昭通褐煤热解与锯末类生物质热解对比实验研究

2005年6月贵州化工第30卷第3期Guizhou Chemical Industry昭通褐煤热解与锯末类生物质热解对比实验研究赵卫东何屏马林转(昆明理工大学电力工程学院,云南昆明,650051)摘要分别介绍了褐煤热解和生物质热解试验得到的-些规律,并在此基础上进行了对比,分析了两者热解特性中的共同点和不同点,提出了褐煤与生物质共热解的可能性,另外需要指出的是在本次研究中使用锯末作为生物质的代表,重点研究热解温度这一影响因素。关键词褐煤生物质热解锯末中国分类号TQ530.2文献标识码A'文章编号 1008- 9411(2005)03 - 0025- 02焦油和热解气。热解温度、升温速率、停留时间、加引言热终温等是决定热解的重要条件。本文重点讨论在云南省褐煤资源丰富,占全国褐煤资源的温度这一重要条件下褐煤和锯末热解产生气体产物12.6%,占全省煤炭资源的66. 55% ,尤以昭通为最的相关规律。多,达80多亿吨,占全省褐煤储量的51.8%。目前1.2实验装置尚未大规模开采利用，该煤种属于软褐煤,其高挥发实验装置包括:热解炉、控温系统、气体冷凝系分、高活性高水分热稳定性差等特点较内蒙、东北统、气体分析系统。其中热解炉采用电流加热，可以褐煤更为突出。对褐煤进行热解是一种提高其利用通过控制电流强弱来改变加热强度从而得到不同的效率的好方法[1。升温速率。控温系统由热电偶、数字显示温度控制煤热解工艺是- -种在相对温和的条件下先将煤仪(型号XMTA- 2001)和交流继电器(CJT1系列)中富氢组分通过热解方式提取出来作为化工原料或组成。气体冷凝系统用循环水进行冷凝。气体分析优质液体燃料,以提高煤利用率的方法。系统主要采用QF1904型气体分析仪分析热解气成生物质包括农作物秸秆、稻壳、林业加工残余分的百分比组成(包括0O2、00、CH、H2、O2)。实物、制糖业蔗渣、造纸业蔗髓橱余、动物粪便等。生验步 骤为:将褐煤或生物质在热解炉中加热热解,得物质是- -种潜在的能源资源,是人类未来能源和化到高 温热解气体和焦油蒸汽进人气体冷凝系统冷凝学原料的重要来源。目前，作为能源利用的生物质得到焦油,最后经过冷凝后得到的热解气进入气体仅为总生物质能量的1%,所生产的能量已占总能分析系统进行气体成分分析。耗的14%。生物质能是太阳能转换和积累的主要2实验用原料形态之一- ,是唯一的既有矿物燃料属性,又可储存、运输,再可生可转换,并较少受到自然条件制约的实验中所用褐煤为昭通褐煤,其工业分析数据能源。生物质能开发利用在我国能源结构中占有举为 :水份11. 14%、挥发份56.24%、灰份16.71% ;其足轻重的地位,农村能耗的80%是生物质能。目元素分析数据为:碳66.49%、氢4.81%、氧前,我国生物质资源大都用于直接燃烧和废弃于农27.03%、氮1.43%、硫0.24%[3]。田,造成这一资源的浪费和环境污染,每年仅生活用实验所用的生物质(锯末)来自昆明市第三木器就烧掉2.7亿吨秸秆和2.8亿吨薪材,由于燃烧效厂 ,其工业分析数据为:水份6. 9%、挥发份88.3%、率低,农村能源短缺问题仍未解决。过量的森林砍灰份1.1%;其元素分析数据为:碳54.9%、氢伐和大量秸秆不能还田,也严重破坏了生态平衡。6.3%、氧38.5%、氮0.3%、硫0.0%。生物质热解制取可燃气体以及焦油是-种十分重要由上面数据可见，昭通褐煤和锯末的挥发份均的生物质能的利用方式2]。较高,进行热解可以得到较多的热解气。氧元素含量较高,这一点决定了两者的发热量较低。对于氢1实验原理和装置元素和氮元素含量,褐煤与锯末区别不大,分别在1.1实验原理5%和1%左右。热解是一种热化学处理技术，在隔绝或少量供3实验结果与 讨论贵州化工2005年6月Guizhou Chemical Industry第30卷第3期将40g锯末和40g褐煤分别进行热解实验,热物的成分组成与热解温度的对应关系。实验条件是解终温为600C ,加热速率为15C /min。加热速率为15C /min,加热终温为400C。