生物质型焦的生产工艺及性能研究

第29卷第5期中国矿业大学学报Vol 29 No 52000年9月ournal of China University of Mining & TechnologySep.2000文章编号:1000-1964(200005-052404生物质型焦的生产工艺及性能研究周仕学,刘泽常,刘振学(山东科技大学化工系,山东济南250031)摘要:研究了用生物质作粘结剂并采用干法冷压成型工艺将烟煤和无烟煤冷压成型,然后炭化制取生物质型焦的工艺,分析了生物质添加量、烟煤种类和配入量以及成型压强对型焦的抗压强度、光学组织、气孔结构、微观强度和反应性的影响.结果表明,随着生物质添加量的增大,型煤的抗压强度随之增大,但型焦的抗压强度降低;配入肥煤和焦煤所产型焦的光学各向异性强、大气孔少、孔隙率低、反应性低、反应后强度高;烟煤与无烟煤之间成焦后为非熔融粘结,导致型焦反应后强度明显降低;生物质、烟煤、无烟煤三者的配比以18:55:27为最佳关键词:生物质;型焦;显微结构;反应性中图分类号:TQ520.6文献标识码:A高硫强粘结性烟煤用于炼焦会导致焦炭的硫热(250~550C的加热速度为3~5C/min,其它分偏高,用作燃料会排放出大量SO2而污染环境,温度下的加热速度为7~9C/min),终温950C但配以低硫无烟煤用于生产型焦时,因烟煤中的大保温1h,水熄焦型煤和型焦的抗压强度用小型部分硫经高温炭化后逸出,可制得低硫型焦此压力试验机测定,以单个枕形球的破坏压力(kN)外,利用生物质(农作物秸秆、稻壳锯末、蔗渣等)表示作为煤料成型的粘结剂代替焦油沥青,可扩大粘结烟煤干燥上剂来源采用干法冷压成型,物料混合简单,型煤水分低、炭化时间短.在日本新能源开发机构物质(NEDO)绿色授助计划(GAP资助下,我国在临沂型焦一「炭化-「成型-「混合建成了生物质型煤示范厂,以肥煤、消石灰、玉米秸为原料,制取生物质型煤燃料.本研究以生物质、烟图1生物质型焦生产工艺流程煤无烟煤为原料,用其干法冷压成型工艺制备型Fig. 1 Technological process of the productionof biomass formed coke煤,然后炭化制得生物质型焦1.2型焦的光学组织和气孔结构的测定1实验部分光学组织用 Leitz MPv3正交偏光显微镜测定,分为各向同性细粒镶嵌粗粒镰嵌、流动状基1.1工艺流程础各向异性、其它(丝质破片等),共6类{.型焦生物质型焦的生产工艺流程如图1所示烟煤的孔隙率用真相对密度和视相对密度计算而得.0和无烟煤用热空气干燥至水分小于1%粉碎至粒01~7.5pm(直径,下同)气孔的孔径分布用Carl度小于3mm,生物质用热空气干燥至水分小于10%粉碎至长度3m,生物质烟煤和无烟媒按200汞测孔仪测定,以各孔径区间孔容占总孔容比例(18:5:21混合好后用液压机挤压成型的中国煤化各孔径区间气孔数占气孔的孔径分布用成型压强320MPa)型煤呈枕形,长轴42mm,气CNMHG短轴38mm,最厚处23mm炭化用燃气炉间接加收稿日期:1999-12-12基金项目,山东省良然科学基金资助项目(Q98B06122)作者简介:周仕学(1966-),男,山东省临朐市人,山东科技大学硎教授工学博土,从事煤热解研究第5期周仕学等:生物质型焦的生产工艺及性能研究1.3微观强度和反应性的测定量用Sm,.,3表示,结构强度的降低量用BS,表生物质型焦的微观强度(气孔璧强度和多孔体示[3)强度)用显微强度仪测定的显微强度用>0.3mm颗粒的质量分数v(颗粒>0m)表示;结构强度用2实验结果与讨论>1m颗粒的质量分数v(颗粒1m)表示粉焦2.1工艺条件对生物质型焦抗压强度的影响反应性用1100C时CO2还原为CO的百分数a实验用玉米秸、晋城无烟煤、兖州气煤、枣庄肥表示,反应10min的碳溶损率用Rc用反应消耗煤、古交焦煤的性质见表1量占试样量的百分数表示,反应后显微强度的降低表1实验用原料的工业分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of samples used in the