稻壳与煤的共热解特性

2011年第4期中国农机化No.4,2011总第236期Chinese Agricultural MechanizationTotal No 236稻壳与煤的共热解特性宋利强1,周敏1,孟磊2,胡长娥',雷佳莉1,贺国章',魏江红(1.中国矿业大学化工学院,江苏徐州,22008;2.中国中煤能源股份有限公司新疆分公司,乌鲁木齐市,83001)摘要:利用热重分析仪,对煤(原煤、脱灰煤)和稻壳分别单独及按不同比例混合热解进行了热重实验。结果表明:稻壳对煤的热解有一定的促进作用,随着稻壳添加量的增加,煤热解高峰区向低温区移动,但这种趋势逐渐减小,且对原煤的促进作用较脱灰煤明显。通过相同配比时不同升温速率的对比实验,得出升温速率增大会使热解所需温度升高和半焦产率增加。由于煤与稻壳热解温度区间基本不重叠,其共热解时不存在协同效应关键词:煤;稻壳;协同效应;共热解中图分类号:S216文献标识码:Adol:10.3969/sn.1006-7205.2011.04029宋利强,周敏,孟磊,胡长娥,雷佳莉,贺国章,魏江红稻壳与煤的共热解特性U中国农机化,201,(4)=114-118SONG Li-qiang. ZHOU Min, MENG Lei, HU Chang-e, LEI Jia-li, HE Guo-zhang, WEI Jiang-hong Co-pyrolysis characteristicsof rice hall and coal [J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2011, (4): 114-1180引言并没有使生物质的转化率明显提高;廖洪强等6在煤与焦炉气共热解体系中加人了少量废塑料,结果随着石油资源的日益短缺,能源在当今世界发展表明废塑料也能起到与富氢气体相同的作用中的地位越来越重要,近年来世界各国都加大了对能“增油降水”。源研究开发的力度。生物质则是一种可再生能源,其每生物质作为可再生资源,如果生物质能作为煤年的产量十分可观,对我国一次能源的贡献约为热解的供氢剂,则必将为煤与生物质的高效清洁利33%。目前,生物质的利用多是以农村的直接燃烧方用带来一场革命。世界各国针对煤与生物质共热解式为主,能量利用率极低,且对环境的污染较严重。为的研究较多,但研究结果与观点并不一致,有些学此,使生物质资源得到高效清洁利用成为各国学者研者认为煤与生物质共热解时存在协同效应90究的热点有些学者的观点则相反[1.。原因可能是实验由于煤结构的复杂性,煤的热解转化率较低,热原料和条件的不同,产生了不同的结论。本实验选解所得焦油量少,且其中重质组分含量较高叫。因用贵州无烟煤(YM)及其经过浮沉而得到的脱灰煤此,对煤的热解的研究多是加氢热解,李保庆的研(TM)和稻壳(R)为实验原料,通过其不同配比和不究表明,煤在氢气气氛下的热解转化率大大增加,焦同的升温速率,研究其共热解的影响因素和协同油收率及焦油中的BTX、PCX和萘类含量均有明显效应。增加。廖洪强等闆的研究表明,煤在富含氢的焦炉气气氛下热解,也能提高热解转化率,增加焦油及实验部分BTX、PCX和萘类的收率,即若能在煤热解的同时提实验采用 NETZSCH-STA409C型热重分析仪供外部的氢源,将有利于煤的热解。而李文等通过测试条件为:样品质量10±0.1mg,氮气气氛,流速对生物质在H2和N2气氛下的热解表明,加氢热解100ml/min,以20°/min升温至1000℃。通过与仪器链收稿日期:2010年12月13日修回日期:2011年3月8日宋利强,男,1986年生,河北邯郸人,中国矿业大学化工学院硕士研究生;研究方向为生物质与煤的综合利用周敏,男,1963年生安徽巢湖人,硕土,中国矿业大学教授硕土生导师;研孟磊,男,1983年生,安徽萧县人,硕士,中国矿业大学;研究方向为煤炭转中国煤化工胡长娥,女,1989年生,河南南阳人,中国矿业大学硕士研究生;研究方向CNMHG雷佳莉,女,1986年生,河北冀州人,中国矿业大学硕士研究生;研究方向为煤用贺国章,男,1987年生,湖南岳阳人,中国矿业大学硕士研究生;研究方向为煤的综合洁净利用。魏江红,男,1985年生,内蒙古乌兰察布人,中国矿业大学硕士研究生;研究方向为煤的综合洁净利用。第4期宋利强等:稻壳与煤的共热解特性接的计算机每隔2℃采集数据。实验样品的制备方法是破碎至02mm下的煤与实验用煤样为贵州无烟煤及其经过浮沉实验得到稻壳分别按质量比9l8:2、7:3均匀混合,分别压制成的脱灰煤,生物质样采用稻壳,粒度均小于02mm。样型后再破碎至03-06mm备用。实验样品按表2方案品的性质分析如表1所示配比表1煤样和稻壳样的性质分析%)元素分析样品O10.5786072.541141219479153.350.716763.1129314.6740.713.3757.750.55注:M』空气干燥基水分含量;v4干燥无灰基挥发份含量;A干燥基灰分含量;FC干燥无灰基国定炭含量;C一空气干燥基炭含量;H。