高变质褐煤的干馏热解试验研究

煤质技术高变质褐媒的干馏热解试验研究赵家云,赵跃武(昆明煤炭科学研究所,云南昆明650041)摘要:分析了云南2种高变质褐煤的基本性质,确定干馏入炉褐煤粒度为6~25mm。采用外热式干馏工艺,对试验褐煤进行热解改质加工研究。结果表明:煤样1和煤样2半焦、煤气、焦油和热解水的平均产率分别为4942%,51.38%;13.20%,15.36%;8.56%,8.10%;24.18%,23.27%。随干馏终温的升高,干煤气产率增加较多,可燃成分CO和CH4降低,H2则反之,2个煤样的煤气热值基本保持在14~15MJ/m3。干馏终温为800℃时,生产的半焦性能较好,且煤样1的热解性能指标明显优于煤样2。煤样1具有低硫、高发热量、高比电阻、气孔发达、反应活性大、灰分及含铝量低等特点,干馏产物可作为电炉冶炼的炭质还原剂;煤样2除灰分偏高外,其余质量指标均与煤样1相似,其半焦可用作水泥、制糖、烤烟等领域的烟煤替代燃料。关键词:高变质褐煤;干馏;热解;半焦;发热量中图分类号:TD849;TQ52文献标识码:A文章编号:1006-6772(2013)03-0046-04Semi-coking experiment on high rank ligniteZHAO Jiayun, ZHAO YuewuKunming Institute of Coal Science, Kunming 650041, ChinaAbstract: Through semi-coking experiments, analyse the basic properties of two kinds of high rank lignite fromYunnan Province. Determine the particle size of lignite in distillation zone range from 6mm to 25 mm. Investigate thepyrolysis characteristics of lignite by extemal heating devolatilization. The results show that, for lignite sample l, theproductive rate of semi-coke, tar, gas and thermal-water reach up to 49. 42 percent, 13. 20 percent, 8 56 percent and24. 18 percent For lignite sample I, they are 51 38 percent, 15. 36 percent, 8. 10 percent, 23 27 percent. Thehigher the end devolatilization temperature, the greater the productive rate of dry gas and H2, while the yield of COand CH4 is just the opposite. The calorific value of gas of these two samples generally remain at 14 M]/m to 15 MI/mAt 800C coking temperature, the characteristics of semi-coke are comparatively good. The devolatilization index ofsample I is much better than that of sample I. The results show that, the semi-coke sample I has a series ofadvantages such as high calorific value, specific resistance, reactivity, well-developed porosity and low sulphur, ashcontent and aluminum-bearing, which can be used as carbon reductant for metallurgical electric furnace. The semicoke sample I has similar quality index as the sample I except higher ash content, and can be substituted forbituminite in the field of cement making, sugar refinery, flue-cured tobaccoKey words: high rank lignite devolatilization; pyrolysis; semi-coke; calorific value收稿日期:2012-12-21责任编辑:白娅娜a YH中国煤化工作者简介赵家云(1959—),男,云南昆明人,1986年毕业于中国矿业大学北京研究CNMHG主要从事煤化工研究工作。