成型热解对褐煤成浆性的影响

第20卷第4期洁净煤技术Vol 20 No 42014年7月Clean Coal TechnologyJuly 2014成型热解对褐煤成浆性的影响高晶晶,初茉,吕海龙,赵曼,杨小敏(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:为提高褐煤水煤浆的成浆性,以新疆褐煤、半焦及型煤半焦为原料,对其成浆性进行对比分析。结果表明:粗细煤粉质量比6:4,最佳添加剂用量1.2%时,型煤半焦制备的水煤浆成浆性最好最大成浆浓度为60.1%,表观黏度为1153mPa·s。在级配、添加剂用量相同的条件下,褐煤和半焦的最大成浆浓度分别为48.7%和56.8%。煤样工业分析和表面结构研究表明随着提质改性程度的增加,新疆褐煤、半焦及型煤半焦的水分和挥发分依次降低,固定碳升高,孔半径减小,比表面积增大,孔容积变化不明显。说明褐煤经热压提质改性后,煤仳度升高,结构渐趋紧密,孔隙率降低,有利于提高褐煤成浆性。关键词:褐煤;半焦;型煤半焦;水煤浆;成浆性;煤质特性;表面结构中图分类号:TD849;TQ530.2文献标志码:A文章编号:1006-6772(2014)04-0051-04Influence of briquetting and pyrolysis on lignite slurryabilityGAO Jingjing, CHU MO, LYU Hailong, ZHAO Man, YANG XiaominSchool of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology( Beijing), Beiing 100083, China)Abstract: To improve the slurryability of lignite, taking Xinjiang lignite, lignite semi-coke and briquette semi-coke as raw material, com-are their slurryability. The results show that the optimum gradation of semi-coke is that the mass ratio of coarse powder and fine powder is6: 4, the best dosage of additives is 1. 2%, the greatest coal water mixture( CWM) concentration is 60. 1%, the apparent viscosity is 1153nPa.s. Under the same gradation and additives dosage, the greatest CWM concentration of lignite and semi-coke are 48.7% and 56.8%0Proximate analysis and the surface structure research of coal sample show that the moisture and volatile of Xinjiang lignite, semi-coke andbriquette semi-coke decrease, fixed carbon increase, the pore radius decrease, specific surface area increase, pore volume change is not obvious with the increase of upgrading modification. So for lignite, upgrading and modification can improve the degree of coalification and slur-ryability, make the structure more close, decrease the porosityKey words: lignite; semi-coke; briquette semi-coke; coal water mixture; slurryability coal quality characteristic; surface structure0引言高达30%~50%,发热量较低,热稳定性较差,作为大规模气化原料具有很大局限性,目前主要用作局中国“富煤贫油少气”的能源分布特点决定着部地区的动力燃料3-3。