低溫氧化破粘對煤炭地下氣化熱解特性的影響

轉化利冊低溫氧化破粘對煤炭地下氣化熱解特性的影響焦子陽(yáng),劉麗麗,李冬陽(yáng),梁杰(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:粘結性煙煤在地下氣化過(guò)程中容易造成通道堵塞,氣流分布不均勻進(jìn)而導致地下氣化過(guò)程環(huán)境的惡化,使氣化反應停止。粘結特性在熱解過(guò)程中表現得尤為突出,研究了低溫氧化破粘的方法對地下氣化熱解特性的影響。結果表明隨著(zhù)氧化時(shí)間的增加,最大失重速率降低,煤氣中H2 ,CH,體積分數以及熱值在部分熱解溫度區間均低于原煤,從而增加了煤炭地下氣化熱解惰性。關(guān)鍵詞:煤炭地下氣化;低溫氧化;破粘;熱解中圖分類(lèi)號:TD841 ;TQ546文獻標識碼:A文章編號:1006 -6772(2011 )05-0028-03無(wú)論是煤的地面氣化還是地下氣化,熱解過(guò)程煙煤軟化熔融,析出膠質(zhì)體，隨著(zhù)反應溫度的提高，在地面氣化固定床中還是在地下氣化過(guò)程中，煤的開(kāi)始析出可燃性氣體如H2,CH,,在450C時(shí)焦油的熱解對產(chǎn)品氣的組成有很大影響"。氣化反應開(kāi)析出量最大),同時(shí)有烴類(lèi)氣體析出,550 C左右形始，即煤燃燒之前，首先是煤層受到熱產(chǎn)品氣的干成半焦,550C以后半焦開(kāi)始收縮形成焦,干餾區的餾,釋放出來(lái)的氣體隨氣流移動(dòng)到出氣口。煤層在熱分解產(chǎn)物對煤炭地下氣化過(guò)程中產(chǎn)品氣質(zhì)量的經(jīng)過(guò)煤的燃燒后進(jìn)人還原區,由于還原區發(fā)生的是提高非常重要。對于煙煤破粘處理后的熱解行為吸熱反應,所以隨著(zhù)反應的進(jìn)行,后面的煤層溫度研究較少,筆者以地下氣化的熱解升溫速度研究了逐漸降低,最后干餾區的溫度約為200~600C[2),低溫氧化破粘對地下氣化熱解反應的影響。該區域中煤層被干餾,并釋放出CH,等可燃氣體，1實(shí)驗部分由于氣流的移動(dòng)方向與火焰的擴展方向一致,干餾反應得以持續進(jìn)行。同地面氣化的干餾過(guò)程- -樣,1.1 煤樣煙煤的地下氣化干餾過(guò)程發(fā)生在300 C以上,首先采用的煤樣是雞西煙煤,煤樣分析見(jiàn)表1和表2。表1工業(yè)分析和元素分析%工業(yè)分析元素分析MuV。IdFC。w(Cau)w(Hsx)w(Oar)w(Nux)w(Sax)1. 2926. 8021.0152. 1984.935.367.501.370.84 .表2奧亞膨脹度和粘結 指數軟化溫度1/9C .開(kāi)始膨脹溫度u2/C .固化溫度1:/心最大收縮度a/%最大膨脹度b/%粘結指數G7341830277收稿日期:2011-05-12責任編輯:孫淑君作者簡(jiǎn)介:焦子陽(yáng)(1985- -) ,男,山西忻州人,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)2008級在讀碩士研究生,研究方向為潔凈煤技術(shù)。28《潔凈媒技術(shù)>2011年第17卷第5期轉化利用中國科技核心期刊全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊J1.2氧化煤樣的制備表3不同氧化時(shí)間下破粘后熱重分析值氧化煤樣的制備是利用140 C、流量為2.5 m'/h時(shí)間/最大失重最大失重速嘟/600 C終溫的熱空氣通過(guò)恒溫管式固定床反應器進(jìn)行氧化,煤in溫度/心(% . min-!)剩余最/%樣粒度為2~5 mm,制備出氧化時(shí)間分別為100,0(原煤)440.070. 761875.39640,2920min的氧化煤樣,粘結指數G分別為66,439. 440. 640976. 48.2920444, 460.473878. 3729 ,0。1.3 熱重實(shí)驗從圖1、圖2和表3可以看出,隨著(zhù)破粘時(shí)間的增為了研究破粘對地下氣化熱解特性的影響,首先加,煤樣在地下氣化熱解過(guò)程中,最大失重溫度變化不進(jìn)行了熱重實(shí)驗。實(shí)驗所用儀器為T(mén)hermnal Analysis大,但是最大失重速率由原煤的0. 7618 %/min降至公司Q50TCA熱重分析儀;熱重分析條件:煤樣質(zhì)量0.4738 %/min,降低了37. 8% ;同時(shí)在終溫600 C，約10 mg,粒徑小于0.074 mm。