一空气干燥基氨含量;Oa空气干燥基氧含量;N空气干燥基氮含量;S-空气干燥基全硫含量。表2实验样品样品编号样品样品编号样品YM/R 9: 1TM/R 9:1YM/RTM/R 8: 20∞0000000Y3YM/R 7: 3TTM/R 7: 32实验结果与讨论2.1煤与稻壳单独热解图1稻壳 TG/DTG曲线图1和图2分别为稻壳与煤单独热解时的TG和DTG曲线图。通过两图的比较可以看出,较之稻壳的热解,无烟煤的热解起始温度L较高,与稻壳的热解温m0g%度区间基本不重合;且无烟煤的热解过程更为复杂,随着温度的升高,无烟煤相继脱除水分和空隙中气体(室温到350-400℃);以解聚和分解反应为主的一次气体(400~550℃);缩聚反应产生的气体和矿物质的分解气体(550-1000℃),又称二次脱气表3表示稻壳、脱灰煤、原煤单独热解的所有热解特性参数,包括挥发分开始析出温度t,热解终止温度t,终止温度设定为转化率达到85%的温度点。最大热解速度对应的温度t和最大失重速率Rn,C表示半焦图2原煤与脱灰煤的TG/DTG曲线的量。表3稻壳、脱灰煤、原煤单独热解特性参数L和L一定程度上反映了物质热解的难易程度叫,样品比较表3中L和t值可知,低水份、低挥发份的无烟煤热解所需温度较高,热解温度区间大,由于无烟煤中国煤化工-1264204中矿物质含量相对于脱灰煤较高,热解起始温度有所YHCNMHG降低,热解相对容易,这可能是其中某些矿物质作用的结果。YM51939246473-0798345中国农机化2011年22煤与稻壳共热解实验值与理论值的差值有增大的趋势,分析可能是稻图3是煤与稻壳按不同配比混合后进行热重壳的作用所致。一方面稻壳对煤的热解有促进作用,从实验所得的TG/DTG曲线图。从图3(a)中可以看而使得实验值小于理论值(如Y,T,T);另一方面,稻出,在相同失重率时,随着稻壳添加量的增加,TG壳热解过程的产物可能会覆盖煤的表面或堵塞煤的空曲线向低温区移动,这可能是由协同效应引起的,隙,从而阻碍了煤的热解,使得理论值小于实验值(如但这种趋势逐渐减小;在相同配比时,原煤的TGYY。但这些差值均在5%以内,不足以说明存在明曲线较之脱灰煤向低温区移动,这种趋势也在减显的协同效应。从图3可以看出T和T基本无差小,这可能是由于协同效应掩盖了原煤中矿物质对异,分析可能是添加的稻壳充当了脱灰煤中脱除的矿热解反应的影响。从图3(b)中看出随着稻壳添加量物质所起的作用。的增加,DTG曲线的最大峰值也增大,这是由于105400℃之前主要是稻壳的热解,且原煤的最大失重峰大于脱灰煤的。105总80g80(a)原煤的TG实测值与理论值a)TG曲线15e-20T℃25T2b)脱灰煤的TG实测值与理论值图4TG的实测值与理论值图45表4是煤与稻壳按不同比例混合热解的特性参数,其中半焦产率理论值由下式计算:b)DTG曲线Cr=C *(1-P+C *P图3煤与稻壳共热解 TG/DTG曲线其中:C—煤的半焦产率;图4是煤与稻壳共热解的TG曲线和理论计算C——稻壳半焦产率;值的比较图,其理论计算值是假设煤与稻壳在共热中国煤化工解时互不影响,由单独煤与稻壳的TG与其所占比出,稻壳的添加使例的乘积加和而得。从图中可以看出,在400℃(即煤煤LCNMHG增加这种作用有所开始热解)之前,其实验值与理论值基本是一样的;下降。这是由于:一方面稻壳热解后残留的碱金属对煤随着温度的升高,原煤与稻壳混合共热解的TG的热解有一定的促进作用,且稻壳作为外部氢源,起到了第4期宋利强等:稻壳与煤的共热解特性17定的供氢作用;另一方面,在煤热解之前,稻壳的软min计算得来的,故并不能说明是协同效应使得差值化熔融可能会堵塞煤中的空隙,从而不利于煤挥发份增大。的逸出。表中热解半焦产率实验值与理论计算值虽出3结论现差异,但差异均在5%以内,不足以说明协同效应的存在。1)煤与稻壳共热解时,随着稻壳添加比例的增加表4煤与稻壳共热解特性参数热解起始温度L和最大失重率Rn逐渐增大,而热解终温逐渐降低。R样品C CT(%/min)(%)(%)2)由于煤与稻壳的热解区间基本不存在交集,因此煤与稻壳共热解时没有明显的协同效应。Y1280.78803505630-13474.357.15为此,可以在稻壳热解气气氛作用下,对煤进行热Y229138583528/600-275721270重分析以检验其协同效应的存在;或在升温速率较快的自由落下床反应器中进行,以减小升温时间的Y,291.68423518/582-398657064.54影响。3)增大升温速率会使失重速率峰明显增大,但失T128298883525/60-1.3079.738145重曲线向高温区移动,半焦产率也增大T229138763514563-25971.1574.667289484349754-3806926788(马林转,何屏,王华媒与生物质的热解①贵州化工,200,29(1):20~2323升温速率对共热解的影响2]李保庆,煤加氢热解研究I宁夏灵武煤加氢热解的研究燃料化学学报,1995,23(1):57~60.3]廖洪强,李保庆,张碧江.