通过热解提质褐煤,可改煤炭是中国国民经济和社会发展的命脉,中国国民变褐煤孔隙结构,降低水分,増加可磨性,提髙热值经济2/3以上的能源供应都是由煤炭提供。中国褐及热稳定性,制取高活性优质气化原料6,这对扩煤资源量约320亿t,易风化和自燃,不宜储存,长大中国化工用煤渠道、保障煤化工产业可持续发展途运输及储存成本过高3。由于褐煤孔隙结构发具有重要意义8。利用提质褐煤制备水煤浆,可达且氧含量髙(20%左右),使其內水丰富,全水分提髙褐煤水煤浆成浆性和水煤浆浓度,提高褐煤水收稿日期:2014-05-20;责任编辑:白娅娜DOI:10.13226/iisn.1006-6772.2014.04.016基金项目:国家自然科学基金资助项目(U2610):中央高校基本科研业务费专项作者简介:高晶晶(1989—),女,甘肃兰焖人,顽士硏究生,从事褐煤提质、褐煤成H中国煤化工CNMHG16cm。通讯作者:初茉,教授,博士。E-mail:cm@cumtb.edu.cn引用格式:高晶晶,初菜,吕海龙,等成型热解对褐煤成浆性的影响[冂].洁净煤技术,2014,20(4):51-:GAO Jingjing, CHU Mo, LYU Hailong, et al. Influence of briquetting and pyrolysis on lignite slurryability[ J]. Clean Coal Technology, 2014,20(4):51-54512014年第4期洁净媒技术第20卷煤浆气化效率和水煤浆燃烧效率,同时降低能耗和47.64%,细粉中0.074mm煤粉质量分数为电耗。褐煤成型热解提质工艺中,成型阶段先将95.76%。褐煤孔隙压紧密实,而后通过热解降低其水分、挥发1.1粒度级配试验分等,使褐煤应用向清洁化、流动化、液体化、化学化称量粗细煤粉共70g,按粗细煤粉质量比分别方向发展,提高褐煤资源利用效率,缓解优质煤为3:7、4:6、5:56:4、7:3进行混合备料,设定资源短缺,降低环境污染-12。褐煤改性对成浆性水煤浆浓度为58%,萘系添加剂用量为1.0%,研究影响方面的研究较多。赵卫东发现褐煤脱水后粒度级配对水煤浆表观黏度的影响,如图1所示。成浆浓度高达60%; Favas等将褐煤进行水热脱由图1可知,不同级配所得水煤浆浆体均为假水改性后其成浆浓度高达64%;Chen等5通过热塑性流体。当粗细煤粉质量比小于6:4时,随着制性能和致密化处理将褐煤成浆浓度提高至65%浆原料中细煤粉比例的减少,水煤浆黏度明显降低型煤半焦成浆性差异的硏究较少。原煤经压力成型当粗细煤粉质量比为6:4,水煤浆表观黏度最低为后孔隙结构致密,再经过热解将其中的挥发分去除893mPa·s,水煤浆实际浓度达到58.0%。当粗细必然能进一步提高褐煤成浆性。笔者对比分析了原煤粉质量比大于6:4时,水煤浆黏度增加,粗细煤煤、半焦及原煤成型热解所得型煤半焦的成浆性差粉质量比为7:3时,水煤浆表观黏度为1312异,并从提质后的煤质特性和表面结构对水煤浆成mPa·s,实际浓度为57.9%。因此,新疆型煤半焦浆原理进行分析,以期提高褐煤成浆性,使其符合气最佳级配比为粗细煤粉质量比6:4,此时0.074化用水煤浆标准。mm煤粉质量分数为67.94%。云24001试验条件1.1试验原料以新疆褐煤、半焦及型煤半焦为试验原料。褐煤在600℃下利用管式炉热解加工获得半焦;在褐赵晨煤中加人含硅矿物黏结剂,成型压力为3.5MPa,制备出型煤后利用管式炉在600℃下热解获得型煤半焦。成浆采用萘系添加剂粗细煤粉质量比1.2试验方法图1粒度级配对水煤浆表观黏度的影响将空气干燥试样用球磨机磨制成符合试验要求粗细煤粉质量比6:4的水煤浆流变曲线如图的粒度。选定合适的粗细煤样配比,通过湿筛确定2所示。由图2可知,当粗细煤粉比例为6:4时所煤样中0.074mm煤粉比例。