引用格式:赵家云赵跃武高变质褥煤的干馏热解试验研究[.洁净煤技术,2013,19(3):46-49洁净煤技术》2013年第19卷第3期煤质技术支核心期刊矿业类核心期刊0引言作为糖厂、水泥厂、烤烟房、民用等领域烟煤、无烟煤的代用品36。高变质褐煤是指变质程度较高,中国褐煤资源丰富,已探明储量1303亿t,占全水分相对较低的褐煤,用其生产半焦具有干馏热效国煤炭储量的13%。云南省褐煤储量占全省煤率髙、煤料来源广及价格低廉等优势,因此,本文选炭储量的77%,且大部分为露天开采3。目前褐煤用云南褐煤进行干馏热解试验研究。的利用途径主要有发电、快速热解、气化、液化、干馏以及作为原料用于提取腐植酸、褐煤蜡和制作炭1原料煤的基本性质质吸附剂等4选用云南的2种高变质褐煤(分别称为煤样1褐煤半焦是褐煤中温干馏的产物,其活性好、和煤样2)作为原料煤,煤样的基本性质见表1比电阻高、气孔发达,是冶金电炉的优质用焦,也可表表12种煤样不同粒级的水分和灰分煤样1煤样2粒级/mm产率/%M/%Ad/%产率/%M/%A.%14.048.5816.1627.475~1315.6211.536.43合计00.0010.22100.14.67表22种煤样工业分析和元素分析样品煤样121.1547.890.84煤样221.132.92表32种煤样热值分析MJ/k3~5℃/min,干馏终温分别以煤样中心温度达到样品Qh600,700,800℃为准;入炉煤样粒度为6~25mm,质煤样119.2720.6l量为750g。煤样218.1615.9517.11焦油收集采用四段冷却加棉过滤器,利用湿式由表1可知,随着煤样粒度的增加,煤样1的灰流量计记录干馏煤气量。分明显降低,煤样2的灰分先降低后增加。由表22.2试验方法可知,2种煤样的M1,Ma差别不大,但煤样1的灰分将合格煤样放入干馏反应器中,通电加热干馏明显低于煤样2,仅是煤样2的42%。由表3可知,煤样,按试验设定的加热速度,用控温仪调节加热煤样1的热值高于煤样2,与煤样的工业分析结果电压。在达到指定的干馏终温后,固定给定电压,相一致。恒温至所需的干馏时间煤干馏热解试验中,灰分将100%残留在半焦成干馏过程中产生的热解气由干馏炉上部导出。品中,从而导致半焦灰分与原煤相比有所增加)。引出的气体产物在通过空气冷却器时,水分和大部因此,为避免半焦灰分过高,干馏入炉褐煤粒度不分重质焦油被冷凝回收。剩余气体产物流经水冷宜过低,根据筛分试验和工业分析确定干馏入炉却器时回收了大部分焦油和少量水分。此后,热解褐煤粒度为6~25mm。气被冰冷却器和冰盐冷却器继续冷却,其所含的轻质焦油被冷凝下来。最后,通过棉过滤器过滤后,2干馏试验用湿式流量让洲取干悴产生的搜气休积干馏过中国煤化2.1试验条件则取煤样的收采用外热式干馏工艺,加热方式为电阻丝加缩率称重NMH的焦油和热热,采用的试验条件为:干馏时间8h,升温速度解水。赵家云等:高变质褐煤的干馏热解试验研究质技术23产品分布及质量分析13.20%,15.36%;8.56%,8.10%;24.18%,23.27%。2.3.1干馏产率在相同的干馏时间内,随着干馏终温的升高,半焦在干馏时间为8h时,测定不同干馏终温下煤产率缓慢下降,且煤样2的产率高于煤样1。干馏样的产率分布,具体见表4。煤气的产率则随温度的升高而增加,600~700℃表4煤样干馏产率分布增量较大,煤样1、煤样2分别增加了2.7%和样品干馏终温/℃半焦煤气焦油热解水总和3.63%。焦油和干馏热解水的产率呈波动变化。焦60050.4010.619.2023.6793.88油平均产率为8.33%,与干馏的正常情况有所偏煤样17049.3313884723:8795.05离”,这是由于在第2,3段冷凝回收焦油时有485315.608.0025.009.13干馏热解水被同时冷凝,这部分油水相互包裹得很60052.4012.4169325.009674紧密,两者密度十分接近难以分离。因此,计量时煤样27005.616.049.092.098.80将其视作煤焦油份额,在实际生产中,煤焦油产率50.1317.638.2722.7398.76约为5%~6%0。由表4可知,煤样1和煤样2半焦、煤气、焦油利用日产GC-9A气相色谱仪对干馏煤气成分和热解水的平均产率分别为49.42%,51.38%;进行分析,结果见表5。表5干馏煤气成分净煤气组成/%样品干馏终温/℃CHaN煤气热值(MJ·m3)干煤气产率/(m3t)32.9220.3512.7531.47142.23煤样130.7516.I314.37220.868001812.8747.965.3912.94264.109324.955.28167.99煤样227.8221.3619.1229.881.80205.9680022.2316.6335.281.5314.81250.45由表5可知随着干馏终温的升高,干煤气产率收缩主要在600-700℃。