水热处理对我国典型褐煤气化特性的影响

科技创业家2014年03(下)TECHNOLOOICAL PIONEERS学术论坛水热处理对我国典型褐煤气化特性的影响李建华(双鸭山龙煤天泰煤化工有限公司黑龙江双鸭山155113)摘要:选取我们国家主要褐煤的产区的不同煤阶的3种典型的褐煤,用水热处理的方法对禍煤进行脱水改性并且研究改性前后褐煤的CO2气体特性的变化。实验结果表明，经过水热处理后，褐煤中的所含水分大幅度下降，最高降幅可以达87.31%,固定热值和碳上升,氧含量明显下降,褐煤煤阶上升,煤阶参数(0/C原子比)下降。水热处理过程中煤质结构的复杂重整可以导致煤焦孔径向微孔的方向发展，先降低后增加，而表面积和孔容则呈现先上升后下降的趋势。煤阶的上升和煤质结构的深度变化使得改性后的褐煤的气体特性曲线呈现向高.温区的移动，碳转化率达到50%的时候的气化的温度上升。动力学计算的结果表明，经过水热改性后气体反应活化可以上升，反应级數也发生变化。。较高的水热处理终温和相对较低的原煤煤阶都使得水热脱水改性的效果更为显著。关键词:水熬脱水改性 煤气化 褐煤煤阶我们国家煤炭资源的禀赋条件不好，观特性改变 。煤质程度越低、含水量和挥发大。水热过程中煤孔隙结构的变化主要受褐煤为主低阶随着开采水平向深部延伸、分 含量越高干基的收率越小,水热反应的以下3种作用 影响:1)改性过程中煤大分子煤炭开采规模的扩大以及产煤重心的西程度 越深，改性的效果越明显。随着水热终结构中活性较高的羧基 .羟基.羰基等含氧移,我国的煤炭产出中低阶煤总量现在不温的提高,干基的收率明显降低,说明温度基团，以及亚甲基、甲氧基等会发生分解，断增加。我们针对这些高含水含氧量的低的升高加剧了 固体的样品的热分解率,水.从大分子结构脱离,形成CO2.H20.CO、热值的低阶褐煤特点，可以进行大规模脱热改性效果也更加显著。水热处理改性之CH4、H2等气体产物,并从低阶煤内部释放水改性利用，我国煤炭能源化工业可持续后， 煤质组成上已经发生了较为明显的改出来，促进孔隙结构的发展和丰富,孔隙数发展亟待解决的重大的课题。水热处理变, 原煤和改性煤热解半焦的各项数据变量因此会增加;2)反应釜内在高温高压条件(hydrothermal dewatering, HTD)应该是一-化 较小，原因在于相比褐煤在800° C时等温下，褐煤内部毛细管浓缩水,多层、孔隙中种典型的“非蒸发"(nonevaporative)褐煤脱热解过程,褐煤水热处理过程条件相对温单层吸附水,以及大孔残留水分会从原煤水的改性方法，煤样在处于蒸汽压条件下和(250和300° C),所以水热过程的影响经过内部析出,造成内部的压力会小于外在压和高温以及饱，褐煤中的水会以液态形式热解之 后表现在煤焦上被较大的削弱了。力,同时还受到表面张力和热力的作用,低排出，从而可以节省汽化潜热。同时低阶煤但换言之,即使经过了较为苛刻的热解过阶煤中孔隙结构将受到破坏或发生崩塌;3)的内部具有亲水性的含氧基团会发生一定程, 某些共性变化趋势依然可以从中得到，改性过程中还会产生少量的液体的焦油，分解,改性煤重复吸水能力会大大降低,改如灰分、 固定碳.上升,挥发分减少,热值上由于其自身的有机物的性质,更易与煤表性产品还可以长久保存。Morimoto等在升 ,碳元素含量上升,氧.氢元素含量减少，面亲油的位置形成桥键连接,其比水容易350°C和18MPa的情况下对澳大利亚褐煤且煤阶较低的褐煤(如昭通)变化较煤阶高滞留在低阶煤的内部,从而在.-定的程度进行了水热处理的研究，得到了褐煤水热的褐煤(如准东)明显。这说明水热过程所造上可以阻塞了一些孔隙结构,并且随着改处理之后4种形态的产物,23%的水溶性物成的 影响痕迹仍然被保留了下来且已经影性终温的升高,液体焦油的产量有所增加，质，分别是8%的气体,46%的改性煤以及响到了煤质的深层次组成和结构，即使经焦油封闭孔的作用也会随之加强。