超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究 超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究

超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究

  • 期刊名字:华北科技学院学报
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  • 论文作者:郑少华,李明通,冉孟胶,邓新,黄洁
  • 作者单位:华北科技学院
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

第10卷第3期华北科技学院学报2013年7月超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究郑少华李明通冉孟胶邓新黄洁°(华北科技学院,北京东燕郊101601)摘要:超临界水对褐煤和长焰煤的气化实验研究表明煤的变质程度越低、煤样的颗粒越小气化率越高;催化剂的种类对气化效果有着显著影响, KOH可使褐煤获得的气体转化率达94. 65% ,KG0 ; 获得气体的转化率为73. 58%。超临界水对褐煤长焰煤气化的主要产物是H2、CH4、C2H。、G2H4、CO。实验对低燃烧值的褐煤通过深加工而变为附加值的工业燃料具有理论和实际意义。关键词:褐煤;长焰煤;超临界水;气化;粒径中图分类号: TD844文献标识码:文章编号: 1672 -7169(2013)03 -0020 -040引言法为主,超临界水方法测起步较晚,目前很停留在作为洁净、高效利用煤炭的先进技术的煤炭气实验阶段,但已经取得了很大的进展,例如在温度液化技术是我国能源领域重点发展的对象。褐煤、对不同煤直接液化性能的影响的研究方面就取得长焰煤是煤化程度最低的两种矿产煤,化学反应性了很大进展5,获得了23%的气化率和60%的强,在空气中容易风化,不易储存和运输。目前工液化率的实验成果;在催化剂对气化影响的研究业上主要将其作为配煤使用,降低了褐煤、长焰煤也取得了很大进展'5-8] ,特别是在KOH的作用方的经济价值。近年来,超临界水因其优异的性能在面研究得很深人”。然而在煤样颗粒大小及其航空航天、食品以及有机废弃物处理等领域正发挥与催化剂结合对褐煤气化影响方面几乎没有人研着不可替代的作用, 在能源转化领域超临界的独特究,笔者经过多次的实验证实粒径和催化剂类型性能也日益被众多的研究机构发现和认可,在超临对气化效果有着显著影响。界水中将丰富的低阶煤炭转化为清洁气体,转化过1超临界水对褐煤和长焰煤的气化实验程无污染,燃烧产生的二氧化碳 容易捕获等特点,1.1实验原料并且提高了褐煤、长焰煤的利用率。原料1:褐煤由于褐煤和长焰煤巨大的储量和易于气化、煤样是取自内蒙古赤峰市元宝山矿6号煤层液化的性质,国内外许多学者对此都进行过研究。褐煤。1812年4月30日世界上第- -家具有工业规模的6号煤层:位于宝山组含煤地层的下层段,煤煤气公司一伦敦威斯 敏斯特煤气照明和焦炭成层自然厚度0.37 ~17. 17 m,平均2.28 m,埋深为立" ,标志着煤气事业进人工业化时代。几年之112. 47 ~544.31 m,平均380. 39 m。后,美国、德国、比利时等国相继发展了自己的煤该煤层呈黑褐色至黑灰色,沥青光泽或油脂气化工业,进入20世纪,煤气化工业已经蓬勃发光泽,具条带状结构。含镜煤及亮煤较多,属于光展,几乎遍及世界各地。气化的目的主要是制取亮型或半亮型煤。煤岩组分为镜煤亮煤、暗煤组氢气。目前制取氢气的方法有两大类,一类是气成,以暗淡煤为主,夹丝炭层,具贝壳状断口,含粘化炉法,另一类是超临界水法。其中以第- -类方土质黄土矿及方解石等矿物杂质。表1宝马煤矿6号可采煤层煤质一般特征表项目最小-最大最小-最大.工业分析(% )平均(点数)St.d(%,发热量(M1/kg)平均(点数)煤层编号Madid中国煤化工Qnet,d7. 66 -26.017. 67 -31.8337. 06-46.1228. 08 -30. 916MHCNMHG:5917. 