稻殼與煤的共熱解特性

2011年第4期中國農機化No.4,2011總第236期Chinese Agricultural MechanizationTotal No 236稻殼與煤的共熱解特性宋利強1,周敏1,孟磊2,胡長(cháng)娥',雷佳莉1,賀國章',魏江紅(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州,22008;2.中國中煤能源股份有限公司新疆分公司,烏魯木齊市,83001)摘要:利用熱重分析儀,對煤(原煤、脫灰煤)和稻殼分別單獨及按不同比例混合熱解進(jìn)行了熱重實(shí)驗。結果表明:稻殼對煤的熱解有一定的促進(jìn)作用,隨著(zhù)稻殼添加量的增加,煤熱解高峰區向低溫區移動(dòng),但這種趨勢逐漸減小,且對原煤的促進(jìn)作用較脫灰煤明顯。通過(guò)相同配比時(shí)不同升溫速率的對比實(shí)驗,得出升溫速率增大會(huì )使熱解所需溫度升高和半焦產(chǎn)率增加。由于煤與稻殼熱解溫度區間基本不重疊,其共熱解時(shí)不存在協(xié)同效應關(guān)鍵詞:煤;稻殼;協(xié)同效應;共熱解中圖分類(lèi)號:S216文獻標識碼:Adol:10.3969/sn.1006-7205.2011.04029宋利強,周敏,孟磊,胡長(cháng)娥,雷佳莉,賀國章,魏江紅稻殼與煤的共熱解特性U中國農機化,201,(4)=114-118SONG Li-qiang. ZHOU Min, MENG Lei, HU Chang-e, LEI Jia-li, HE Guo-zhang, WEI Jiang-hong Co-pyrolysis characteristicsof rice hall and coal [J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2011, (4): 114-1180引言并沒(méi)有使生物質(zhì)的轉化率明顯提高;廖洪強等6在煤與焦爐氣共熱解體系中加人了少量廢塑料,結果隨著(zhù)石油資源的日益短缺,能源在當今世界發(fā)展表明廢塑料也能起到與富氫氣體相同的作用中的地位越來(lái)越重要,近年來(lái)世界各國都加大了對能“增油降水”。源研究開(kāi)發(fā)的力度。生物質(zhì)則是一種可再生能源,其每生物質(zhì)作為可再生資源,如果生物質(zhì)能作為煤年的產(chǎn)量十分可觀(guān),對我國一次能源的貢獻約為熱解的供氫劑,則必將為煤與生物質(zhì)的高效清潔利33%。目前,生物質(zhì)的利用多是以農村的直接燃燒方用帶來(lái)一場(chǎng)革命。世界各國針對煤與生物質(zhì)共熱解式為主,能量利用率極低,且對環(huán)境的污染較嚴重。為的研究較多,但研究結果與觀(guān)點(diǎn)并不一致,有些學(xué)此,使生物質(zhì)資源得到高效清潔利用成為各國學(xué)者研者認為煤與生物質(zhì)共熱解時(shí)存在協(xié)同效應90究的熱點(diǎn)有些學(xué)者的觀(guān)點(diǎn)則相反[1.。原因可能是實(shí)驗由于煤結構的復雜性,煤的熱解轉化率較低,熱原料和條件的不同,產(chǎn)生了不同的結論。本實(shí)驗選解所得焦油量少,且其中重質(zhì)組分含量較高叫。因用貴州無(wú)煙煤(YM)及其經(jīng)過(guò)浮沉而得到的脫灰煤此,對煤的熱解的研究多是加氫熱解,李保慶的研(TM)和稻殼(R)為實(shí)驗原料,通過(guò)其不同配比和不究表明,煤在氫氣氣氛下的熱解轉化率大大增加,焦同的升溫速率,研究其共熱解的影響因素和協(xié)同油收率及焦油中的BTX、PCX和萘類(lèi)含量均有明顯效應。增加。廖洪強等闆的研究表明,煤在富含氫的焦爐氣氣氛下熱解,也能提高熱解轉化率,增加焦油及實(shí)驗部分BTX、PCX和萘類(lèi)的收率,即若能在煤熱解的同時(shí)提實(shí)驗采用 NETZSCH-STA409C型熱重分析儀供外部的氫源,將有利于煤的熱解。而李文等通過(guò)測試條件為:樣品質(zhì)量10±0.1mg,氮氣氣氛,流速對生物質(zhì)在H2和N2氣氛下的熱解表明,加氫熱解100ml/min,以20°/min升溫至1000℃。通過(guò)與儀器鏈收稿日期:2010年12月13日修回日期:2011年3月8日宋利強,男,1986年生,河北邯鄲人,中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生;研究方向為生物質(zhì)與煤的綜合利用周敏,男,1963年生安徽巢湖人,碩土,中國礦業(yè)大學(xué)教授碩土生導師;研孟磊,男,1983年生,安徽蕭縣人,碩士,中國礦業(yè)大學(xué);研究方向為煤炭轉中國煤化工胡長(cháng)娥,女,1989年生,河南南陽(yáng)人,中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向CNMHG雷佳莉,女,1986年生,河北冀州人,中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向為煤用賀國章,男,1987年生,湖南岳陽(yáng)人,中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向為煤的綜合潔凈利用。魏江紅,男,1985年生,內蒙古烏蘭察布人,中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向為煤的綜合潔凈利用。