由于这323%的沉淀物，与原煤相比,改性煤的氧含历更高的温度 的热解过程,煤焦的组成还量和水含量大幅下降。Nonaka等利用水热是有所差异。 氧元素的变化较其他的各项因此更 加复杂。在水热终温为250° C以下的方法在300* C时对生物质和低阶煤两种低还是明显,这 是因为水热得过程主要影响时 候，1)起主要作用,所以煤魚的孔隙的结级的燃料的混合物进行了改性处理,得到的是褐煤的脱水及含氧活性基团的分解与构有所发展，但当温度逐渐升高至300°C的了较好的改性的效果,产物的疏水性增加，转化所致。水热处理促使含氧活性的结构时候,2)和3)的作用逐渐显现并且占优，所重复的吸水能力降低，改性煤中热稳定相的分解及不稳定相组分向稳定相组分的转以煤焦中的孔隙结构又会有所下降。组分相对增加。移,从而实现了对低阶褐煤的提质改性作热改性可以大幅度的降低原煤的水分用。参考文献(Mad和Mar),且原煤的水分含量越大,改善这些发生在煤焦和煤质组成上的变化[1] 张明旭,王龙贵，欧泽深，等.几种木质的效果越就显著,随着水热终温的进一步都说明了在经过水热脱水改性后的褐煤的素降解菌的筛选及其协同作用降解煤升高，低阶煤中的水分下降，与原煤相比煤组 成和性质已然完成了一个不可逆的转炭的研究[J].煤炭学报,2007, 32(6):中的水分最高降幅可达到87.31%(昭通变，改性前后的褐煤不再是同样的褐煤，由634- 638. Zhang Mingxu, WangMar)。碳元素、碳含量含量.固定热值的上他们各 自的热解所制半焦已经在组成、理Longgui ,Ou Zeshen,et al . Selection of升表明褐煤经过水热改性之后能量密度增化性质 上已经有了差别，这种差别正是水several degradation lignin funguns and加，结构可以变得致密和紧凑。氧含量下热处理过程 在煤深层结构.上的改变及煤阶theexperimental study of their降,煤阶参数(氧碳原子比AO/C)会呈现下的改性 上所留下痕迹的形成必然结果。此coopporation tobiodegradation of coal降的趋势,并随着水热改性终温的提高而外可以看出随 着水热处理温度的升高,改[].Journal of China Coal Society ,2007,降低，说明水热改性可以提高煤阶,并且改性效果 都略有增强,这一-点与原煤煤质分32(6):634- 638(in Chinese).性终温越高,煤阶提高的效果越显著。另外析的结果一 致 。2.2脱水改性对褐煤孔隙结[2] 周永刚,李培,杨建国,等.褐煤中不同所选3种褐煤中，准东褐煤煤阶最高，昭通构的影 响可以看出煤焦中主要是1.5~5nm .水分析出的能耗研究[J].中国电机工程最低，这与它们形成的地质的年代及自身的中 微孔，褐煤水热改性后其热解所制半学报,2011,31.含水量-.致,当原煤的煤阶越低时,改性的焦向微孔范围发展,在原来的4nm和更小的[4]孟丽莉，付春慧,王美君,等.碱金属碳效果越好。水热改性后褐煤产物干基收率2nm处分别出现分布峰,但随着水热处理温酸盐对褐煤程序升温热解过程中.看，除水分之外的褐煤中的其他成分如水度从250*C升高到300°C,煤焦中的孔隙结溶性无机物质及某些亲水性的活性含氧的构会有所减少 。从表3可以看出随着水热和基团也减少了。这些改变必然导致褐煤的终 温的提高, ET总孔容.表面积都是先变大结构和理化性质的变化,从而造成了其宏后变小， 相对应的平均孔径也先变小后变中国煤化工作者简介:李建华:双鸭山龙煤天泰煤化工有限公司工艺工程师。MHCNMH G216 科技创业家TECHNOL 0GICAL PIONEERS