高變質(zhì)褐煤的干餾熱解試驗研究

煤質(zhì)技術(shù)高變質(zhì)褐媒的干餾熱解試驗研究趙家云,趙躍武(昆明煤炭科學(xué)研究所,云南昆明650041)摘要:分析了云南2種高變質(zhì)褐煤的基本性質(zhì),確定干餾入爐褐煤粒度為6~25mm。采用外熱式干餾工藝,對試驗褐煤進(jìn)行熱解改質(zhì)加工研究。結果表明:煤樣1和煤樣2半焦、煤氣、焦油和熱解水的平均產(chǎn)率分別為4942%,51.38%;13.20%,15.36%;8.56%,8.10%;24.18%,23.27%。隨干餾終溫的升高,干煤氣產(chǎn)率增加較多,可燃成分CO和CH4降低,H2則反之,2個(gè)煤樣的煤氣熱值基本保持在14~15MJ/m3。干餾終溫為800℃時(shí),生產(chǎn)的半焦性能較好,且煤樣1的熱解性能指標明顯優(yōu)于煤樣2。煤樣1具有低硫、高發(fā)熱量、高比電阻、氣孔發(fā)達、反應活性大、灰分及含鋁量低等特點(diǎn),干餾產(chǎn)物可作為電爐冶煉的炭質(zhì)還原劑;煤樣2除灰分偏高外,其余質(zhì)量指標均與煤樣1相似,其半焦可用作水泥、制糖、烤煙等領(lǐng)域的煙煤替代燃料。關(guān)鍵詞:高變質(zhì)褐煤;干餾;熱解;半焦;發(fā)熱量中圖分類(lèi)號:TD849;TQ52文獻標識碼:A文章編號:1006-6772(2013)03-0046-04Semi-coking experiment on high rank ligniteZHAO Jiayun, ZHAO YuewuKunming Institute of Coal Science, Kunming 650041, ChinaAbstract: Through semi-coking experiments, analyse the basic properties of two kinds of high rank lignite fromYunnan Province. Determine the particle size of lignite in distillation zone range from 6mm to 25 mm. Investigate thepyrolysis characteristics of lignite by extemal heating devolatilization. The results show that, for lignite sample l, theproductive rate of semi-coke, tar, gas and thermal-water reach up to 49. 42 percent, 13. 20 percent, 8 56 percent and24. 18 percent For lignite sample I, they are 51 38 percent, 15. 36 percent, 8. 10 percent, 23 27 percent. Thehigher the end devolatilization temperature, the greater the productive rate of dry gas and H2, while the yield of COand CH4 is just the opposite. The calorific value of gas of these two samples generally remain at 14 M]/m to 15 MI/mAt 800C coking temperature, the characteristics of semi-coke are comparatively good. The devolatilization index ofsample I is much better than that of sample I. The results show that, the semi-coke sample I has a series ofadvantages such as high calorific value, specific resistance, reactivity, well-developed porosity and low sulphur, ashcontent and aluminum-bearing, which