第4期宋利強等:稻殼與煤的共熱解特性接的計算機每隔2℃采集數據。實(shí)驗樣品的制備方法是破碎至02mm下的煤與實(shí)驗用煤樣為貴州無(wú)煙煤及其經(jīng)過(guò)浮沉實(shí)驗得到稻殼分別按質(zhì)量比9l8:2、7:3均勻混合,分別壓制成的脫灰煤,生物質(zhì)樣采用稻殼,粒度均小于02mm。樣型后再破碎至03-06mm備用。實(shí)驗樣品按表2方案品的性質(zhì)分析如表1所示配比表1煤樣和稻殼樣的性質(zhì)分析%)元素分析樣品O10.5786072.541141219479153.350.716763.1129314.6740.713.3757.750.55注:M』空氣干燥基水分含量;v4干燥無(wú)灰基揮發(fā)份含量;A干燥基灰分含量;FC干燥無(wú)灰基國定炭含量;C一空氣干燥基炭含量;H。一空氣干燥基氨含量;Oa空氣干燥基氧含量;N空氣干燥基氮含量;S-空氣干燥基全硫含量。表2實(shí)驗樣品樣品編號樣品樣品編號樣品YM/R 9: 1TM/R 9:1YM/RTM/R 8: 20∞0000000Y3YM/R 7: 3TTM/R 7: 32實(shí)驗結果與討論2.1煤與稻殼單獨熱解圖1稻殼 TG/DTG曲線(xiàn)圖1和圖2分別為稻殼與煤?jiǎn)为殶峤鈺r(shí)的TG和DTG曲線(xiàn)圖。通過(guò)兩圖的比較可以看出,較之稻殼的熱解,無(wú)煙煤的熱解起始溫度L較高,與稻殼的熱解溫m0g%度區間基本不重合;且無(wú)煙煤的熱解過(guò)程更為復雜,隨著(zhù)溫度的升高,無(wú)煙煤相繼脫除水分和空隙中氣體(室溫到350-400℃);以解聚和分解反應為主的一次氣體(400~550℃);縮聚反應產(chǎn)生的氣體和礦物質(zhì)的分解氣體(550-1000℃),又稱(chēng)二次脫氣表3表示稻殼、脫灰煤、原煤?jiǎn)为殶峤獾乃袩峤馓匦詤?包括揮發(fā)分開(kāi)始析出溫度t,熱解終止溫度t,終止溫度設定為轉化率達到85%的溫度點(diǎn)。最大熱解速度對應的溫度t和最大失重速率Rn,C表示半焦圖2原煤與脫灰煤的TG/DTG曲線(xiàn)的量。表3稻殼、脫灰煤、原煤?jiǎn)为殶峤馓匦詤礚和L一定程度上反映了物質(zhì)熱解的難易程度叫,樣品比較表3中L和t值可知,低水份、低揮發(fā)份的無(wú)煙煤熱解所需溫度較高,熱解溫度區間大,由于無(wú)煙煤中國煤化工-1264204中礦物質(zhì)含量相對于脫灰煤較高,熱解起始溫度有所YHCNMHG降低,熱解相對容易,這可能是其中某些礦物質(zhì)作用的結果。YM51939246473-0798345中國農機化2011年22煤與稻殼共熱解實(shí)驗值與理論值的差值有增大的趨勢,分析可能是稻圖3是煤與稻殼按不同配比混合后進(jìn)行熱重殼的作用所致。一方面稻殼對煤的熱解有促進(jìn)作用,從實(shí)驗所得的TG/DTG曲線(xiàn)圖。從圖3(a)中可以看而使得實(shí)驗值小于理論值(如Y,T,T);另一方面,稻出,在相同失重率時(shí),隨著(zhù)稻殼添加量的增加,TG殼熱解過(guò)程的產(chǎn)物可能會(huì )覆蓋煤的表面或堵塞煤的空曲線(xiàn)向低溫區移動(dòng),這可能是由協(xié)同效應引起的,隙,從而阻礙了煤的熱解,使得理論值小于實(shí)驗值(如但這種趨勢逐漸減小;在相同配比時(shí),原煤的TGYY。但這些差值均在5%以?xún)?不足以說(shuō)明存在明曲線(xiàn)較之脫灰煤向低溫區移動(dòng),這種趨勢也在減顯的協(xié)同效應。從圖3可以看出T和T基本無(wú)差小,這可能是由于協(xié)同效應掩蓋了原煤中礦物質(zhì)對異,分析可能是添加的稻殼充當了脫灰煤中脫除的礦熱解反應的影響。從圖3(b)中看出隨著(zhù)稻殼添加量物質(zhì)所起的作用。的增加,DTG曲線(xiàn)的最大峰值也增大,這是由于105400℃之前主要是稻殼的熱解,且原煤的最大失重峰大于脫灰煤的。105總80g80(a)原煤的TG實(shí)測值與理論值a)TG曲線(xiàn)15e-20T℃25T2b)脫灰煤的TG實(shí)測值與理論值圖4TG的實(shí)測值與理論值圖45表4是煤與稻殼按不同比例混合熱解的特性參數,其中半焦產(chǎn)率理論值由下式計算:b)DTG曲線(xiàn)Cr=C *(1-P+C *P圖3煤與稻殼共熱解 TG/DTG曲線(xiàn)其中:C—煤的半焦產(chǎn)率;圖4是煤與稻殼共熱解的TG曲線(xiàn)和理論計算C——稻殼半焦產(chǎn)率;值的比較圖,其理論計算值是假設煤與稻殼在共熱中國煤化工解時(shí)互不影響,由單獨煤與稻殼的TG與其所占比出,稻殼的添加使例的乘積加和而得。從圖中可以看出,在400℃(即煤煤LCNMHG增加這種作用有所開(kāi)始熱解)之前,其實(shí)驗值與理論值基本是一樣的;下降。這是由于:一方面稻殼熱解后殘留的堿金屬對煤隨著(zhù)溫度的升高,原煤與稻殼混合共熱解的TG的熱解有一定的促進(jìn)作用,且稻殼作為外部氫源,起到了第4期宋利強等:稻殼與煤的共熱解特性17定的供氫作用;另一方面,在煤熱解之前,稻殼的軟min計算得來(lái)的,故并不能說(shuō)明是協(xié)同效應使得差值化熔融可能會(huì )堵塞煤中的空隙,從而不利于煤揮發(fā)份增大。的逸出。表中熱解半焦產(chǎn)率實(shí)驗值與理論計算值雖出3結論現差異,但差異均在5%以?xún)?