昭通褐煤热解特性的研究

第21卷第1期矿冶Vol. 21. No. 12012年3月MINING MEtALlUrGYMarch 2012文章编号:10057854(2012)010056404昭通褐煤热解特性的研究刘云亮陈雯沈强华阴树标何云龙王勇(昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093)摘要:针对昭通褐煤进行热解实验研究,得到了升温速率和热解温度对褐煤热解煤气成分、煤气热值和产气率的影响规律。结果表明:随着热解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,H2和CO的含量逐渐增多,CH4的含量先增加后减少,煤气热值和煤气产率提高;同热解温度下,随着升温速率提高煤气中的CO2含量逐渐减少,CO含量逐渐增多,CH4含量逐渐减少,对H2含量的影响不大,热解煤气热值和产量均有所增多,增加幅度都是由大变小。实验阶段获得的最高热值工艺条件为:热解温度是650℃,升温速率是15℃/min,煤气低热值为927MJ/m3。关键词:褐煤;热解;热解煤气;热值中图分类号:TQ534文献标识码:Ado:10.3969/Jisn.10057854.201201.016STUDY ON PYROLYSIS CHARACTER OF LIGNITE IN ZHAOTONGLIU Yun-liang CHEN Wen SHEN Qiang-hua YIN Shu-biao HE Yun-long WANG YongFaculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Scienceand Technology, 650093 Kunming, ChinABSTRACT: Accroding to the pyrolysis experimental study of Zhaotong Lignite, the effecting regulation betweentemperature and increasing rate to lignite pyrolysis gas composition, gas heating value and yield of gas is obtainedThe results show that CO, content of gas reduces dramatically with the increasing of pyrolysis temperature, and con-tent of CO and H,, increasing gradually, the content of Ch, decreasing after increasing for a while, and the gas heating value and the gas yield increasing accordingly. At the same temperature, with the rise of temperature increas-ing, the contents of CO, and CH, reducegradually, content of CO increases, and Gas heating value and yield of gasincrease as well, and there is no big influence to the content of H2 In the test the process conditions of the maxi-mum heating value obtained is as following: pyrolysis temperature 650C, temperature increasing rate 15C/min andthe low heating value is 9. 27MJ/mKEY WORDS: lignite; pyrolysis; pyrolysis gas; heating value我国褐煤资源丰富,占全国煤炭储量的13%,有得到高效应用。近年来,由于国民经济快速发展,在我国煤炭资源中占有重要地位,主要分布于内蒙对能源需求不断增加,同时国际原油价格节节攀升,古东部、黑龙江东部和云南东部,褐煤煤化程度低,褐煤的合理和有效利用问题显得日益重要和突属于低阶煤,具有发热值低,水分、挥发分高,易风出口3。煤的热解是各种煤加工工艺的基础,因此化、碎裂、氧化自燃,热稳定性差等特点,长期以来没本文针对褐煤热解方面进行研究,对褐煤的加工和有效利用有着重要意义。收稿日期:201109-15著盒项日:国家科技中小金业技术创新基金项日1实验书V凵中国煤化工作者简介:刘云亮在读硕士研究生研究方向为有色金属冶炼。1.1实验CNMHG通讯作者:陈雯,教投, chenwen63@126.co云南省昭通地区蕴藏着我国南方最大的褐煤资刘云亮等:昭通褐煤热解特性的研究57源,已探明储量达80多亿t。昭通褐煤煤田具有煤层厚、埋藏浅、易剥易采(90%以上剥采比小于2)储量集中;煤化度低,化学活性好,挥发分高,加热后挥发分易于析出;还有水分、灰分高,低灰熔点,稳定性差等特点34。本次热解实验选用云南省昭通新采褐煤,其工业分析结果如表1所示,灰分分析见表2表1煤样的工业分析结果400500Table 1 Proximate analysis results of ligni热解温度/℃项目Md数值/%53.68.4156.769.96图2升温速率为5℃/min时热解温度对煤气成分的影响表2灰分成分分析结果Fig 2 Effect of temperature on gas composition at 5C/miTable 2 Ash composition analysis results of lignite项目gO TiO2含量/%37.1415.7810.7914.614.001.301.2实验装置和方法本实验的试验装置见图1。热电偶锥形瓶冷凝管热解温度/℃/A可气体流量计图3升温速率为10℃/min时热解温度对煤气成分的影响热解炉温控器Fig 3 Effect of temperature on gas composition at 10 C/min图1试验装置图of test如图1所示,热解炉为管式炉,采用电加热,热电偶和数字显示温度控制器进行温控,用气体流量计计量热解煤气气量,产生的热解煤气送检测部门20用气相色谱仪测定煤气成分。实验前,进行褐煤外水分脱除预处理,取煤样在40℃以下自然干燥,直到质量恒定不变为止,除去外水分。实验时,每次实600700验取已脱外水煤样1000g,人炉粒度为0~10mm,热解温度/℃分别以5℃/min、10℃/min和15℃/min的升温速率升温至750℃,恒温30min。