C/H比較高。 Parisa(21熱。所以微波加熱也被叫做介電加熱5;均勻加等進(jìn)行了原煤微波快速熱解制備焦炭的研究,認為熱,不論物料形狀如何,微波都能均勻滲透,產(chǎn)生熱微波加熱煉焦的方式是可行的。微波熱解可以大幅量,因此均勻性大大改善;節能高效易于控制;選擇度提高熱解速率,有效控制熱解煤氣的組成0),這性加熱,不同的物料具有不同的吸波性,因此對說(shuō)明微波對熱分解反應具有一定的催化作用,可能微波的吸收損耗不同可對各組分進(jìn)行選擇性加熱,會(huì )促使熱解過(guò)程中發(fā)生一些特殊的反應,而導致產(chǎn)達到對特殊組分的加熱要求;安全無(wú)害,通常微波能品組成或結構發(fā)生改變。對微波熱解技術(shù)的研究有是在金屬制成的封閉加熱室、波道管內傳輸。微波助于低溫熱解煤氣的進(jìn)一步深加工與利用。不屬于放射性射線(xiàn)、又無(wú)有害氣體排放,是一種十分4結語(yǔ)安全的加熱技術(shù)豐富的煤炭資源現狀,使得它的發(fā)展不論在經(jīng)3.2微波熱解技術(shù)及其研究進(jìn)展微波熱解是以徵濟效益上還是資源利用上都是十分重要的內容,煤波替代常規熱源的一種熱裂解技術(shù)。微波加熱是微的低溫熱解是目前乃至今后很長(cháng)時(shí)間之內煤化工發(fā)波能轉化為熱能而對物料加熱的過(guò)程1,與常規熱展的主要方向,采用常規的加熱方式占到熱解處理解技術(shù)相比具有同步均勻加熱物料、加熱效率高的的大部分,這種技術(shù)使用的時(shí)間長(cháng),技術(shù)比較成熟,優(yōu)勢1,可直接對大尺寸物料進(jìn)行熱解,所有熱解具有一定的優(yōu)勢。但微波熱解的技術(shù)相比之下也有產(chǎn)物均可進(jìn)行進(jìn)一步綜合利用。鑒于此,眾多學(xué)者它自身獨特的優(yōu)勢,今后工業(yè)生產(chǎn)中,要盡量的發(fā)揮已經(jīng)在微波熱解領(lǐng)域開(kāi)展了著(zhù)有成效的研究工作,其特點(diǎn),朝著(zhù)高效率的微波熱解技術(shù)趨近,逐步的規推動(dòng)了該技術(shù)在化工、冶金、材料等行業(yè)的廣泛應?；w現其對工業(yè)化的積極作用。用:。除此之外,以微波為熱源對原煤進(jìn)行干煤的微波熱解技術(shù)屬于新型的處理方式,對其燥、脫硫、熱解等的研究也是目前微波技術(shù)應用的一熱解機理的分析還不成熟,比如采用微波條件是如個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。何改變了產(chǎn)品的組成和結構等這些問(wèn)題的解決還不TUsu(1研究表明,當有氧化銅、四氧化三鐵夠精準,所以在理論上還需要做更多的研究。在設等吸波性物質(zhì)存在時(shí),煤在微波場(chǎng)中會(huì )快速升溫3備方面要想大規模的工業(yè)化,同樣也需要進(jìn)行大量min即可達到1000℃以上,導致煤發(fā)生快速熱解。的設計實(shí)驗研究工作,還要經(jīng)歷一定的時(shí)間。采用K.E.h等21發(fā)現在微波輻射的條件下油頁(yè)微波熱解方式進(jìn)行煤的干餾是對煤化工發(fā)展起到巖熱解產(chǎn)生的焦油中輕質(zhì)烴的含量較常規加熱的推動(dòng)作用的,今后在不斷的發(fā)展完善中,必將走向高大。 Ed Lester等2)初步研究了采用微波能加熱高效低能耗的工業(yè)發(fā)展道路。參考文獻1]況世選.論煤炭的主要物理性質(zhì)[J]企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā),2010,29(10):61-63[2]姜曉霞煤化學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007:4-113]郎會(huì )榮,李桂芬.煤化學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱地圖出版社,2007:19-22.4]李增學(xué),魏久傳,劉瑩煤地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2005:32-35[5]莫若平,武文,張志敏.東勝煤田煤質(zhì)特征及其綜合利用方向[J內蒙古煤炭經(jīng)濟,2002(2):16-18.[6]楊國榮.淺議中國神木煤煤質(zhì)特征及工業(yè)利用方向[J].煤化工,1994,69(4):31-35[7]杜銘華.煤炭液化技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[J].中國煤炭,2006,32(2):10-13[8]陳家仁中國煤炭及煤炭清潔利用技術(shù)[冂].潔凈煤技術(shù),196,2(4):16-19[9]李飛.我國煤化工科技現狀及前景[J].化工設計,1994(6):1-912榆林學(xué)院學(xué)報2014年第2期(總第112期)[10]王元臣,張永吉論神華煤的優(yōu)勢[J].潔凈煤技術(shù),2003,9(4):8-1.[I冂]撫順石油學(xué)院人造石油教研組低溫干餾工藝學(xué)[M].北京:中國工業(yè)出版社,1961:102-11[12]郭樹(shù)才煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1992:11-16[13 ] S K. 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Pyrolysis. 2007, 79: 128-135(責任編輯:王瑞斌)On the Pyrolysis Technology of the Low Metamorphic CoalSU Ting, LU Yan-qiang(School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, Shaanxi)Abstract: The reservation of low metamorphic coal in China is very rich, its fully effective use can greatly alleviatethe current status of the resource constraints, but it also brings large benefits economically. And thermal processingof low metamorphic coal is a relatively common way. The microwave technology, as a new coal conversion technology, has a wide prospects in comprehensive utilization of coal, oil shale and biomass. It has the characteristics of arenergy efficient solution, the high heating rate and reaction rate. The paper summarized the technology of coal pyrolysis as well as the development and utilization of microwave pyrolysis technology research based on the characteristics analysis of low metamorphic coalKey words: low metamorphic coal; low -temperature pyrolysis; microwave pyrolysis