can be used as carbon reductant for metallurgical electric furnace. The semicoke sample I has similar quality index as the sample I except higher ash content, and can be substituted forbituminite in the field of cement making, sugar refinery, flue-cured tobaccoKey words: high rank lignite devolatilization; pyrolysis; semi-coke; calorific value收稿日期:2012-12-21責任編輯:白婭娜a YH中國煤化工作者簡(jiǎn)介趙家云(1959—),男,云南昆明人,1986年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)北京研究CNMHG主要從事煤化工研究工作。引用格式:趙家云趙躍武高變質(zhì)褥煤的干餾熱解試驗研究[.潔凈煤技術(shù),2013,19(3):46-49潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期煤質(zhì)技術(shù)支核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊0引言作為糖廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)、烤煙房、民用等領(lǐng)域煙煤、無(wú)煙煤的代用品36。高變質(zhì)褐煤是指變質(zhì)程度較高,中國褐煤資源豐富,已探明儲量1303億t,占全水分相對較低的褐煤,用其生產(chǎn)半焦具有干餾熱效國煤炭?jì)α康?3%。云南省褐煤儲量占全省煤率髙、煤料來(lái)源廣及價(jià)格低廉等優(yōu)勢,因此,本文選炭?jì)α康?7%,且大部分為露天開(kāi)采3。目前褐煤用云南褐煤進(jìn)行干餾熱解試驗研究。的利用途徑主要有發(fā)電、快速熱解、氣化、液化、干餾以及作為原料用于提取腐植酸、褐煤蠟和制作炭1原料煤的基本性質(zhì)質(zhì)吸附劑等4選用云南的2種高變質(zhì)褐煤(分別稱(chēng)為煤樣1褐煤半焦是褐煤中溫干餾的產(chǎn)物,其活性好、和煤樣2)作為原料煤,煤樣的基本性質(zhì)見(jiàn)表1比電阻高、氣孔發(fā)達,是冶金電爐的優(yōu)質(zhì)用焦,也可表表12種煤樣不同粒級的水分和灰分煤樣1煤樣2粒級/mm產(chǎn)率/%M/%Ad/%產(chǎn)率/%M/%A.%14.048.5816.1627.475~1315.6211.536.43合計00.0010.22100.14.67表22種煤樣工業(yè)分析和元素分析樣品煤樣121.1547.890.84煤樣221.132.92表32種煤樣熱值分析MJ/k3~5℃/min,干餾終溫分別以煤樣中心溫度達到樣品Q(chēng)h600,700,800℃為準;入爐煤樣粒度為6~25mm,質(zhì)煤樣119.2720.6l量為750g。煤樣218.1615.9517.11焦油收集采用四段冷卻加棉過(guò)濾器,利用濕式由表1可知,隨著(zhù)煤樣粒度的增加,煤樣1的灰流量計記錄干餾煤氣量。分明顯降低,煤樣2的灰分先降低后增加。由表22.2試驗方法可知,2種煤樣的M1,Ma差別不大,但煤樣1的灰分將合格煤樣放入干餾反應器中,通電加熱干餾明顯低于煤樣2,僅是煤樣2的42%。由表3可知,煤樣,按試驗設定的加熱速度,用控溫儀調節加熱煤樣1的熱值高于煤樣2,與煤樣的工業(yè)分析結果電壓。在達到指定的干餾終溫后,固定給定電壓,相一致。恒溫至所需的干餾時(shí)間煤干餾熱解試驗中,灰分將100%殘留在半焦成干餾過(guò)程中產(chǎn)生的熱解氣由干餾爐上部導出。品中,從而導致半焦灰分與原煤相比有所增加)。引出的氣體產(chǎn)物在通過(guò)空氣冷卻器時(shí),水分和大部因此,為避免半焦灰分過(guò)高,干餾入爐褐煤粒度不分重質(zhì)焦油被冷凝回收。剩余氣體產(chǎn)物流經(jīng)水冷宜過(guò)低,根據篩分試驗和工業(yè)分析確定干餾入爐卻器時(shí)回收了大部分焦油和少量水分。此后,熱解褐煤粒度為6~25mm。