起始溫度為室溫,終剩余物的百分含量在不斷增加,因此破粘對地下氣溫600 C ,地下氣化特有的升溫速度3.3 C/min,熱化熱解的影響是增加了煤的熱解惰性,使煤樣中的重保護氣N2,流量40 mL/min,反應氣人口處通人流揮發(fā)性物質(zhì)不易最終析出。速為60 ml/ min的N2 ,壓力均為常壓。2.2熱解分析1.4熱解實(shí)驗600C前H2體積分數變化如圖3所示。將原煤和氧化煤樣磨碎到粒度為0.5~1 mm,8r +0 min在箱式氣氛爐中進(jìn)行熱解,以地下氣化特有的升溫女100 minR6-士640min速度3.3 C/min進(jìn)行熱解反應,終溫為900 C,并+ 2920 min64在200 ,300 ,400 ,500 ,600 C均收集氣體并進(jìn)入色譜進(jìn)行檢測。2實(shí)驗結果與討論00300溫度/C5006002.1 熱重分析圖3600 C前H2體積分數變化不同氧化時(shí)間下破粘煤樣TG和DTG曲線(xiàn)如圖由圖3可以看出,在地下氣化熱解過(guò)程中隨著(zhù)1和圖2所示。不同時(shí)間下破粘后熱重分析結果見(jiàn)熱解溫度的升高，H2體積分數均在增加,但是經(jīng)過(guò)表3。.不同時(shí)間低溫氧化處理后的煤樣,熱解煤氣中的H21.00體積分數有所不同,其中在熱解溫度550~600C之0.952920 min間,隨著(zhù)破粘處理時(shí)間的增加,在相同的熱解溫度, 0.90下H2溢出的體積分數均呈現出低于原煤的趨勢,; 0.85、 640.min這可能與破粘過(guò)程中煤中H元素受到0元素的攻原煤‘0.75擊有關(guān)。100200300400500600700600C前CH,體積分數變化如圖4所示。12p。0min+ 100mir圖1不同氧化時(shí)間下破粘煤樣 TG曲線(xiàn)。640 min，2920 min0.8-640min /原煤80.4-6o圖4600 C前CH,體積分數變化50時(shí)間/min100150200由圖4可以看出,隨著(zhù)熱解溫度的增加,在600圖2 不同氧化時(shí)間下破粘煤樣DTG曲線(xiàn)C之前,不同時(shí)間破粘處理后煤樣的地下氣化熱解焦子陽(yáng)等:低溫氧化破粘對煤炭地下氣化熱解特性的影響29轉化利用氣體CH,的析出體積分數隨熱解溫度的增加而增600 C前熱值的變化如圖7所示。加。經(jīng)過(guò)2920min破粘處理后煤樣的CH,析出體5024p● 0mir積分數增加速度在500 C之后有所降低,并且隨著(zhù)-4187- t 100 min破粘時(shí)間的增加，熱解溫度為550~600C時(shí),析出E 33494干2920 minCH,體積分數呈現出一定的下降趨勢,這與破粘過(guò)B2512|程中的H元素受到氧的攻擊轉化有關(guān)。1675600C前CO體積分數變化如圖5所示。37-200300 400 500 6000.Sp 毋0 min◆100 min溫度/C80.4 士640 min菜0.3-，2920 min圉7600 C前熱值的變化置0.24由圖7可以看出,隨著(zhù)熱解溫度的升高,在熱解8o溫度600 C之前，地下氣化熱解析出氣體的熱值增加。隨著(zhù)氧化時(shí)間的增加,600C熱解溫度下析出0030500 600 ;氣體的熱值有降低的趨勢,這可能與低溫氧化過(guò)程中的H元素被0元素取代使析出的熱解氣體中圖5600 C前CO體積分數變化由圖5可以看出隨著(zhù)熱解溫度的升高,整個(gè)地CH4和H2體積分數有所降低,CO2體積分數增加有下氣化熱解過(guò)程中析出CO的體積分數有增加的趨關(guān)。所以低溫氧化破粘過(guò)程中，隨著(zhù)氧化時(shí)間的增勢,并且不同低溫氧化時(shí)間下的煤樣在熱解溫度加,地下氣化熱解析出氣體的熱值在較高熱解溫度400~ 600 C析出CO體積分數不同。其中經(jīng)過(guò)2920區域有下降的趨勢,這對于整個(gè)煤氣品質(zhì)有不利min破粘處理的煤樣在一定的熱解溫度范圍內析出影響。CO體積分數要高于其他煤樣,并且在熱解溫度6003結論C時(shí),隨著(zhù)破粘時(shí)間的增加,析出的CO體積分數也(1)隨著(zhù)低溫氧化時(shí)間的增加，煤樣在地下氣在增加。說(shuō)明與原煤相比,破粘處理后煤樣在煤炭地下氣化熱解過(guò)程中析出CO的體積分數有增加的化熱解過(guò)程中,最大失重溫度變化不大,最大失重趨勢,這對于調節H2和CO的比值有一-定的意義，速率降低,600 C的剩余產(chǎn)物增加。