低变质粉煤热解过程研究

2011年第5期广东化工第38卷总第217期www.gdchem.com.79.低变质粉煤热解过程研究马冬妮'，宋永辉'，李亮'，康娟'，惠剑'(1.西安建筑科技大学冶金工程学院陕西省冶金工程技术研究中心，陕西西安710055;2.神木县三江煤化工有限责任公司，陕西榆林713000)摘要]在管式电炉上:研究了贼房沟、 王家沟、孙家防煤热解过程中温度变化对其热解产物收率和性能的影响。研究结果表明，管式炉电加热25 min温度达到500 C左右，热解气体大量析出，月随温度的开高，煤样失重率、煤气收事呈递增趋势，焦油收率基本不变;加热终湖为800C时，除Co外三种煤热解气体成分变化趋势基本-致，这和煤样的组织结构有关。[关键词]热解;温度;收率;低变质粉煤中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编1075851201010079-02The Study of Pyrolysis Process of Low Rank Pulverized CoalMa Dongni , Song Yonghui', Li Liang', Kang Juan', Hui Jian2_(1. School of Metallurgical Engineering, Xi' an University of Architecture and Technology, ShaanxiMetallurgical Engineering Technology Research Center, xi an 710055; 2. Shenmu Provvince Sanjiang，Coal Chemical Industry Limited Liabilty Company,Yulin713000, China)Abstract: The study is about how the changes of temperature afected the yield and charcteritic of pyrolysis product of the Jianfanggou coal, Wanjiagou coaland Sunjiacha coal on tube furmace. The results showed that afer 25 min heating process the temperaure reached 500 C, amount of pyrolysis gas was released. Theweight loss and gas yield increased gradually with accumulation of temperature and the ar yield remained stable basially. The terminate temperature of pyrolysisreached 800 C. Except Co, the trend of changes of the component of other three pyrolysis gas was consisted which afected by the structure of the coal.煤的热解是当前煤炭加工的最主要工艺之一，煤热解过程析出规律。:基础理论及工艺的研究是煤炭气化、焦化及燃烧应用的基础1实验部分，国内外诸多学者对此进行了大量的的研究。目前陕北低变1.1实验原料质煤资源主要采用内热式直立炉生产工艺，其原料主要为实验所用的煤样为陕西神木县的长焰煤，分别为王家沟20-80mm的块煤,实际煤旷生产中,这样的块煤只有30%~40(WJG)、碱房沟(JFG)、 孙家岔(SJC)煤， 原煤经自然干燥后进%, 70 %左右的粉煤不能被有效利用。因此，如何更好的利用行破碎、筛分制取粒度为<5 mm的样品并保存。这一部分资源是未来产业发展中的一个关键问题。文章研究了榆林地区3种煤在管式电炉上程序升温热解，1.2 实验装置结合不同终温的热解升温曲线，探讨了温度对JFG煤热解过实验在 SK2-6-12型的管式电炉上进行，装置连接如图1程的影响，并在终温800 "C的条件下研究了三种煤的热解煤气所示。1.管式电炉; 2-K-型热电偶; 3-石英管: 4.锥形瓶; 5-冷凝循环泵: 6-U型管; 7-煤气分析仪; 8-温控仪图1实验装置连接示意Fig.1 Schematic diagram of experimental setup1.3实验程序及方法度变化进行测定，实验结果如图2所示。准确称量50 g原料煤放入容积为100 mL的石英管中并密从图2中可以看出:当其他实验条件不变，随着加热终温封，置于管式电炉的炉体中，开启电炉加热，随着热解过程的的升高，JFG煤的温度均逐渐升高，开始升温速半较快，到一进行，在一定时间间隔读取温度数据，并利用煤气分析仪(武定时间后升温速率很小，不再发生明显的变化。升温曲线分为汉四方科技的Gasboard-3100P型便携式六组份煤气分析仪)测2个阶段。第一阶段为斜率较大的上升直线，因为热解过程煤定煤气成分，反应结束后称取锥形瓶和U型管的质量，根据中大量挥发份的逸出将带走部分热量。第二阶段为近似水平的差量法计算焦油、兰炭、煤气收率并采用化学分析法对固体产持平线，斜率很小，此时煤料温度已经很高，大部分挥发分已品进行元素分析和工业分析。经基本析出完毕，因此温度波动很小。2结果与讨论2.2终温对热解产品收率的影响2.1终温对低变质煤热解升温的影响随着热解终温的增加，JFG煤的兰炭收率逐渐降低，煤气对JFG煤在不同加热终温600 C, 700 C, 800 C时的温收率逐渐增加，焦油收率变化不大。