氣被冰冷卻器和冰鹽冷卻器繼續冷卻,其所含的輕質(zhì)焦油被冷凝下來(lái)。最后,通過(guò)棉過(guò)濾器過(guò)濾后,2干餾試驗用濕式流量讓洲取干悴產(chǎn)生的搜氣休積干餾過(guò)中國煤化2.1試驗條件則取煤樣的收采用外熱式干餾工藝,加熱方式為電阻絲加縮率稱(chēng)重NMH的焦油和熱熱,采用的試驗條件為:干餾時(shí)間8h,升溫速度解水。趙家云等:高變質(zhì)褐煤的干餾熱解試驗研究質(zhì)技術(shù)23產(chǎn)品分布及質(zhì)量分析13.20%,15.36%;8.56%,8.10%;24.18%,23.27%。2.3.1干餾產(chǎn)率在相同的干餾時(shí)間內,隨著(zhù)干餾終溫的升高,半焦在干餾時(shí)間為8h時(shí),測定不同干餾終溫下煤產(chǎn)率緩慢下降,且煤樣2的產(chǎn)率高于煤樣1。干餾樣的產(chǎn)率分布,具體見(jiàn)表4。煤氣的產(chǎn)率則隨溫度的升高而增加,600~700℃表4煤樣干餾產(chǎn)率分布增量較大,煤樣1、煤樣2分別增加了2.7%和樣品干餾終溫/℃半焦煤氣焦油熱解水總和3.63%。焦油和干餾熱解水的產(chǎn)率呈波動(dòng)變化。焦60050.4010.619.2023.6793.88油平均產(chǎn)率為8.33%,與干餾的正常情況有所偏煤樣17049.3313884723:8795.05離”,這是由于在第2,3段冷凝回收焦油時(shí)有485315.608.0025.009.13干餾熱解水被同時(shí)冷凝,這部分油水相互包裹得很60052.4012.4169325.009674緊密,兩者密度十分接近難以分離。因此,計量時(shí)煤樣27005.616.049.092.098.80將其視作煤焦油份額,在實(shí)際生產(chǎn)中,煤焦油產(chǎn)率50.1317.638.2722.7398.76約為5%~6%0。由表4可知,煤樣1和煤樣2半焦、煤氣、焦油利用日產(chǎn)GC-9A氣相色譜儀對干餾煤氣成分和熱解水的平均產(chǎn)率分別為49.42%,51.38%;進(jìn)行分析,結果見(jiàn)表5。表5干餾煤氣成分凈煤氣組成/%樣品干餾終溫/℃CHaN煤氣熱值(MJ·m3)干煤氣產(chǎn)率/(m3t)32.9220.3512.7531.47142.23煤樣130.7516.I314.37220.868001812.8747.965.3912.94264.109324.955.28167.99煤樣227.8221.3619.1229.881.80205.9680022.2316.6335.281.5314.81250.45由表5可知隨著(zhù)干餾終溫的升高,干煤氣產(chǎn)率收縮主要在600-700℃。煤樣2的熱解性能特增加較多。600~800℃,煤樣1和煤樣2的干煤氣殊收縮率、碎裂度和強度在各干餾終溫條件下幾產(chǎn)率分別增加了121.87,82.46m3/。凈煤氣中惰性乎相同,這與原煤的高灰分和巖相特殊有關(guān)1組分CO2和N2變化不一,可燃成分CO和CH4隨干煤樣的熱解碎裂與干餾終溫無(wú)關(guān),由其自身結構、餾終溫的升高而降低,H2則反之。兩者增減的互補礦物組成和巖相特征決定。干餾終溫主要決定半使2個(gè)煤樣的煤氣熱值基本保持在14~15M/m3。焦產(chǎn)品的強度,因此選擇800℃的干餾終溫生產(chǎn)半僅從煤氣熱值上看,2種煤樣均能滿(mǎn)足民用煤氣的焦較為適宜。熱值要求。表6半焦及原煤熱解性能2.3.2干餾產(chǎn)物分析干餾終煤樣干餾收熱解碎裂煤樣強半焦強反應器冷卻后,測定了煤樣的干餾收縮率、熱樣品溫/℃縮率/%度%度%度/%解碎裂度(以干餾產(chǎn)生-6mm小顆粒半焦的質(zhì)量分43.2017.73數為準)。按照非標準化方法對原煤和半焦的強度煤樣11010.54進(jìn)行測定,測定方法為:將50g煤樣置于50r/min特制轉鼓中轉動(dòng)3min,然后用+6mm篩上物的質(zhì)34.2326.46量分數表示其強度。半焦干餾熱解性能分析見(jiàn)表煤樣27002225886。由表6可知,煤樣1的熱解性能指標明顯優(yōu)于煤V中國煤化工樣2。