43( 16)15. 90(16)43. 33(14)。-.. ...1)29.63( 13 )①收稿日期:2013-05 -16②作者简介:郑少华(1991-),男,山东临沂人,华北科技学院地质工程专业在读学生。20第3期郑少华等:超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究6号煤层原煤水分(Mad)为7.66%~煤样是取自甘肃天祝三号井的长焰煤,此区26. 01% ,平均17.43% ;原煤( Ad)灰分为7.67% ~煤分 为上、中两层。本次试验采用上层煤。31. 83% ,平均为15. 90% ,为低灰煤;挥发分( Vdaf)该层煤属较稳定型中厚煤层,一般呈黑色,具.为37.06% ~46. 12% ,平均43.33% ;全硫(St,d)分玻璃及沥青光泽,条痕为深棕色。块状构造,性为0.46% ~4. 32% ,平均1.51% ,属中高硫分煤;发脆,较坚硬,结构较均--,主要由镜煤与亮煤组成,热量( Qb,d)为18. 34 MJ/kg ~24.59 M]J/kg,平均为有时夹杂暗煤条带。断口为贝壳状及平坦状。燃21. 44 M]J/kg, 为低热值煤;透光率32.06% ~烧时具长焰及浓烟。上层煤为坚硬的块状,具强46. 42% ,其煤质牌号为褐煤二号。玻璃及油脂光泽。原料2:长焰煤表2甘肃天祝三号井 可采煤层长焰煤煤质一般特征表项目最小-最大.最小-最大工业分析(% )平均(点数)St,d (%)发热量(卡/克)煤层编号AcVdafQr,c4.18-14.3140.4-47.20. 66-1.86 .7710二8070上层8.45(38 )43. 54(36)1. 09(22)7889(26)上层煤属特低灰低硫特低磷高挥发分煤。机物质强大的融合能力,对褐煤进行气化液化,最原煤灰分( Ad)为4. 18% ~ 14.31%,平均为终 获得可燃气体和有的有机溶液。8.45% ;挥发分( Vdaf)为40.4% ~47.2%, 平均实验采用“单- -变量法”,通过反复的实验43. 54% ;全硫(St,d)分为0.66% ~1. 86%,平均从中得到获得可燃气体和液体的最佳实验1. 09% ;发热量(Qr,d)为7710~ 8070 K/g,平均条件。为7889 K/g;平均最大反射率(硅光)为0.531%(1)无催化剂条件下亚临界水对褐煤的气~0.558%,其煤质牌号为长焰煤。化液化;此外,多组实验加入了质量分数为10%左右(2)不同催化剂条件下超临界水对褐煤的气的K0H或KzCO,以便提高煤样的气化率和液化、液化;化率。(3)不同煤粒径条件下超临界水对褐煤的气1.2 实验装置●装置为WFY -2型高压反应釜。(4)无催化剂条件下超临界水对长焰煤的气●工作压力: 30 MPa。●工作温度: 400C(5)不同催化剂条件下超临界水对长焰煤的●反应釜容量:1000 ml气化液化;另外,实验装置还包括监控摄像头、电脑;电(6)不同煤粒径条件下超临界水对长焰煤的子称高目数不锈钢网(1英寸400日)、药匙、橡气化、液化胶管、集气瓶、量杯等。2结果与讨论1.3实验环境:2.1煤种的影响超临界水(压力达到220个大气压、温度达.煤样粒径大小相同.添加相同质量的煤样、到374C时的水)。超临界水具有两个显著的特H中国煤化工界(压力达到220个性:一是具有极强的氧化能力;另- -个特性是可以CN M H G条件下,对比长焰煤和与油等物质混合,具有较广泛的融合能力。褐煤的实验结果可得:(1)使用相同的催化剂,1.4实验的基本思 路相同的煤样粒径,褐煤的转化率高于长焰煤的利用超临界水极强的氧化能力和对非极性有转化率;(2)使用相同的煤样粒径,加入催化剂21第10卷第3期华北科技学院学报2013年7月K0H比加入催化剂K2CO3褐煤和长焰煤的转化374C)条件下,煤样粒径大小对煤气化、液化煤率高;(3)在相同的煤样粒径的前提下,对于褐样转化率及液体转化率的影响见图。