低變質(zhì)粉煤成型熱解的研究

第43卷第14期廣州化工Vol. 43 No. 142015年7月Guangzhou Chemical IndustryJul.2015氐變質(zhì)粉煤成型熱解的研究孫鵬飛,李京仙,楊榕(蒲城清潔能源化工有限責任公司,陜西西安715500)0摘要:以陜北低變質(zhì)粉煤為原料,采用冷壓成型制備型煤,主要研究焦煤添加量、添加水分、成型壓力、熱解溫度的影響。結果表明:以焦煤作粘結劑進(jìn)行型煤熱解實(shí)驗的硏究中,可發(fā)現型煤(型焦)的抗壓強度均隨著(zhù)焦煤加亼量的增大而升高,選用10%的焦煤較為適宜;在一定范圍內,型煤的強度隨著(zhù)成型壓力的增大而増大,選擇60kN的強度較為適宜型煤的強度隨著(zhù)成型壓力的增大而增大,14%的水分更佳;型焦的強度在700℃以上就趨于平穩化,故選擇的熱解溫度為700℃關(guān)鍵詞:型煤;型焦;焦煤;熱解中圖分類(lèi)號:TQ534.2文獻標志碼:A文章編號:1001-96772015)014-0901-03Study on the pyrolysis of low rank Pulverized coalPucheng Clean Energy Chemical Company Ltd, Shaanxi Xi'an 715500, China)Abstract: Using the low rank pulverized coal in shanbei as raw material, coking coal was added to prepare ford coke ), the main research included content of coking coal, water content, briquetting pressure, theinfluence of pyrolysis temper-ature. The results showed that the coking coal was using as a binder type coal pyrolysisexperiments on study, it was found that briquette coal formed coke of the compressive strength increased with theincrease of the content in coking coal, choosing 10% of coking coal was relatively appro-priate. Within a certain rangethe strength of briquette coal ( formed coke) increased with the increase of briquetting pressure, selecting 60 kN intensitywas relatively appropriate. The strength of briquette coal formed coke ) increased with the increase of briquettinpressure, 14% of water was better. The strength of the formed coke leveled off in more than 700C, so the choice ofpyrolysis temperature was 700 CKey words: blcoal; formed coke; coking coal; pyrolysis我國低變質(zhì)煤儲量大、煤質(zhì)好,其中以陜西省的低變質(zhì)煤平、成型磨具、臺式粉末壓片機干燥箱、箱式爐。儲量居高。煤炭在開(kāi)采、運輸、存放過(guò)程中難免會(huì )產(chǎn)生粉煤,1.2型煤的制備并且伴隨機械化采煤技術(shù)的使用,粉煤率高達70%以上,反以破碎篩分好之后的陜北低變質(zhì)粉煤為原料,按比例加入而使塊煤率大幅度降低;同時(shí),粉煤長(cháng)時(shí)間不能有效利用,會(huì )焦煤,加入適宜的水攪拌均勻,隨后放入磨具中冷壓成型,空造成環(huán)境的嚴重污染及資源的巨大浪費,粉煤如果直接燃燒會(huì )對環(huán)境造成更大的污染。利用低變質(zhì)粉煤制備出具有一定形狀氣干燥24h待用。的型煤,在熱解后可得到具備一定強度的型焦,同時(shí)得到附加1.3抗壓強度的測定產(chǎn)物煤氣、焦油23。焦煤在熱解時(shí)會(huì )產(chǎn)生膠質(zhì)體,膠質(zhì)體將抗壓強度主要是表征型煤(型焦)抗壓的能力,主要方法物料包裏起來(lái),最終發(fā)揮骨架的作用,使型焦的抗壓強度增是:將型煤(型焦)空氣干燥24h之后放在電子萬(wàn)能試驗機上大。本研究采用陜北低變質(zhì)粉煤為原料、焦煤為粘結劑硏究制測定,將型煤(型焦)放在載物臺中心位置,使其短軸保持與載備型煤時(shí)各因素的影響,為型煤(型焦)生產(chǎn)工藝條件進(jìn)一步奠物臺垂直,以勻速施壓,記錄樣品發(fā)生破裂時(shí)的瞬時(shí)最大壓定理論基礎力,選取10個(gè)樣品的平均值作為樣品的抗壓強度,以SCC表示,單中國煤化工1實(shí)驗部分CNMHG2結臬馬以1.1實(shí)驗原料及設備選用陜北低變質(zhì)煤經(jīng)破碎篩分后煤粒粒度<0.3mm的粉煤2.1焦煤添加量為原料,焦煤為添加劑。