表1热解气体流量与温度的对应关系在图1中,0O2的百分含量下降明显, 100C时，温度(C) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600其值最大,接近50% ;00的百分含量在100~300C热解气锯末0.010.010.150.670.930.470.300.200.200.180.17呈下降的趋势,但在400C左右时又出现.上升的趋(L/min)褐煤0.00.000.070.180.600.800. 670.600.600.580. 58流量势,原因可能是,在热解早期热稳定性较差的羧基先释放生成C2和cO,随着氧元素不断被释放出,锯由上表可见，昭通褐煤总体产气流量高于锯末，末中含氧量在不断减少,002和00的产量减小是锯末的热解气流量在250~ 400C之间最大，在正常的,当温度继续升高到400C时，其它的氧才在300C左右达到最大气体流量,这也是锯末类生物质活泼分解之后的二次热解阶段被释放[4。图2中同热解最活跃的温度区间。相较而言,褐煤的热解气样存在这- - 现象和规律。不同之处在于,由于褐煤流量最大值出现在300~ 600C之间,说明褐煤的热含有比锯末较多的固定炭,并且热解活跃区间比锯解最活跃的温度区间比锯末宽,在350C左右达到末推迟50C ,在低温加热阶段,褐煤的热解效果没最大气体流量。锯末和褐煤的热解活跃区间重合度有锯末好,产生很大量的0Or,在100C时甚至超过很小,若将两者简单混合热解,当褐煤开始热解时，了50%。CH和H2的含量在图1和图2中均有上锯末热解已经将近完成,两者达不到热解协同作用。升的趋势 ,在锯末的热解中这一趋势较明显,褐煤在另外从图2也可以看出褐煤在300~ 400热解气低温阶段热解不充分 ,CH4和H2的含量较锯末在同体产物中CO2所占体积百分比很大,其它可燃气体一温度时低。氧气的含量在图1和图2中都很小，成分比重很小，热解效果并不是很好,而在此温度区不到1%,随温度的变化趋势也不明显。间,锯末的热解气体产物中CO、CH、H2所占比重4结论较大,热解效果较好,也就是说,褐煤的有效热解温度区间比锯末类生物质的有效热解温度区间靠后。1)昭通褐煤的工业分析显示其存在很高的挥发3.2温度对气体产 物成分的影响份,适于热解产气;锯末类生物质中存在比褐煤更高的挥发份,直接将之燃烧使用,效率低，将其进行热解,得到气体和液体产物是很好的利用方向。50 |◆2)昭通褐煤和锯末的元素分析表明,它们的氧金40-一氧化碳二氧化碳元素含量很高，这是在热解时产生大量的002和30-甲烷CO的原因。203)锯末和褐煤的热解活跃区间重叠不多,前者10是250~ 400C之间,后者是在300~ 500C之间,若00:00只是将两者简单混合进行共热解,并不会产生明显温度(C)的协同热解作用。圈1锯末热解(体体积成分与热解温度的关系4)考虑到煤存在贫氢的特点,而生物质则是富氢物质,若能将生物质中的氢转移到煤中,从而可以提高煤的热解效果,这就提出了褐煤与生物质共热50 t解问题，前面已经知道锯末类生物质和褐煤的热解区5of.二氧化碳40-一-氧化碳区间并不同,不可以进行简单混合共热解。为了达i 30一到共热解的协同作用,现提出以下设想:其-,寻找催化剂,使生物质和褐煤能够达到同步催化热解,发0t挥二者的协同热解作用;其二,将生物质和褐煤在加400压下进行共热解，因为压强可以使煤的热解反应提前;其三,采用两步法热解工艺，即将生物质先热解，得到热解气体通人褐煤的热解炉内,把生物质热解围2昭通褐煤热解 气体积成分与热解温度的关系的气体产物作为褐煤的热解气氛，从而达到二者的2005年6月，马文起:甲醇生产对环境的污染危害及其防治措施第30卷第3期●43.粗甲醇中间贮槽的闪蒸气中，含有较多的一氧液和生活污水的处理任务。 它采用从德国引进的废化碳和少量的甲醇,经回收作原料气。另外,在开停水生化处理装置,用化学制剂在封闭系统中将废水车时,系统压力低或用惰性气体置换所放出的废气处理,最终产出无害水和无害生物泥，做为农业混合送气柜储存，做电厂锅炉燃料。肥料。甲醇精馏采用双塔,用水做萃取剂。