煤样2的热解性能特增加较多。600~800℃,煤样1和煤样2的干煤气殊收缩率、碎裂度和强度在各干馏终温条件下几产率分别增加了121.87,82.46m3/。净煤气中惰性乎相同,这与原煤的高灰分和岩相特殊有关1组分CO2和N2变化不一,可燃成分CO和CH4随干煤样的热解碎裂与干馏终温无关,由其自身结构、馏终温的升高而降低,H2则反之。两者增减的互补矿物组成和岩相特征决定。干馏终温主要决定半使2个煤样的煤气热值基本保持在14~15M/m3。焦产品的强度,因此选择800℃的干馏终温生产半仅从煤气热值上看,2种煤样均能满足民用煤气的焦较为适宜。热值要求。表6半焦及原煤热解性能2.3.2干馏产物分析干馏终煤样干馏收热解碎裂煤样强半焦强反应器冷却后,测定了煤样的干馏收缩率、热样品温/℃缩率/%度%度%度/%解碎裂度(以干馏产生-6mm小颗粒半焦的质量分43.2017.73数为准)。按照非标准化方法对原煤和半焦的强度煤样11010.54进行测定,测定方法为:将50g煤样置于50r/min特制转鼓中转动3min,然后用+6mm筛上物的质34.2326.46量分数表示其强度。半焦干馏热解性能分析见表煤样27002225886。由表6可知,煤样1的热解性能指标明显优于煤V中国煤化工样2。与半焦强度相比,原煤强度较高,随干馏终温试验分CNMHG,2个煤样半的升高,煤样1的半焦强度逐渐增加,碎裂变化不焦的硫磷、比电阻和灰成分,结果见表7、表8洁净煤技术》2013年第19卷第3期煤质技术中国科技核心期刊矿业类核心期刊表7半焦工业分析和比电阻工业分析/%样品干馏终温/℃S1d/%P/%发热量/(M·kg)比电阻/(m0.5215.385.7579.34煤样10.3415.73.9580.688000.3715.342.4482.290.850.0129.190.4229.399.5063.63煤样20.5430.167.4364.308000.3132.725.4663.411.90.0523.8312930表8800℃千馏终温半焦的灰成分样品Fe203A,O3MgOTi煤样1半焦43.509.4416.934.142.070.90l1.18煤样2半焦8.1520.211.550.7615.25由表7可知,煤样1的800℃半焦灰分仅为15.34%,煤样2的半焦灰分为32.72%,约为煤样l参考文献:的2倍。作为焦炭产品,其挥发分应越低越好,普遍[1]贾立杰中国褐煤煤业可持续发展研究[J洁净煤技在2%左右,褐煤半焦可稍高,因此,确定干馏终温术,2003,9(4):5-7,11为800℃时生产的半焦较为合适,与表6的结论[2]赵永飞,李建新,葛风中国褐煤加工利用浅谈[J].洁致。煤样2的800℃半焦比电阻比煤样1高出了净煤技术,2009,15(6):42-448509mm2/m,其余指标均不及煤样1半焦,但与原[3]尹承绪用先锋优质褐煤制取活性炭的研究[J].煤炭煤相比,煤样2半焦的FC。增加了38.43%,水分转化,1995,18(1):88-93.[4]夏浩,刘全润,马名杰褐煤提质技术现状[J].洁净煤挥发分大大降低,热值升高技术,2010,16(4):56-58由表8可知,煤样1半焦的Al2O3含量较低,[5]戴和武,谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业SiO2和Fe2O3含量较高,用作冶金电炉还原剂时,对出版社,1999冶炼硅铁有利。煤样2的Al2O3相对含量较高SiO2[6]张旭辉刘振强,苗文华,等,中国褐煤在活性焦制备和Fe2O3相对含量较低,半焦可用作水泥,制糖、烤及应用方面的发展前景[J].洁净煤技术,2011,17烟等领域的烟煤替代燃料。(1):59-61综上所述,煤样1比煤样2更适于干馏热解改7]关梦嫔,张双全.煤化学实验[M」.徐州:中国矿业大质加工,且效果明显。学出版社,1993.[8]李建锁优化炼焦配煤技术的探讨[J.洁净煤技术3结论2004,10(4):45-481)通过试验确定煤样1比煤样2更适于干馏热[9]程达杜铭华,胡进中国炼焦工业与洁净煤技术[J]解改质加工,且效果明显。干馏人炉褐煤粒度以洁净煤技术,1996,2(4):32-356~25mm为佳;干馏终温为800℃时生产的半焦性10]许晓海炼焦化工实用手册[M].北京:冶金工业出版社,1999能较好。[11]张德祥.煤化工工艺学[M].北京:煤炭工业出版2)煤样1具有低硫、高发热量、高比电阻、气孔社,1999发达反应活性大灰分及含铝量低等特点;干馏产[12]郭领军,李贺军,付业伟,等工艺因素影响焦炭颗粒物可作为电炉冶炼的炭质还原剂。煤样2除灰分偏耐压强中国煤化工2025):5-9高外,其余质量指标均与煤样1相似;干馏产物属褐[13]邱介山CNMHG炭化活化法生煤的改质,最好用于水泥烧成、制糖、烤烟和民用等产活性灰小.人理⊥字阮子报,1989,29(3)领域。283-288赵家云等:高变质褐煤的干馏热解试验研究