experiment样品t/%粘结指数玉米秸7.332.5678.220.1052.026.260.4541.27晋城无烟煤3.1496.04兖州气煤0.60枣庄肥煤27.945.60古交焦煤10.1220.290.7789.204.96454.39生物质添加量、肥煤配入量、成型压强对型煤肥煤炭化时具有很强的粘结性,能制得高强度的生和型焦抗压强度的影响如图2所示,由图2可见,物质型焦,但是,肥煤配入量过多时粘结能力过生物质对保证型煤的强度是不可缺少的,但生物质剩,因其结焦性较差,反而使型焦强度降低,肥煤配炭化后生成多孔炭削弱了肥煤和无烟煤颗粒之间量55%时型焦强度最大随着成型压强的增大的结合力4,使型焦强度降低,生物质配入量18%型煤和型焦的强度都显著增大,但提高成型压强会时,既能保证型煤的强度最大,又不至于过多地降使成型能耗增大,以320MPa为宜低型焦强度.肥煤的硬度小,比无烟煤易成型,而且型焦=-型煤型蝶u(生物质/%肥煤)1%图2工艺条件对型煤和型焦抗压强度的影响Fig 2 Effects of process conditions on the compressive strength of briquette and formed coke22一般性质气煤、肥煤、焦煤的型焦,主要的光学组织分别为各在最佳工艺条件下,生物质型焦的v(Vd)<向同性(45.8%)粗粒镶嵌(31.8%)、流动状%,v(S1,)<1%,v(A)<15%p压>20MPa,(40.0%),随着烟煤变质程度的提高,型焦光学各孔隙率<30%,此性能指标与日本DS法、美国向异性增强与普通高炉焦相比,其各向同性组织FMC法等使用焦油沥青作粘结剂所制型焦的相多中国煤化工%左右的基础各向异当.枣庄肥煤硫分的质量分数高达2.66%配以低性红CNMH硫的生物质和无烟煤后型煤硫分的质量分数为1.构的影响见表3,从气54%肥煤中的硫大多易于热解逸出,从而制得硫煤到焦煤,随着烟煤变质程度的提髙,型焦孔隙率分质量分数仅为0.89%的低硫型焦降低、0.01~7.5μm气孔孔容减小、10~150pm23光学组织和气孔结构气孔数减少.与普通高炉焦的气孔结构相比,生物烟煤种类对型焦光学组织的影响见表2.配入质型焦中的大气孔少、孔隙率低526中国矿业大学学报第29卷表2生物质型焦的光学组织L Table 2 Optical textures of biomass formed coke%焦样各向同性细粒镶嵌粗粒镶嵌流动状基础各向异性其它气煤生物质型焦20.8肥煤生物质型焦9.815.5焦煤生物质型焦普通高炉焦29.232.9表3生物质型焦的气孔结构Table 3 Analysis of the pore structure of biomassformed coke焦样孔隙率001~7.5pm气孔孔容10-150m孔径分布0.01~0.1m0.1~11-7.5μm气孔率10~20μm20~100pm100~150pm气煤生物质型焦12,416.1肥煤生物质型焦240035.733.1焦煤生物质型焦21.4539.313.057,8普通高炉焦68.28.824微观强度和反应性生物质添加量对型焦的气孔结构和微观强度烟煤种类对型焦微观强度和反应性的影响见的影响如图3所示,可见,随着生物质添加量的增表4,肥煤具有较强的粘结性焦煤具有较强的结大,型焦内0.01~1pm气孔孔容增大,而且由于焦性,与气煤相比,所得型焦都具有较高的显微强生物质削弱了烟煤与无烟煤之间成焦时的熔融粘度和结构强度,且因光学各向异性强、孔隙率低,使结致使微观强度降低,并且反应后强度明显降低其反应性低、碳溶损少,反应后微观强度降低也较表4生物质型焦的微观强度和反应性Table 4 Micro-strength and reactivityiomass formed coke配人肥煤和焦煤所制得的生物质型焦与普通%(颗粒)高炉焦相比虽然显微强度和结构强度高、反应性a RcRI &Sm, 0.g和碳溶损率低,但烟煤与无烟煤以及生物质之间成气媒生物质型焦肥煤生物质型焦88,473.434.119.232.218.2焦后为非熔融粘结致使其反应后强度降低较多焦煤生物质型焦72.531.516.227.716.1显微强度多降低6%~11%结构强度多降低4%普通高炉焦80.569,449.129.821.412.3~6%to(颗粒。