温度越高，原煤中挥发份析出的越彻底，因此固体产品收率相对降低;另外高温下，挥[收稿日期] 2011-03-18[基金项目]榆林市科技计划项目、 国家“大学生创新性实验计划"项目(91070328)广东化工2011年第5期.80.www. gdchem.com第38卷总第217期发份的二次热解作用较强，导致了气体产品的增加。焦油的析2.3终温对热解产品组成的影响出主要开始在450 C左右，到600 C基本就析出结束，因此焦2.3.1兰炭油收率的变化不大。兰炭产率占原煤70 %左右，是主要的热解产品。随热解终温的增加，兰炭的挥发份显著降低，从600 C的12.22 %降到800 C的3.78 %，这说明600-800 C有大最的挥发份析出;wo[固定碳含量也有所增加，能达到70 %以上;而硫、氮含量则很低。6002.3.2煤气500JFG煤热解过程中H、CH4 Co含朵随热解温度的升高400而增加，其中H2变化最为明显，800 C时这三种成分总和到E 300达63.97%;CO2和烃类气体产物含量较少且随热解温度的升高而略有降低,这主要是由于高温条件下,烃类物质会发生二200次热解，CO2可能会与C发生氧化还原反应生成CO,导致00，2.4煤种对热解气体析出的影响20 3040506070分别取JFG、WJG、SIC 煤各50.0g,热解终温为800 C,..图2 不同终温下JFG煤的升温变化曲线热解过程即时测定煤气成分变化，结果如阁3所示。Fig.2 Heating of JFG coal with dillerent terminate temperatures20-G+SIC。wc:510- W010203040506001020304050600102030405061020304090600102030405060TmetminTmomnTrvnrinTImeinin图3不同煤样热解过程气体成分Fig.3 Gas content in pyrolysisi process of dfferent coals由图3可以看出,三种煤在热解15min前后(约400C)CO而焦油收率则变化不大。同时，兰炭的挥发份显著降低;固定开始大量析出，随着热解温度的增加，SJC煤在30 min(约700碳含量也有所增加，能达到70%以上;而碗、氮含量则很低;C),WJG煤在40min(约800C),JFG煤在45min(约800C)煤气中的H2、CH4、 CO含量随热解温度的升高而增加，其中时热解气中Co含量出现最大值。H2变化最为明显。除CO以外，各煤种热解煤气的逸出规律基三种煤在热解刚开始就有CO2逸出，这可能是原料所吸本一致。从25 min(600 C)开始氢气大量生成，随着温度的升附的气体被释放的结果，随着热解温度的升高CO2的量也增高三种煤的氢气生成量也逐渐增加，三种煤的H2逸出峰几乎加，主要逸出区间为20 40 min(500-800 C)范围，且JFG、SIC、同时在40 min(790 "C)时出现;三种煤的CH4在20-40 min范围WJG的最大析出峰分别出现在23 min(526 C)21 min(521 C)内生成量最大;烃类气体则主要集中在20 -35 min之间，之后和24 min(595 C)。40 min之后JFG和WJG的趋势基本-致，几乎没有烃类气体产生。CO和CO的相对逸出最与煤中氧含SIC的析出量基本为0。最密切相关，同时CO的最大逸出峰集中在25 min左右，而三H2 在25 min(约600 C)之前缓慢析出，从600 C开始大量种煤的CO逸出峰出现的时间有较大的差异。生成，三种煤的H2最高逸出峰几乎同时在40min(约800C)时出现，SJC 煤的热解气中H2含量最高可达到80%，而JFG参考文献煤和WJG煤则只有60%。800 C以前，氢化芳香结构脱氢、([1]王鹏，文芳，步学朋，等.煤热解特性研究[U].煤炭转化，2005, 28(1):煤中C与H2O的反应以及co与HO的反应可生成H2-1,8008-13.C以后，H2主要是热解后期缩聚反应生成的，环数较小的芳[2]Peter R Solomon, Michael A Serio, Eric M. Suuberg. Coal pyrolysis:环变成环数更大的芳环，其结果是伴随着H2的释放。kinetic rateand mechanisms[]. Progress in Energy and格米体的逸出曲线基本相同。三种煤在15 min(约400Combustion Science, 1992， 18(2): 13-220.C)时都开始大量析出烃类气体，在25 min(约600 C)附近达[3]YuJL, John A Lucas, Terry F Wall. Formation of the structure of chars到最大值，随后开始下降，在35 min(约700 C )附近达到最小during devoltilization of pulverized coal and its thermoproperties: A值后不再发生变化，此时甲烷含量要比其他烃类气体的高。review[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2007, 33: 135-170.3结论.随热解温度的增加，总失重在增加,煤气收率也随着增加，(本文文献格式:马冬妮，宋永辉,李亮，等.低变质粉煤热解过程研究(J].广东化工，2011, 38(5): 79-80)(上接第112页)2006，35(6): 371-374.[7]刘浩，林群球，卢红.聚乙烯抗静电性能影响因素的试验研究[].煤暌(本文文献格式:王海平，朱新生.抗静电剂对软包装薄膜应科技，2001, (2): 12-13, 32.[8]刘慧杰，非离子型复合抗静电剂在聚丙烯薄膜中的应用I].当代化工，用性能的影响[J].广东化工，2011, 38(5): 111-112)《广东化工》欢迎投稿 欢迎订阅欢迎刊登广告在线投稿网址: www.gdchem.com, Email:gdcic200@163.com