(2)對于不同時(shí)間氧化的煤樣在地下氣化熱解同時(shí)利于熱值的增加。600C前CO,體積分數變化如圖6所示。過(guò)程中氣體產(chǎn)物的體積分數隨著(zhù)熱解溫度的增加而增加,熱解氣體產(chǎn)物中的CH4,H2體積分數在熱1.4p毋0min。1.2-。100 min解溫度為550~600C時(shí)隨著(zhù)煤樣低溫氧化時(shí)間的1.0f→640 min增加,表現出均低于原煤的趨勢,CO和CO2的體積o0 + 2920 min分數并沒(méi)有表現出規律性的變化。。0.6-80.4(3)隨著(zhù)低溫氧化時(shí)間的增加，煤樣地下氣化過(guò)程中熱解溫度為600C時(shí),煤氣的熱值有降低的趨勢。圖6600 C前CO2體積分數變化參考文獻:由圖6可以看出隨著(zhù)熱解溫度的升高,煤炭地[1] 埃利奧特.煤利用化學(xué)(下冊)[M].徐曉,范輔弼,高下氣化熱解氣體CO2析出的體積分數增加。隨著(zhù)建輝譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991.低溫氧化時(shí)間的增加在相同溫度下析出的CO2體[2] 張雙全，吳國光煤化學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出積分數也不相同,其中經(jīng)過(guò)2920min低溫氧化后的版社,2004.煤樣在相同的溫度下析出CO2的體積分數相對較[3] 梁杰煤炭地下氣化過(guò)程穩定性及控制技術(shù)[M].徐高，這可能與煤經(jīng)過(guò)氧化處理之后其中含氧官能團州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2002.的增加有關(guān)。.(下轉第69頁(yè))《潔凈煤技術(shù))2011年第17卷第5期煤炭燃燒. 中國科技核心期刊全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊J[4] Appleton. J., Colder R. I, Kingman S. w.,et al.[J]. Fuel 2000,79<7):733-742.Microwave technology for energy-ficient processing of[8] M. Ben Chanaa, M. Lallemant, A. Mokhisse. Pyrolysis ofwaste[J]. Applied Energy ,2005 ,81(1) :85-113.Timahdit , Morocco , oil shales under microwave field[J].[5] Zahid Hussain, Khalid Mohamned Khan, Khadim Hussain.Fuel, 1994,73( 10) :1643-1649.Microwave metal interaction pyrolysis of polystyrene[J]. .[9]王擎,桓現坤,劉洪鵬,等.樺甸油頁(yè)巖的微波干餾特Journal of Analyical and Applied Pyrolysis, 2010, 89性[J].化工學(xué)報,2008 ,59(5) :1288 -1293.(1):39-43.[6]薛華慶,李術(shù)元，齊永麗，等.窯街油頁(yè)巖熱解動(dòng)力學(xué)[10]金欽漢. 微波化學(xué)[ M].北京:科學(xué)出版社, 199:13.9研究[J].內蒙古石油化工,2009(2) :98-100.[11] Hayashi J,Mizuta H, Kusakabe K,et al. Flash Copyrolysis7] K. EI harfi, A. Moklisse, M. B. Chanaa. Pyrolysis ofof Coal and Polyolefin[J]. Energy and Fueles, 1994,8Moroccan( Tarfaya) oil shales under microwave iradiaion(6):1353-1359.Influence of microwave power on pyrolysis of oil shaleSHE Jian mei ,SONG Yong hui , LAN Xin zhe , ZHAO Xi-cheng, Fu Jian-ping(Shaanxi Proince Meallurgical Engineering