實(shí)驗設備主要有萬(wàn)能破碎機、電子天陜北低變質(zhì)煤和焦煤經(jīng)破碎、篩分,使其平均粒度小于第一作者:孫鵬飛(1983-),男,助理工程師,主要從事煤化工、石油化工生產(chǎn)技術(shù)研究廣州化工2015年7月0.3mm。在成型壓力為40kN、水分加入16%的條件下混合均由圖2可看出:隨著(zhù)水分含量的增大,型煤(型焦)的抗壓勻,之后在臺式粉末壓片機壓制成型,將型煤空氣干燥24h之強度逐漸增大,直至水分加入比例達到18%時(shí),其抗壓強度略后在熱解溫度為600℃的箱式爐中熱解90min,選取焦煤加入有下降。在成型過(guò)程中,含水量可以降低煤粒間的摩擦力,使比例分別為0%、5%、10%、15%及20%,型煤(型焦)抗壓煤粒進(jìn)行充分接觸;水分添加量過(guò)小就不會(huì )使煤粒間完全接強度與焦煤加入比例的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示。觸,增大煤粒間的摩擦力,不易產(chǎn)生相對滑動(dòng),制成的型煤內部顯然結構比較松散,強度必然不高;水分添加量過(guò)多時(shí),水一型焦膜完全包裹煤粒,形成水膜的較厚,也致使煤粒不能充分的接觸,甚至使型煤強度降低,并且會(huì )增加脫模的困難度,并且所得型煤將會(huì )需要額外的熱量進(jìn)行干燥。因此,本實(shí)驗選定水分配入量為2.3成型壓力的影響陜北低變質(zhì)煤和焦煤經(jīng)破碎、篩分,使其平均粒度小于0.3mm,加人10%的焦煤,加入16%的水分混合均勻,在臺式粉末壓片機壓制成型,將型煤空氣干燥24h之后在熱解溫度焦煤添加量/%為600℃的箱式爐中熱解90min,選取成型壓力分別為10kN20kN、30kN、40kN及50kN,型煤(型焦)抗壓強度與成型壓圖1焦煤添加量對型煤(型焦)強度的影響力的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示Fig. 1 Effect of the content of coking coal on briquettecoal( formed coke ) strength一型煤一型焦由圖1可知,隨著(zhù)焦煤添加比例的增大,型煤(型焦)抗壓二6000強度的也逐漸增大。當焦煤的配比為20%時(shí),型煤、型焦的抗壓強度分別可高達3410N/Bll與2680N/Bll焦煤在熱解時(shí)氫5000會(huì )發(fā)生解聚反應、分解反應,會(huì )產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體,膠質(zhì)體會(huì )將物料間的空隙填滿(mǎn),并且充分分布在物料的表面,在其中發(fā)揮骨架作用,其間同時(shí)會(huì )生成大量自由基,小分子經(jīng)過(guò)氫的重新排列而更加穩定,致使熱解產(chǎn)生的型焦具有更高的抗壓強度;但是焦煤配比較高3,熱解速率增大,型焦呈現空洞較成型壓力/N多的蜂窩狀,使型焦的致密性降低,從而抗壓強度也降低;同時(shí)為了降低生產(chǎn)成本,焦煤添加量不能過(guò)高,因此選定10%焦圖3成型壓力對各強度的影響煤的配入量為最佳。Fig 3 Effect of the briquetting pressure on briquettecoal( formed coke)strength2.2水分的影響陜北低變質(zhì)煤和焦煤經(jīng)破碎、篩分,使其平均粒度小于由圖3可看出:型煤與型焦強度都隨著(zhù)成型壓力的增大而0.3mm。加入10%的焦煤,在成型壓力為40kN的條件下在臺增大,在成型壓力為40kN處,型煤、型焦的抗壓強度分別為式粉末壓片機壓制成型,將型煤空氣干燥24h之后在熱解溫度5680Nb,3910N/ba,當成型壓力大于40kN時(shí),可以看為600℃的箱式爐中熱解90min,選取水分加入比例分別為出型煤(型焦)的強度已保持穩定不再發(fā)生明顯的變化10%、12%、14%、16%及18%,型煤(型焦)抗壓強度與水分在成型過(guò)程中,物料顆粒產(chǎn)生了變形與位移,物料顆粒的加入比例的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。接觸表面同時(shí)也由于塑性變形的產(chǎn)生而發(fā)生了機械交織和咬合,從而使得物料成型壓實(shí),并且物料的顆粒在磨具內壓實(shí)而將空氣也排盡。較小的成型壓力不足以使煤粒親密接觸,使其相對密度較小,煤粒與煤粒之間的空隙較多;成型壓力不斷增大時(shí),型煤、型焦的抗壓強度同樣保持逐漸增大的趨勢,在成型壓力使物料的密度增大至最佳值時(shí),煤粒之間相互嚙合,分子間的作用力最大,另一部分殘余應力在型煤內部使物料間更加緊密有序的結合在一起,使型煤強度達到最佳8。隨著(zhù)成型壓力繼續增大,低變質(zhì)煤煤粒自身彈性就愈大,出現彈性大于塑性的中國煤化工型煤的強度不再有增大的趨勢,CNMHG會(huì )導致型煤表面出現裂水分添加比例/%縫,而且需要具備較局強度的成型設備和提供較大的動(dòng)力,無(wú)圖2成型水分用量對強度的影響疑增大了型煤的成本。