本公司采5对环保问题的思考用的甲醇合成催化剂是铜基催化剂,合成的粗甲醇中杂质总含量小于1% ,而杂质种类高达40多种。环保问题关键是人的观念问题，首先树立环保在精馏过程中,预塔塔顶产出的醚类气等轻组份回观念,采用新技术新工艺新设备。其次用无害介质收送气柜储存。在主精馏塔塔底的釜底残液中含小代替有害介质,大搞技术革新。对于保护环境,这些于1%的甲醇和重组份物质,这些物质和从主精馏措施会更有效。塔侧线采出的杂醇油及化验室废液,--同被送到杂参考文献醇回收装置处理,此装置是本厂设计制造的，回收效果很好,彻底解决了残液的排放问题,还为公司增加1付效玉 .哈尔滨气化厂甲醇分厂岗位操作法. 1993.效益。最终排出的废液送生化装置做进- -步处理。(收稿日期2005-02-20)废水生化处理装置是废水变成无害水的最后一作者简介关,它肩负着对全厂稀酚水喷啉水、泄渠水、甲醇废马文起，1993年毕业于黑龙江省化学工业学校,被分配到哈尔滨气化厂甲醇分厂,从事甲醇生产工作至今。Control Environmental Pollution and Control Measures In theProduction of MethanolMa Wenqi(Methanol Branch of Harbin Gasification Plant, Harbin, Heilongjiang 154854)Abstract: This paper analyzed the hazardous materials and the three wastes, and also abvanced the relativecontrol measures.Key words: Methanol , production, environmental pollution, control measure(上接26页)物进行快速热解,因为在较大的热解速山东理工大学学报,2004, 18(2):33~36率下,两者的分子结构较易被破坏,有可能实现共热3尹承绪. 云南主要褐煤气化、液化特性试验及其工业远景预测报告:14- 15.解。郭崇涛.煤化学.北京:化学工业出版社, 1992.(收稿日期2005 -04-01) :1何屏.加快云南煤炭工业发展的对策昆明理工大学学赵卫东(1980 - ),男,昆明理工大学电力工程学院热能报,1998,23(3):71~762赵俊成,孙立,易维明.在管式炉中生物质热解的机理.工程专业硕士研究生,研究方向:煤的洁净利用。Experiment Study on Pyrolysis of Zhaotong Lignite Comparedwith Pyrolysis of Biomass like SawdustZhao Weidong He Ping Ma Linzhuan(Electrical Engineering Department, Kunming University of Science and Technology , Kunming Yunan,650051)Abstract: In this paper ,some conclusions of pyrolysis of lignite and pyrolysis of biomass were introduced bysome experiments. On the basis of these conclusions , we have also compared them with each other , and analyzedtheir common grounds and differentias, then the possibility of the ∞- pyrolysis of lignite and biomass was putforward. In addition, in this study sawdust was used as the representation of so many kinds of biomass and the