低温氧化破粘对煤炭地下气化热解特性的影响

转化利册低温氧化破粘对煤炭地下气化热解特性的影响焦子阳,刘丽丽,李冬阳,梁杰(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:粘结性烟煤在地下气化过程中容易造成通道堵塞,气流分布不均匀进而导致地下气化过程环境的恶化,使气化反应停止。粘结特性在热解过程中表现得尤为突出,研究了低温氧化破粘的方法对地下气化热解特性的影响。结果表明随着氧化时间的增加,最大失重速率降低,煤气中H2 ,CH,体积分数以及热值在部分热解温度区间均低于原煤,从而增加了煤炭地下气化热解惰性。关键词:煤炭地下气化;低温氧化;破粘;热解中图分类号:TD841 ;TQ546文献标识码:A文章编号:1006 -6772(2011 )05-0028-03无论是煤的地面气化还是地下气化,热解过程烟煤软化熔融,析出胶质体，随着反应温度的提高，在地面气化固定床中还是在地下气化过程中，煤的开始析出可燃性气体如H2,CH,,在450C时焦油的热解对产品气的组成有很大影响"。气化反应开析出量最大),同时有烃类气体析出,550 C左右形始，即煤燃烧之前，首先是煤层受到热产品气的干成半焦,550C以后半焦开始收缩形成焦,干馏区的馏,释放出来的气体随气流移动到出气口。煤层在热分解产物对煤炭地下气化过程中产品气质量的经过煤的燃烧后进人还原区,由于还原区发生的是提高非常重要。对于烟煤破粘处理后的热解行为吸热反应,所以随着反应的进行,后面的煤层温度研究较少,笔者以地下气化的热解升温速度研究了逐渐降低,最后干馏区的温度约为200~600C[2),低温氧化破粘对地下气化热解反应的影响。该区域中煤层被干馏,并释放出CH,等可燃气体，1实验部分由于气流的移动方向与火焰的扩展方向一致,干馏反应得以持续进行。同地面气化的干馏过程- -样,1.1 煤样烟煤的地下气化干馏过程发生在300 C以上,首先采用的煤样是鸡西烟煤,煤样分析见表1和表2。表1工业分析和元素分析%工业分析元素分析MuV。IdFC。w(Cau)w(Hsx)w(Oar)w(Nux)w(Sax)1. 2926. 8021.0152. 1984.935.367.501.370.84 .表2奥亚膨胀度和粘结 指数软化温度1/9C .开始膨胀温度u2/C .固化温度1:/心最大收缩度a/%最大膨胀度b/%粘结指数G7341830277收稿日期:2011-05-12责任编辑:孙淑君作者简介:焦子阳(1985- -) ,男,山西忻州人,中国矿业大学(北京)化学工艺专业2008级在读硕士研究生,研究方向为洁净煤技术。28《洁净媒技术>2011年第17卷第5期转化利用中国科技核心期刊全国中文核心期刊矿业类核心期刊J1.2氧化煤样的制备表3不同氧化时间下破粘后热重分析值氧化煤样的制备是利用140 C、流量为2.5 m'/h时间/最大失重最大失重速嘟/600 C终温的热空气通过恒温管式固定床反应器进行氧化,煤in温度/心(% . min-!)剩余最/%样粒度为2~5 mm,制备出氧化时间分别为100,0(原煤)440.070. 761875.39640,2920min的氧化煤样,粘结指数G分别为66,439. 440. 640976. 48.2920444, 460.473878. 3729 ,0。1.3 热重实验从图1、图2和表3可以看出,随着破粘时间的增为了研究破粘对地下气化热解特性的影响,首先加,煤样在地下气化热解过程中,最大失重温度变化不进行了热重实验。实验所用仪器为Thermnal Analysis大,但是最大失重速率由原煤的0. 7618 %/min降至公司Q50TCA热重分析仪;热重分析条件:煤样质量0.4738 %/min,降低了37. 8% ;同时在终温600 C，约10 mg,粒径小于0.074 mm。起始温度为室温,终剩余物的百分含量在不断增加,因此破粘对地下气温600 C ,地下气化特有的升温速度3.3 C/min,热化热解的影响是增加了煤的热解惰性,使煤样中的重保护气N2,流量40 mL/min,反应气人口处通人流挥发性物质不易最终析出。速为60 ml/ min的N2 ,压力均为常压。2.2热解分析1.4热解实验600C前H2体积分数变化如图3所示。将原煤和氧化煤样磨碎到粒度为0.5~1 mm,8r +0 min在箱式气氛炉中进行热解,以地下气化特有的升温女100 minR6-士640min速度3.3 C/min进行热解反应,终温为900 C,并+ 2920 min64在200 ,300 ,400 ,500 ,600 C均收集气体并进入色谱进行检测。2实验结果与讨论00300温度/C5006002.1 热重分析图3600 C前H2体积分数变化不同氧化时间下破粘煤样TG和DTG曲线如图由图3可以看出,在地下气化热解过程中随着1和图2所示。不同时间下破粘后热重分析结果见热解温度的升高，H2体积分数均在增加,但是经过表3。.不同时间低温氧化处理后的煤样,热解煤气中的H21.00体积分数有所不同,其中在热解温度550~600C之0.952920 min间,随着破粘处理时间的增加,在相同的热解温度, 0.90下H2溢出的体积分数均呈现出低于原煤的趋势,; 0.85、 640.min这可能与破粘过程中煤中H元素受到0元素的攻原煤‘0.75击有关。100200300400500600700600C前CH,体积分数变化如图4所示。12p。0min+ 100mir图1不同氧化时间下破粘煤样 TG曲线。