按照计算的粗细粒配得水煤浆浆体为假塑性流体,具有剪切变稀的特性。比称取煤样,加入一定质量的添加剂和水。将配好G6600的制浆原料在200r/min搅拌器内匀速搅拌10min,得到水煤浆;制浆后按照GB/T18856.4-2008《水煤浆试验方法第4部分:表观黏度测定》16使用2640NXS-11B旋转型黏度计测量水煤浆黏度;按照GB/T1865-2008《水煤浆技术条件》切进行水煤浆实际浓度的测定。0剪切率/s12结果与讨论图2粗细煤粉质量比为6:4的水煤浆流变曲线2.1型煤半焦成浆性分析中国煤化工定采用新疆型煤半焦进行最大成浆浓度试验。首CNMHG的最佳级配条件下,设先确定最佳粒度级配,在最佳粒度级配的基础上确定水煤影浓度为58%,饼究添加剂用量对水煤浆表定最佳添加剂用量,最后确定最大成浆浓度。通过观黏度的影响,具体如图3所示湿筛方法计算出粗粉中0.074mm煤粉质量分数为由图3可知,当分散剂用量小于1.2%时,随着2高晶晶等:成型热解对褐煤成浆性的影响2014年第4期分散剂用量的增加,水煤浆黏度明显下降。分散剂1800用量为1.2%时,水煤浆黏度最低为995mPa·s,实际浓度为59.2%;分散剂用量为1.4%时,水煤浆实际浓度达到59.3%,水煤浆黏度为1174mPa·s可见添加剂用量为1.2%时,水煤浆黏度较低,且成浆浓度相对较高,为最佳用量。水煤浆浓度%图5表观黏度与水煤浆浓度关系赵兴a10240长8000.70.80.91.01.11.21.3145120添加剂用量/%图3添加剂用量对水煤浆表观黏度的影响添加剂用量为1.2%的水煤浆流变曲线如图4剪切率/s所示。由图4可知,当粗细煤粉比为6:4,添加剂用量为1.2%时,所得水煤浆浆体为假塑性流体,具图6成浆浓度60.1%的水煤浆流变曲线有剪切变稀的特性。1.2%的条件下,分别确定褐煤和半焦的最大成浆浓度。褐煤、半焦和型煤半焦的成浆性参数见表1。4480表1褐煤、半焦、型煤半焦成浆性对比3360074mm煤粉添加剂表观黏度/实际浓样品质量分数/%用量/%(mPa·s)度/%褐煤1.2半焦剪切率/s型煤半焦67.941.215360.1图4添加剂用量为1.2%的水煤浆流变曲线2.1.3最大成浆浓度试验由表2可知,褐煤成浆浓度仅为48.7%,黏度为在粗细煤粉质量比6:4、萘系添加剂用量1176mPa·s;半焦成浆浓度为56.8%,比原煤增加1.2%的条件下,研究水煤浆浓度对表观黏度的影8.1%,黏度为1006mPan:s;型煤半焦成浆浓度达到响,具体如图5所示。由图5可知,随着水煤浆浓度60.1%,比原煤增加11.4%,比半焦增加3.3%,黏的增加,其表观黏度逐渐升高。当制浆浓度为60%度为1153mPa·s。说明褐煤经热解加工后,成浆时,表观黏度为1153mPa·s,小于1200mPa·s,实性大幅提高;若在一定压力下成型后热解加工,其成际浓度达到60.1%;当制浆预设浓度为61%时,实浆性可进一步提高。新疆褐煤型煤半焦制备的水煤际浓度可达61.1%,表观黏度为1725mPa·s,大于浆实现了制浆浓度大于60%,浆体黏度小于1200水煤浆规定的最高黏度1200mPa·s。因此,确定mPa·s新疆型煤的最大成浆浓度为60.1%。3原理分析成浆浓度60.1%的水煤浆流变曲线如图6所示。由图6可知,粗细煤粉比为6:4,添加剂用量H中国煤化工结构分析褐煤、半焦为1.2%,水煤浆浓度为60%时,所得水煤浆浆体为CNMHG煤样工业分析、表面假塑性流体,具有剪切变稀的特性结构分别见表2、表3。2.2褐煤、半焦、型煤半焦成浆性对比由表2可知,褐煤属低变质程度煤,M较高,为在粗细煤粉质量比6:4、萘系添加剂用量17.32%。原煤经过不同工艺(热解,成型热解)提质532014年第4期洁净媒技术第20卷改性后,M均眀显降低。半焦M,为5.69%,型煤焦比褐煤最大成浆浓度提高8.1%,型煤半焦比褐半焦M为6.43%。水分越低水煤浆成浆性越好,煤和半焦的最大成浆浓度分别提高11.4%和说明提质后煤样的成浆性得以提高。型煤半焦水分3.3%。略高于半焦是由于成型阶段添加剂吸水导致,从成2)褐煤经热解成型加工后,水分和挥发分降浆结果来看,这部分水分对型煤半焦的成浆性影响低,固定碳升高,孔半径减小,比表面积逐渐增大,孔不大容积变化不明显。