煤一焦炉气共热解特性研究Ⅳ甲烷和一氧化碳对热解的影响燃料化学学报,1998,26(1Awx--0.13~17l.0[4] Hongqiang Liao, Baoqing Li and Bijiang Zhang. Co-pyrolysisY2Dof coal with hydrogen-rich gases [J]. Coal pyrolysis undercoke-oven gas and synthesis gas, Fuel, 1998, 77: 8475]李文,李保庆,孙成功,等.生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究[J.燃料化学学报,1996,24(4)T℃图5不同升温速率共热解的 TG/DTG曲线间6]廖洪强,李保庆,张碧江,煤一焦炉气共热解特性及其增油减图5是添加20%稻壳,升温速率分别为20°℃/mi水方法研究煤炭转化,1998,21(3):55-58和30/min的共热解T/DTG曲线。从图5中可以看 H Haykin-Acma, S Yaman. Interaction between biomass and出,随着升温速率的增大,失重速率峰明显增大,失重速率最大处的温度(m)和最大失重速率(R)均有所提2010,35:288-292高,失重曲线向高温侧移动,即在相同的失重量下,所8] GuoKai, Li Weizhen, Wang Liqun, Song Xu.Co- pyrolysis需的热解温度和热量越高。在相同的温度下,升温速率reaction and interaction effects of coal-biomass (com stalk)越小,热解越充分,余量也越小,最后的半焦产率越小blends [ Journal of Zhengzhou University of Light Industry即热解转化率越高。分析原因可能是:一方面升温速率(Natural Science ) 2008, 23: 77-80的增加会使颗粒较快的达到所需热解温度,有利于热9WangWen Fang, Bian Wen, Deng Yiying. Study on解;但另一方面,升温速率的增加还会使额粒间受热不VT凵中国煤化工mMm"cm均,温差增大,这又可能给热解带来不利影响。图5中CNMHG升温速率为30℃/min时的TG(Y2(3o℃/min)明显大于[ o Wu Hongxiang, Li haibin, Zhao Zengli. Thermogravimetrie理论值(Y(T),其原因是理论值是按升温速率为20℃/pyrolytic kinetic study on coal/ biomass blends [].中国农机化201l年Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2009, 37: 538- 418.[13]H B Vuthaluru. Thermal behaviour of coalbiomass blends[11] Siti Shawalliah Idris, Norazah Abd Rahman, Khudziruring co-pyrolysis [J]. Fuel Processing Technology, 2003, 85:Ismail, et al. Investigation on thermochemical behaviour141-155of low rank Malaysian coal, oil palm biomass and their [14] Ying Gangpan, EnriqueVelo, Lais Puigjaner. Pyrolysis ofblends during pyrolysis via thermogravimetric analysisbiomass with poor coals [] Fuel, 1996, 75: 412-418.(TGA)[J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 4584- [15] M J lazaro, R moliner, I Suelves. Non-isothermal versusisothermal technique to evaluate kinetic parameters of coal[12] Ying Gang Pan, Enrique Velo, Luis Puigjaner. Pyrolysis ofpyrolysis []. Joural of Analytical and Applied Pyrolysis, 1998,blends of biomass with