640 min，2920 min0.8-640min /原煤80.4-6o图4600 C前CH,体积分数变化50时间/min100150200由图4可以看出,随着热解温度的增加,在600图2 不同氧化时间下破粘煤样DTG曲线C之前,不同时间破粘处理后煤样的地下气化热解焦子阳等:低温氧化破粘对煤炭地下气化热解特性的影响29转化利用气体CH,的析出体积分数随热解温度的增加而增600 C前热值的变化如图7所示。加。经过2920min破粘处理后煤样的CH,析出体5024p● 0mir积分数增加速度在500 C之后有所降低,并且随着-4187- t 100 min破粘时间的增加，热解温度为550~600C时,析出E 33494干2920 minCH,体积分数呈现出一定的下降趋势,这与破粘过B2512|程中的H元素受到氧的攻击转化有关。1675600C前CO体积分数变化如图5所示。37-200300 400 500 6000.Sp 毋0 min◆100 min温度/C80.4 士640 min菜0.3-，2920 min圉7600 C前热值的变化置0.24由图7可以看出,随着热解温度的升高,在热解8o温度600 C之前，地下气化热解析出气体的热值增加。随着氧化时间的增加,600C热解温度下析出0030500 600 ;气体的热值有降低的趋势,这可能与低温氧化过程中的H元素被0元素取代使析出的热解气体中图5600 C前CO体积分数变化由图5可以看出随着热解温度的升高,整个地CH4和H2体积分数有所降低,CO2体积分数增加有下气化热解过程中析出CO的体积分数有增加的趋关。所以低温氧化破粘过程中，随着氧化时间的增势,并且不同低温氧化时间下的煤样在热解温度加,地下气化热解析出气体的热值在较高热解温度400~ 600 C析出CO体积分数不同。其中经过2920区域有下降的趋势,这对于整个煤气品质有不利min破粘处理的煤样在一定的热解温度范围内析出影响。CO体积分数要高于其他煤样,并且在热解温度6003结论C时,随着破粘时间的增加,析出的CO体积分数也(1)随着低温氧化时间的增加，煤样在地下气在增加。说明与原煤相比,破粘处理后煤样在煤炭地下气化热解过程中析出CO的体积分数有增加的化热解过程中,最大失重温度变化不大,最大失重趋势,这对于调节H2和CO的比值有一-定的意义，速率降低,600 C的剩余产物增加。(2)对于不同时间氧化的煤样在地下气化热解同时利于热值的增加。600C前CO,体积分数变化如图6所示。过程中气体产物的体积分数随着热解温度的增加而增加,热解气体产物中的CH4,H2体积分数在热1.4p毋0min。1.2-。100 min解温度为550~600C时随着煤样低温氧化时间的1.0f→640 min增加,表现出均低于原煤的趋势,CO和CO2的体积o0 + 2920 min分数并没有表现出规律性的变化。。0.6-80.4(3)随着低温氧化时间的增加，煤样地下气化过程中热解温度为600C时,煤气的热值有降低的趋势。图6600 C前CO2体积分数变化参考文献:由图6可以看出随着热解温度的升高,煤炭地[1] 埃利奥特.煤利用化学(下册)[M].徐晓,范辅弼,高下气化热解气体CO2析出的体积分数增加。随着建辉译.北京:化学工业出版社,1991.低温氧化时间的增加在相同温度下析出的CO2体[2] 张双全，吴国光煤化学[M].徐州:中国矿业大学出积分数也不相同,其中经过2920min低温氧化后的版社,2004.煤样在相同的温度下析出CO2的体积分数相对较[3] 梁杰煤炭地下气化过程稳定性及控制技术[M].徐高，这可能与煤经过氧化处理之后其中含氧官能团州:中国矿业大学出版社,2002.的增加有关。.(下转第69页)《洁净煤技术)2011年第17卷第5期煤炭燃烧. 中国科技核心期刊全国中文核心期刊矿业类核心期刊J[4] Appleton. J., Colder R. I, Kingman S. w.,et al.[J]. Fuel 2000,79<7):733-742.Microwave technology for energy-ficient processing of[8] M. Ben Chanaa, M. Lallemant, A. Mokhisse. Pyrolysis ofwaste[J]. Applied Energy ,2005 ,81(1) :85-113.Timahdit , Morocco , oil shales under microwave field[J].[5] Zahid Hussain, Khalid Mohamned Khan, Khadim Hussain.Fuel, 1994,73( 10) :1643-1649.Microwave metal interaction pyrolysis of polystyrene[J]. .[9]王擎,桓现坤,刘洪鹏,等.桦甸油页岩的微波干馏特Journal of Analyical and Applied Pyrolysis, 2010, 89性[J].化工学报,2008 ,59(5) :1288 -1293.(1):39-43.[6]薛华庆,李术元，齐永丽，等.窑街油页岩热解动力学[10]金钦汉. 微波化学[ M].北京:科学出版社, 199:13.9研究[J].内蒙古石油化工,2009(2) :98-100.