可以看出:煤,加入催化剂K2CO3的液化率比加入催化剂对褐煤而言,使用相同的K0H固体催化剂,煤样K0H的液化率高;对于长焰煤,加人催化剂粒径越小,褐煤的转化率越高,若使褐煤的液体转KOH的液化率比加入催化剂K2CO3的液化率化率较高,则煤样粒径越大越好;对长焰煤而言,高;(4)使用同样的催化剂,若使长焰煤和褐煤使用相同的K2CO3固体催化剂,煤样粒径越小,长的液化率较高,则煤样粒径大的效果较好。焰煤的转化率越高,若使长焰煤的液化率较高,则2.2粒径大小的影响煤样粒径越大越好。综上所述,可知:两种煤样粒添加相同质量的煤样、纯净水及固体催化剂径越小,其转化率越高,而其液体转化率反而同在超临界(压力达到220个大气压、温度达到越低。褐煤粒径对转化率的影响长焰煤粒径:对转化率的影响00 r94.4640 |37.66189.4735 -8030.23050 500.9- -2.0mm出2500.9- 2.0mm2.0- 2.8mm尔22.0-2.8mmI 401510.751(205.8550媒样转化率煤样液化率煤样转化率2.3不同种类催化剂的影响相同的水煤比,相同的煤样粒径(0.9 ~煤样粒径大小为0.9~2.0mm,添加相同质2.0mm),同在超临界状态条件下,添加催化剂量的同种煤样、纯净水,同在超临界(压力达到K0H的催化效果比K2CO3要好,更有助于提高220个大气压、温度达到374C)条件下,对煤褐煤的转化率;然而加入催化剂K2CO3的液体转催化气化、液化煤样转化率及液体转化率的影化率比加入催化剂KOH高。对长焰煤而言,响见图。可以看出:添加催化剂比不添加任何KOH的催化效果比K2CO3效果好,表现在煤样催化剂,更能提高煤样转化率和液体转化率,并转化率和液体转化率两个方面。且固体催化剂的作用不容小觑。对褐煤而言,催化剂对褐煤转化率的影响催化剂对长焰煤转化率的影响百分比10050 46.648406(0煤样转化率||0煤样转化率煤样液化率 ]20 I[ 30.4812.78中国煤化工2([HCNMH GKOHK2CO322第3期郑少华等:超临界水对褐煤、长焰煤气化的实验研究3结论性质[J].浙江工业大学学报,2001,(04) :386- 390实验证明了褐煤和长焰煤在超临界水中的气[3] 易海波,王亚明,陈秋玲.煤直接液化催化剂化是可行的,并且煤的转化率、可燃气体的产出量研究进展[J].化工时刊, 2006,(10):52 -55都较高,并得出煤粒径、催化剂( KOH、K,C03)、煤[4] 田新娟,杨平平,李育辉。温度对不同煤直接种对气化的影响规律,对提高褐煤和长焰煤的利液化性能的影响[J].陕西煤炭, 2009,(2):用价值具有重要的意义。4-6就本实验而言,国内超临界水技术已经较为[5] 卫小芳,黄戒介,房倚天.碱金属对褐煤气化成熟,这对褐煤和长焰煤汽化液化技术的研究和反应性的影响[J].煤炭转化,2007 ,30(4):工业生产提供了前提保障。本次实验所需要的条38 -42件相对简单,实验产物产出率较高,主要产物是[6] 宫万福,田松柏,付晓恒.分析技术在煤液化油分析中的应用[J].洁净煤技术, 2004,H2、CH、C2H。、C2H4、CO和有机溶液,气化产(02):47-52生气体燃烧热值高,无污染,燃烧产生的CO2容[7] 田宜灵,冯季军,秦颖,陈丽,房金刚。超临界易捕获,实验废弃物便于处理,不污染环境,有利水的性质及其在化学反应中的应用[J].化学于工业推广。通报, 2002 ,(06) :396 -402参考文献:[8] 孙冰洁,杜新,张荣. 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The experiments aresignificant for lignite to become the high value - added industral fuel by deeply proceessing in theory and practiceKey Words:lignite; long - flame coal ; supercritical water ; gasification; particle size中国煤化工YHCNMHG23

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