與半焦強度相比,原煤強度較高,隨干餾終溫試驗分CNMHG,2個(gè)煤樣半的升高,煤樣1的半焦強度逐漸增加,碎裂變化不焦的硫磷、比電阻和灰成分,結果見(jiàn)表7、表8潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期煤質(zhì)技術(shù)中國科技核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊表7半焦工業(yè)分析和比電阻工業(yè)分析/%樣品干餾終溫/℃S1d/%P/%發(fā)熱量/(M·kg)比電阻/(m0.5215.385.7579.34煤樣10.3415.73.9580.688000.3715.342.4482.290.850.0129.190.4229.399.5063.63煤樣20.5430.167.4364.308000.3132.725.4663.411.90.0523.8312930表8800℃千餾終溫半焦的灰成分樣品Fe203A,O3MgOTi煤樣1半焦43.509.4416.934.142.070.90l1.18煤樣2半焦8.1520.211.550.7615.25由表7可知,煤樣1的800℃半焦灰分僅為15.34%,煤樣2的半焦灰分為32.72%,約為煤樣l參考文獻:的2倍。作為焦炭產(chǎn)品,其揮發(fā)分應越低越好,普遍[1]賈立杰中國褐煤煤業(yè)可持續發(fā)展研究[J潔凈煤技在2%左右,褐煤半焦可稍高,因此,確定干餾終溫術(shù),2003,9(4):5-7,11為800℃時(shí)生產(chǎn)的半焦較為合適,與表6的結論[2]趙永飛,李建新,葛風(fēng)中國褐煤加工利用淺談[J].潔致。煤樣2的800℃半焦比電阻比煤樣1高出了凈煤技術(shù),2009,15(6):42-448509mm2/m,其余指標均不及煤樣1半焦,但與原[3]尹承緒用先鋒優(yōu)質(zhì)褐煤制取活性炭的研究[J].煤炭煤相比,煤樣2半焦的FC。增加了38.43%,水分轉化,1995,18(1):88-93.[4]夏浩,劉全潤,馬名杰褐煤提質(zhì)技術(shù)現狀[J].潔凈煤揮發(fā)分大大降低,熱值升高技術(shù),2010,16(4):56-58由表8可知,煤樣1半焦的Al2O3含量較低,[5]戴和武,謝可玉.褐煤利用技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)SiO2和Fe2O3含量較高,用作冶金電爐還原劑時(shí),對出版社,1999冶煉硅鐵有利。煤樣2的Al2O3相對含量較高SiO2[6]張旭輝劉振強,苗文華,等,中國褐煤在活性焦制備和Fe2O3相對含量較低,半焦可用作水泥,制糖、烤及應用方面的發(fā)展前景[J].潔凈煤技術(shù),2011,17煙等領(lǐng)域的煙煤替代燃料。(1):59-61綜上所述,煤樣1比煤樣2更適于干餾熱解改7]關(guān)夢(mèng)嬪,張雙全.煤化學(xué)實(shí)驗[M」.徐州:中國礦業(yè)大質(zhì)加工,且效果明顯。學(xué)出版社,1993.[8]李建鎖優(yōu)化煉焦配煤技術(shù)的探討[J.潔凈煤技術(shù)3結論2004,10(4):45-481)通過(guò)試驗確定煤樣1比煤樣2更適于干餾熱[9]程達杜銘華,胡進(jìn)中國煉焦工業(yè)與潔凈煤技術(shù)[J]解改質(zhì)加工,且效果明顯。干餾人爐褐煤粒度以潔凈煤技術(shù),1996,2(4):32-356~25mm為佳;干餾終溫為800℃時(shí)生產(chǎn)的半焦性10]許曉海煉焦化工實(shí)用手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999能較好。[11]張德祥.煤化工工藝學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版2)煤樣1具有低硫、高發(fā)熱量、高比電阻、氣孔社,1999發(fā)達反應活性大灰分及含鋁量低等特點(diǎn);干餾產(chǎn)[12]郭領(lǐng)軍,李賀軍,付業(yè)偉,等工藝因素影響焦炭顆粒物可作為電爐冶煉的炭質(zhì)還原劑。煤樣2除灰分偏耐壓強中國煤化工2025):5-9高外,其余質(zhì)量指標均與煤樣1相似;干餾產(chǎn)物屬褐[13]邱介山CNMHG炭化活化法生煤的改質(zhì),最好用于水泥燒成、制糖、烤煙和民用等產(chǎn)活性灰小.人理⊥字阮子報,1989,29(3)領(lǐng)域。283-288趙家云等:高變質(zhì)褐煤的干餾熱解試驗研究