[11] Hayashi J,Mizuta H, Kusakabe K,et al. Flash Copyrolysis7] K. EI harfi, A. Moklisse, M. B. Chanaa. Pyrolysis ofof Coal and Polyolefin[J]. Energy and Fueles, 1994,8Moroccan( Tarfaya) oil shales under microwave iradiaion(6):1353-1359.Influence of microwave power on pyrolysis of oil shaleSHE Jian mei ,SONG Yong hui , LAN Xin zhe , ZHAO Xi-cheng, Fu Jian-ping(Shaanxi Proince Meallurgical Engineering and Technology Research Centre ,School of Meallurgical Eninering,Xian University of Architecture and Technology ,Xian 710055 , China)Abstract: The pyrolysis of Gansu oil shale under the microwave irradiation was investigated. The warming feature ofoil shale and the influence of microwave power on the yield and components of shale oil, semi-coke , pyrolysis gaswere studied. The results show that the final temperature of oil shale is above 800 C , the components of pyrolysisgas are different under different microwave power , the effective components (H2+ CH4+ CO) is up to 55% at 480W ,the yield of semi-coke decrease by increasing microwave power and oil shale yield increase at the beginning thendecrease, which is up to the maximum of 13. 5% at 480 W. While the yield of pyrolysis gas increase by increasingmicrowave power and accumulate to 10% at 480 W.Key words :oil shale ;microwave power;temperature rise feature ; pyrolysis(.上接第30页)Effect of low-temperature oxidation decaking on characteristic ofunderground coal gasification pyrolysisJIAO Zi-yang, LIU Li-li, U Dong-yang,LIANG Jie(School of Chemical and Enironmental Enginering,China Unirersity of Mining and Tehnology( Bejing) Beijng 10083 ,China)Abstract: Underground gasification of caking bituminous coal may block the gasification channel, 80 the gas flowdistribution is disrupted ,it destroys the gasification reaction condition even ceases the reaction. Caking characteristicin pyrolysis process is performed well. The efect of oxidation decaking at low temperature on characteristics ofunderground coal gasification pyrolysis is studied. The results show that as oxidation time increasing, the maximumweight loss rate decreases , H2 and CH, volume fraction , heat value is lower than those of raw coal in some part rangeof the pyrolysis temperature. So this method makes the inertia of underground coal gasification pyrolysis increase.Key words:underground coal gasification ;low-temperature oxidation;dacaking; pyrolysis折建梅等:微波功率对油页岩热解的影响