0.3mI-75umt(颗粒,am0. alum001-lm14t(生物质/%(a}对气孔结构的影响(b)对微观强度的影响图3生物质添加量对型焦显微结构的影响1)烟煤中的大部分硫经高温炭化后逸出,从而观飞的 formed cokeFig 3 Effects of biomass content on the microstructure3结论产型向异性强、大气孔少、孔隙率低、微中国煤化工强度高合适的成型工以高硫强粘结性烟煤为主要原料配以低硫无烟煤,艺斜CNMH生物质添加量18%、能制得低硫(vu(S1.d)<1%)型焦.烟煤2)生物质对保证型煤的抗压强度是不可峡少3)用肥煤和焦煤作配料制得的生物质型焦与的但是随着生物质添加量的增大,型焦的气孔率增普通高炉焦相比,气孔率低微观强度高但是,烟煤大、微观强度降低、反应性增大、反应后强度明显降与无姻煤以及生物质之间炭化后为非熔融粘结,致低肥煤的粘结性强、焦煤的结焦性强用作配料所使反应后强度降低较多第5期周仕学等:生物质型焦的生产工艺及性能研究527参考文献:27(1):41-53.[3]姚昭章.炼焦学[M].北京:冶金工业出版社,1995L1] Zhou SX, Li DX. Yu H G. Sulfur removal from high33-56.sulfur and strongly caking coal by pyrolysis and slight [4] Zhou S X, Nie X W, Yu H G. Research on the hightemperature pyrolysis of high sulfur and strongly cakingConference on Coal Scicnce[C]. Taiyuan: Shanxi Sci-coal[A]. Proceedings of the Second International Symence and Technology Press, 1999. 1569-1572posium on Clcan Coal Technology [C]. Beijing: China[2] Gai P L. Microstructure of carbons[J].Carbon,1989Coal Industry Publishing House, 1999. 921-926Research on Production and Propertiesof Biomass Formed CokeZHOU Shi-xue, LIU Ze-chang, L IU Zhen-xueDepartment of Chemical Enginecring, Shandong University of Science and Technology, Ji'nan, Shandong 250031, ChinaAbstract Biomass, anthracite, and bituminous coal were briquetted at normal temperature after being driedd.The effects of biomass content, bituminous coal中国煤化工 essure on the compres-ive strength, optical textures, pore structure, micro-strengtCNMHG coke were researchedThe results show that with the increase of biomass, the compressive strength of briquette increases, but thatof the formed coke decreases. The formed coke using caking coal and fat coal as additive is of stronanisotropy, low porosity, low reactivity, and high post reaction strength. The optimum process conditionsare a biomass content of 18%, a bituminous coal content of 55%, and a briquetting pressure of 320 MPaKey words: biomass, formed coke, microstructure, reactivity