说明褐煤经热压提质改性后,煤表2煤样工业分析化度升高,煤的结构渐趋紧密,趋于烟煤特征,孔隙率降低,这种结构的变化有利于提高褐煤成浆性样品型煤半焦保持了原煤良好的化学反应活性,制得的褐煤水煤浆浓度大于60%,表观黏度小于1200mPa·s半焦14.7017.1070.71使褐煤型煤半焦成为优质的水煤浆气化原料。型煤半焦6.4360.18参考文献表3煤样表面结构[1]」刘明强,刘建忠,王睿坤,等热解温度对褐煤半焦成浆特性影单点平多点BET比表单点总孔容积响的试验研究[J中国电机工程学报,2013,33(8):36-43样品孔半径/m面积/(m2·g)(mL·g)2]初莱,高晶皛褐煤低温热解提质试验硏究[J.煤炭科学技术褐煤4.110[3]尹立群我国褐煤资源及其利用前景[J].煤炭科学技术,2004,7.785.8490.02275932(8):12-14型煤半焦6.1110.5050.032114[4]刘烨炜,张胜局,何国锋,等褐煤改性对水煤浆浓度影响的研究[J].煤质技术,2013(1):8-10褐煤经热解加工后灰分升高。褐煤灰分为[5]崔秀玉,雷晓平,杨向福,等浅谈中国水煤浆技术的开发与应965%,半焦为14.70%,型煤半焦为26.34%。由于用[J].洁净煤技术,2002,8(4):13-16.6]虞育杰褐煤水热脱水提质制备高浓度水煤浆的基础研究采用添加无机黏结剂的成型工艺,型煤半焦灰分大[D].杭州:浙江大学,2013:2-3幅增加。经过热解及成型热解后,半焦产物挥发分冂]朱书全褐煤提质技术开发现状及分析[门].洁净煤技术,2011,显著降低、固定碳升髙。17(1):1-4由表3可知,褐煤单点平均孔半径为9.88mm[8]段清兵,梁兴,张胜局,等提高神华煤气化水煤浆浓度的可半焦为7.78mm,型煤半焦为6.11nm。随着提质改行性研究[J].洁净煤技术,2009,15(2):49-52[9 Shi-feng ZHU, Mo CHU, Fei-xiang ZHAO. Study on the compari性程度的提高,煤样孔半径减小,说明褐煤经热压提son of the pyrolysis gas release of lignite and its briquette[ J].Jour-质改性后,煤化度升高,煤结构渐趋紧密,孔隙率降nal of China Coal Society, 2012, 18(2): 177-18低,而这种结构的变化有利于提高褐煤成浆性。半[10]马艳梅,纪龙,赵洪宇,等褐煤制浆和配煤制浆技术[J].洁焦及型煤半焦结构中,以中孔为主,比表面积呈升高净煤技术,2012,18(4):49-60[1]陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用[M].北京:化学工业出版趋势,这是由于温度较高时褐煤生成大量气体产物,社,2004:30-42孔隙结构变大,比表面积增加。随着提质改性程度[12]高志芳提质褐煤制浆及配煤成浆特性的研究[D].北京:中的提高,孔容积变化趋势有所上升但不明显。煤的国矿业大学(北京),2009:17-33表面结构及孔隙体系经热压作用后,煤样煤化度提131赵卫东低阶媒水热政性制浆的微观机理及燃烧特性研究高,出现了类烟煤结构,而这种结构的变化有利于提D].杭州:浙江大学,2009:高褐煤成浆性。[14 Favas G, Jackson W R, Marshall M. Hydrothermal dewatering oflower rank coals: 3, high-concentration slurries from hydrother4结论lower rank coals[ J 1. Fuel, 2003, 82(1):71-79TV凵中国煤化工 al. Preparation and rheology of1)型煤半焦的最佳级配为粗细煤粉质量比6CN MH Gry fuels[J]. Fuel, 2011,90(4)4,最佳添加剂用量为1.2%,最大成浆浓度为[16]GB/T188564-2008,水煤浆试验方法第4部分:表观黏度60.1%。在级配、添加剂用量相同的条件下,褐煤和测定[半焦的最大成浆浓度分别为48.7%和56.8%。半[17]GB/T2008,水煤浆技术条件[S]