不足以說(shuō)明協(xié)同效應的存在。1)煤與稻殼共熱解時(shí),隨著(zhù)稻殼添加比例的增加表4煤與稻殼共熱解特性參數熱解起始溫度L和最大失重率Rn逐漸增大,而熱解終溫逐漸降低。R樣品C CT(%/min)(%)(%)2)由于煤與稻殼的熱解區間基本不存在交集,因此煤與稻殼共熱解時(shí)沒(méi)有明顯的協(xié)同效應。Y1280.78803505630-13474.357.15為此,可以在稻殼熱解氣氣氛作用下,對煤進(jìn)行熱Y229138583528/600-275721270重分析以檢驗其協(xié)同效應的存在;或在升溫速率較快的自由落下床反應器中進(jìn)行,以減小升溫時(shí)間的Y,291.68423518/582-398657064.54影響。3)增大升溫速率會(huì )使失重速率峰明顯增大,但失T128298883525/60-1.3079.738145重曲線(xiàn)向高溫區移動(dòng),半焦產(chǎn)率也增大T229138763514563-25971.1574.667289484349754-3806926788(馬林轉,何屏,王華媒與生物質(zhì)的熱解①貴州化工,200,29(1):20~2323升溫速率對共熱解的影響2]李保慶,煤加氫熱解研究I寧夏靈武煤加氫熱解的研究燃料化學(xué)學(xué)報,1995,23(1):57~60.3]廖洪強,李保慶,張碧江.煤一焦爐氣共熱解特性研究Ⅳ甲烷和一氧化碳對熱解的影響燃料化學(xué)學(xué)報,1998,26(1Awx--0.13~17l.0[4] Hongqiang Liao, Baoqing Li and Bijiang Zhang. Co-pyrolysisY2Dof coal with hydrogen-rich gases [J]. Coal pyrolysis undercoke-oven gas and synthesis gas, Fuel, 1998, 77: 8475]李文,李保慶,孫成功,等.生物質(zhì)熱解、加氫熱解及其與煤共熱解的熱重研究[J.燃料化學(xué)學(xué)報,1996,24(4)T℃圖5不同升溫速率共熱解的 TG/DTG曲線(xiàn)間6]廖洪強,李保慶,張碧江,煤一焦爐氣共熱解特性及其增油減圖5是添加20%稻殼,升溫速率分別為20°℃/mi水方法研究煤炭轉化,1998,21(3):55-58和30/min的共熱解T/DTG曲線(xiàn)。從圖5中可以看 H Haykin-Acma, S Yaman. Interaction between biomass and出,隨著(zhù)升溫速率的增大,失重速率峰明顯增大,失重速率最大處的溫度(m)和最大失重速率(R)均有所提2010,35:288-292高,失重曲線(xiàn)向高溫側移動(dòng),即在相同的失重量下,所8] GuoKai, Li Weizhen, Wang Liqun, Song Xu.Co- pyrolysis需的熱解溫度和熱量越高。在相同的溫度下,升溫速率reaction and interaction effects of coal-biomass (com stalk)越小,熱解越充分,余量也越小,最后的半焦產(chǎn)率越小blends [ Journal of Zhengzhou University of Light Industry即熱解轉化率越高。分析原因可能是:一方面升溫速率(Natural Science ) 2008, 23: 77-80的增加會(huì )使顆粒較快的達到所需熱解溫度,有利于熱9WangWen Fang, Bian Wen, Deng Yiying. Study on解;但另一方面,升溫速率的增加還會(huì )使額粒間受熱不VT凵中國煤化工mMm"cm均,溫差增大,這又可能給熱解帶來(lái)不利影響。圖5中CNMHG升溫速率為30℃/min時(shí)的TG(Y2(3o℃/min)明顯大于[ o Wu Hongxiang, Li haibin, Zhao Zengli. Thermogravimetrie理論值(Y(T),其原因是理論值是按升溫速率為20℃/pyrolytic kinetic study on coal/ biomass blends [].中國農機化201l年Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2009, 37: 538- 418.[13]H B Vuthaluru. Thermal behaviour of coalbiomass blends[11] Siti Shawalliah Idris, Norazah Abd Rahman, Khudziruring co-pyrolysis [J]. Fuel Processing Technology, 2003, 85:Ismail, et al. Investigation on thermochemical behaviour141-155of low rank Malaysian coal, oil palm biomass and their [14] Ying Gangpan, EnriqueVelo, Lais Puigjaner. Pyrolysis ofblends during pyrolysis via thermogravimetric analysisbiomass with poor coals [] Fuel, 1996, 75: 412-418.