poor coals [] Fuel, 1996, 75: 41247:Ill-125.Co-pyrolysis Characteristics of Rice Hall and CoalSONG Li-qiang ZHOU Min, MENG Lei, HU Chang-e1, LEI Jia-li, HE Guo-zhang, WEI Jiang-hong(1. Key Laboratory of Coal Processing and Efficient Utilization, School of Chemical Engineering TechnologyChina University of Mining Technology, Xuzhou, 221008, Jiangsu, China2. China Coal Energy Company Limited Xinjiang Branch, Urumqi, 830011, Xinjiang, China)Abstract:The pyrolysis characteristics of coal (raw anthracite and De-ash anthracite)mixed with rice hall in different propor-tions was studied with a thermogravimetric analyzer. The result shows that the rice hall can do favor to the pyrolysis process ofcoal by reducing the temperature of coal pyrolysis, but this effect would be mitigated with the biomass increased And this phe-nomenon of raw anthracite is clearer than that of De-ash anthracite, The compared trial in different heating rates was done atthe same proportion, and testified that both the temperature of the co-pyrolysis and the yield of char increased. The synergeticeffect between coals and rice hall during co-pyrolysist apparent because there is no intersect between the temperatures ofKeywords: coal; rice hall; synergetic effect; co-pyrolys(上接第113页)Application of Data Fusion in Monitoring EnvironmentI Heng- can, LI Quan-cai(School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resourcesand electric Power, Zhengzhou, 450011, China)Abstract: Introduced the principles of data fusion, self-adaptive weighting algorithm and D-S evidential reasoning algorithm, a methodwhich combines self-adaptive weighting algorithm with D-S evidential reasoning algorithm is used. a distributed multi-sensor architectureand two-level fusion model for environment monitoring is presented. By fusi中国煤化工吗 e house of raising, analyzed environmental change. This method overcomes uncertainty and instabilitycates that this method im-proves the accuracy of the detection of environment.YHCNMHGKeywords: data fusion; monitoring environment; self-adaptive weighting algorithm; D-S evidential reasoning algorithm