图4升温速率为15℃/min时热解温度对煤气成分的影响2实验结果分析和讨论Fig 4 Effect of temperature on gas composition at 15 C/min2.1热解温度对热解煤气成分的影响上,在550~600℃,煤气成分CO2,H2和CO含量相热解温度控制在350~750℃,实验结果如图差不大,分别存在H2和CO与CO2含量的交点,在2,3,4所示。热解温度6V中国煤化工H12和CO的含从图2,3,4可知:在温度350~450℃,热解煤量很接近,CNMHG℃,煤气的主要气中的CO2含量占热解煤气组成成分含量一半以成分是H2和CO,而CO2和CH4含量很低。随着热矿冶解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,在450650℃,CO2含量减少幅度明显,在650℃以上30CO2含量减少幅度不大,趋于稳定;相反,H2和CO蚪25含量则随着热解温度的升高逐渐增加,H2和CO含量增加幅度比较显著,H2含量的增长速率比CO要快一些;在650℃以前,CH4随着热解温度的升高逐和8渐增加,随着热解温度继续升高,CH4在750℃时的5含量略低于650℃的含量,因此,在650-750℃CH4含量存在一个最大值。热解温度/℃原因分析:在500℃以前,褐煤以脱除含氧官能团为主,脱除并析出支链或裂解碎片,其中气态存在图6升温速率对煤气组成CO含量的影响的以CO2为主,CH4和H2的产率都较低。当热解Fig. 6 Effect of increasing temperature rate温度提高至600℃以上,一方面煤的裂解或缩聚反on CO content of gas应继续析出CH4和H2,另一方面焦油的二次裂解也形成小分子量的烃或H2,从而表现CH4、H2和CO组分产率的增加,750℃时,CH4含量减少,是由于生成的CH4在高温下分解所致3)。2.2升温速率对热解煤气成分的影响升温速率对热解煤气成分的影响如图5,6,7,8所示。由图5,6可知:在相同热解温度下,升温速率增大,煤气成分CO2减少;相反,CO含量逐渐增多在升温速率5℃/min时,热解温度对CO含量的增热解温度/℃加速率影响比较大;在相同热解温度下,随升温速率图7升温速率对煤气组成H2含量的影响的变化,H2的含量变化不大,如图7所示;在相同热Fig 7 Effect of解温度下,在380℃左右以后,CH4的含量随着升on H2 content of gas温速率的增加而减少,如图8所示。→5℃mi15℃/min600700热解温度/℃热解温度/℃图5升温速率对煤气组成CO2含量的影响图8升温速率对煤气组成CH4含量的影响Fig 5 Effect of increasing temperature rateFig& Effect of d inerature rateCO, content of gion CHa content of gas2.3热解温度和升温速率对热解煤气热值的影响减少;在相同热解温度下,随着升温速率的提高,煤热解温度和升温速率对热解煤气低热值的影响气热值呈增加趋势,幅度由大变小,升温速率为10关系如图9所示,从图9可知,升温速率为5℃/min℃/min和15"V凵中国煤化工0℃时煤气热时,随热解温度的升高,煤气热值逐渐增加,升温速值均最大,CNMHG中CH含量率为10℃/min和15℃/min时,煤气热值先增加后随着升温速率提高而增加,CH4含量在750℃时比刘云亮等:昭通褐煤热解特性的研究650℃时有所降低,且CH4含量的降低幅度较大,增加趋势,增加幅度由大变小。因此,提高热解温度C0含量和H含量增加幅度较小,CH4对计算煤气和升温速率,热解煤气产量均是呈增加趋势。热值的贡献最大,煤气热值也随着减小。从图9可以看出,温度在650℃,升温速率为15℃/min时3结论获得最高煤气低热值为9.27MJ/m3。1)热解温度对热解煤气组成成分含量有较大影响,随着热解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,H2和CO的含量逐渐增多,在650℃以前,BOOCH4随着热解温度的升高逐渐增加,CH4在750℃时的含量低于650℃的含量,在650~750℃,存在CH4含量最大值。2)热解温度对热解煤气热值和产率影响显著随着热解温度的升高,热解煤气热值和产率显著提高,700~800℃温度段是400~500℃温度段热解热解温度/t产率3倍之多。因此,要获到较高热值的热解煤气和更多热解煤气,提高温度是行之有效的方法。图9不同升温速度和热解温度对热值的影响Fig9 Effect of different increasing temperature3)升温速率对热解煤气组成成分的百分含量te and temperature on gas heating value影响不大,在相同热解温度下,随着升温速率提高,热解煤气成分CO2含量逐渐减少,CO含量逐渐增24热解温度和升温速率对热解煤气产量的影响多,在380℃左右,CH4含量随着升温速率的热解温度和升温速率对热解煤气产量的关系如减少,对H2含量的影响不大。图10所示,从图10可知,在相同升温速率条件下,4)升温速率对热解煤气热值和产量有一定影随着热解温度的增加,热解煤气产量增加;在相同热响随着升温速率提高热解煤气热值和产量均有所解温度条件下,随升温速率的提高热解煤气产量呈增多,增加幅度都是由大变小。5)实验阶段温度控制在650~750℃范围内,升▲-15℃min温速率为15℃/min,可获得较高热值的热解煤气和更多热解煤气。温度在650℃,升温速率为15℃/min时,获得的最高煤气低热值为9.27MJ/m参考文献〔1〕李旭辉.浅析褐煤的煤化工技术与应用[J].煤炭加工与D综合利用,2009(5):38-42热解温度段/℃〔2〕戢绪国,步学朋,王鹏褐煤固定床加压气化的特性[J煤气与热力,2004,24(3):119121A,B,C,D分别代表温度段400-500℃,500~600℃,600〔3〕王嫒,伊承绪.昭通褐煤温和气化技术的开发利用[J]700℃,700-800℃云南煤炭,2001(2):26-27图10不同升温速度和热解温度段4〕何屏.加快云南煤炭工业发展的对策[J].昆明理工大学对热解煤气产率的影响学报(自然科学版),1998,23(3):71-76Fig 10 Effect of different increasing temperature〔5〕戴和武,谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业出rate and temperature range on yield of gas版社,1998:332-334中国煤化工CNMHG