因此,型煤成型時(shí)的最佳壓力為40kN。Fig. 2 Effect of the water content on briquette coal2.4熱解溫度的影響formed coke)strengt陜北低變質(zhì)煤和焦煤經(jīng)破碎、篩分,使其平均粒度小于0.3mm,加入10%的焦煤,在成型壓力為40kN、水分加入量第43卷第14期孫鵬飛,等:低變質(zhì)粉煤成型熱解的研究93為16%的條件下在臺式粉末壓片機壓制成型,選取熱解溫度分別為400℃、500℃、600、70℃、80℃及00,通過(guò)3結論箱式爐熱解90min進(jìn)行熱解實(shí)驗。型煤(型焦)抗壓強度與熱(1)通過(guò)以焦煤作粘結劑進(jìn)行型煤熱解實(shí)驗的研究,可以解溫度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。得知型煤(型焦)的抗壓強度均隨著(zhù)焦煤加入量的增大而升高,但是考慮到焦煤的成本,選用10%的焦煤較為適宜(2)成型壓力型煤制備也是有較大影響的,在一定范圍3800內,型煤的強度隨著(zhù)成型壓力的增大而增大,選擇40kN的強度較為適宜;水分在型煤制備的過(guò)程中起著(zhù)潤滑劑的作用,型煤的強度隨著(zhù)成型壓力的增大而增大,16%的水分更佳,(3)型煤的熱解溫度對于型焦的強度影響較大,型焦的強3500度隨著(zhù)熱解溫度的増大而增大,型焦的強度在60℃以上就趨于平穩化。參考文獻熱解溫度/℃[1]王斌,田亞鵬.劣質(zhì)粉煤利用途徑及氣化工藝[J].廣州化工圖4熱解終溫對型焦抗壓強度的影響2009,37(6):197-199Fig. 4 Effect of the pyrolysis temperature on briquette[2 John Watson Taylor, Abdullah Coban. Factors affecting the strength ofcoal formed coke ) strengthformed coke made from lignite char[J]. Fuel, 1987, 66(9):1274由圖4可看出:隨著(zhù)熱解終溫的升高,型焦的抗壓強度逐3] in Watson Taylor, Abdullah Coban, Formed coke from lignite,and漸增大,尤其在[500℃,800℃]終溫區間內,抗壓強度增the critical role of air[ J. Fuel, 1987, 66(1): 141-142大的比較明顯,在800℃時(shí)型焦抗壓強度達到3790N/Bal[4]MT/T748-2007.工業(yè)型煤冷壓強度測定方法[S].北京:煤炭工型煤在熱解中會(huì )發(fā)生一系列反應,熱解終溫對型焦強度有業(yè)出版社,2008著(zhù)較為明顯的影響。在100~500℃時(shí),物料中的水分逐漸蒸5]王燕芳,高晉生,吳春來(lái),等.工藝條件對型焦質(zhì)量的影響[J發(fā),并且吸附在物料表面及內部的CO2、N2、CH等氣體通過(guò)轉化,1998,21(4):29-3孔隙析出,物料中的焦煤和液化殘渣隨著(zhù)溫度的增大逐漸分「6]王燕芳·粘結劑對無(wú)煙粉煤型焦質(zhì)量的影響[J].煤炭轉化解,并且生成熔融狀態(tài)的膠質(zhì)體,膠質(zhì)體有助于提高型焦的強2000,23(2):42-46度;較高的溫度可以促進(jìn)生物質(zhì)的軟化、水分的脫除,并且物7] Bikad d, Tardos G I, Panmai S,eta. Strength and morphology of料間發(fā)生相互相膠結作用使其具有一定塑性的狀態(tài),其間生成solid bridges in dry granules of pharmaceutical powders [J]. Powder具有粘結性的膠質(zhì)體,最終增強型煤(型焦)的機械強度Technology,2005,150(2):104-1168]黃山秀.低變質(zhì)程度煙煤制取氣化型煤的硏究[D].河南:河南理熱解溫度在500~600℃溫度段,熱解反應十分激烈,型焦強度明顯增大;當終溫達到60℃時(shí),焦煤可以充分發(fā)揮粘結作[91 Faborode M, Callaghan J R O. Optimizing the compression/用,型焦強度趨于穩定,型焦強度達到3790N/Ball。然而過(guò)高briquetting of fibrous agricultural materials [J]. J Agric Engng Res的溫度容易增加型焦的脆性,不利于型焦的機械強度,溫度的1987,38:245-262不斷升高無(wú)疑提高了熱解工藝的成本,從圖中可以明顯的看10]郭康權.粉粒體技術(shù)基礎[M].西安:西北大學(xué)出版社,1995出,型焦的強度在600℃以上就趨于平穩化,所以選擇熱解終36-158溫為600℃。[11]楊玉立,朱書(shū)全,張恒,等,生物質(zhì)型煤熱壓成型工藝條件[J]中國煤炭,2009,35(05):77-80.H中國煤化工CNMHG