(TGA)[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 4584- [15] M J lazaro, R moliner, I Suelves. Non-isothermal versusisothermal technique to evaluate kinetic parameters of coal[12] Ying Gang Pan, Enrique Velo, Luis Puigjaner. Pyrolysis ofpyrolysis []. Joural of Analytical and Applied Pyrolysis, 1998,blends of biomass with poor coals [] Fuel, 1996, 75: 41247:Ill-125.Co-pyrolysis Characteristics of Rice Hall and CoalSONG Li-qiang ZHOU Min, MENG Lei, HU Chang-e1, LEI Jia-li, HE Guo-zhang, WEI Jiang-hong(1. Key Laboratory of Coal Processing and Efficient Utilization, School of Chemical Engineering TechnologyChina University of Mining Technology, Xuzhou, 221008, Jiangsu, China2. China Coal Energy Company Limited Xinjiang Branch, Urumqi, 830011, Xinjiang, China)Abstract:The pyrolysis characteristics of coal (raw anthracite and De-ash anthracite)mixed with rice hall in different propor-tions was studied with a thermogravimetric analyzer. The result shows that the rice hall can do favor to the pyrolysis process ofcoal by reducing the temperature of coal pyrolysis, but this effect would be mitigated with the biomass increased And this phe-nomenon of raw anthracite is clearer than that of De-ash anthracite, The compared trial in different heating rates was done atthe same proportion, and testified that both the temperature of the co-pyrolysis and the yield of char increased. The synergeticeffect between coals and rice hall during co-pyrolysist apparent because there is no intersect between the temperatures ofKeywords: coal; rice hall; synergetic effect; co-pyrolys(上接第113頁(yè))Application of Data Fusion in Monitoring EnvironmentI Heng- can, LI Quan-cai(School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resourcesand electric Power, Zhengzhou, 450011, China)Abstract: Introduced the principles of data fusion, self-adaptive weighting algorithm and D-S evidential reasoning algorithm, a methodwhich combines self-adaptive weighting algorithm with D-S evidential reasoning algorithm is used. a distributed multi-sensor architectureand two-level fusion model for environment monitoring is presented. By fusi中國煤化工嗎 e house of raising, analyzed environmental change. This method overcomes uncertainty and instabilitycates that this method im-proves the accuracy of the detection of environment.YHCNMHGKeywords: data fusion; monitoring environment; self-adaptive weighting algorithm; D-S evidential reasoning algorithm