and Technology Research Centre ,School of Meallurgical Eninering,Xian University of Architecture and Technology ,Xian 710055 , China)Abstract: The pyrolysis of Gansu oil shale under the microwave irradiation was investigated. The warming feature ofoil shale and the influence of microwave power on the yield and components of shale oil, semi-coke , pyrolysis gaswere studied. The results show that the final temperature of oil shale is above 800 C , the components of pyrolysisgas are different under different microwave power , the effective components (H2+ CH4+ CO) is up to 55% at 480W ,the yield of semi-coke decrease by increasing microwave power and oil shale yield increase at the beginning thendecrease, which is up to the maximum of 13. 5% at 480 W. While the yield of pyrolysis gas increase by increasingmicrowave power and accumulate to 10% at 480 W.Key words :oil shale ;microwave power;temperature rise feature ; pyrolysis(.上接第30頁(yè))Effect of low-temperature oxidation decaking on characteristic ofunderground coal gasification pyrolysisJIAO Zi-yang, LIU Li-li, U Dong-yang,LIANG Jie(School of Chemical and Enironmental Enginering,China Unirersity of Mining and Tehnology( Bejing) Beijng 10083 ,China)Abstract: Underground gasification of caking bituminous coal may block the gasification channel, 80 the gas flowdistribution is disrupted ,it destroys the gasification reaction condition even ceases the reaction. Caking characteristicin pyrolysis process is performed well. The efect of oxidation decaking at low temperature on characteristics ofunderground coal gasification pyrolysis is studied. The results show that as oxidation time increasing, the maximumweight loss rate decreases , H2 and CH, volume fraction , heat value is lower than those of raw coal in some part rangeof the pyrolysis temperature. So this method makes the inertia of underground coal gasification pyrolysis increase.Key words:underground coal gasification ;low-temperature oxidation;dacaking; pyrolysis折建梅等:微波功率對油頁(yè)巖熱解的影響