第21卷第1期礦冶Vol. 21, No. 12012年3月mining metallurgyMarch 2012章編號:10057854(2012)01-005604昭通褐煤熱解特性的研究劉云亮陳雯沈強華陰樹標何云龍王勇(昆明理工大學冶金與能源工程學院,昆明650093)摘要:針對昭通褐煤進行熱解實驗研究,得到了升溫速率和熱解溫度對褐煤熱解煤氣成分、煤氣熱值和產(chǎn)氣率的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著熱解溫度的升高煤氣中的CO2含量明顯減少,H2和CO的含量逐漸增多,CH4的含量先增加后減少,煤氣熱值和煤氣產(chǎn)率提高;同熱解溫度下,隨著升溫速率提高煤氣中的CO2含量逐漸減少,CO含量逐漸增多,CH4含量逐漸減少,對H2含量的影響不大,熱解煤氣熱值和產(chǎn)量均有所增多,增加幅度都是由大變小。實驗階段獲得的最高熱值工藝條件為;熱解溫度是650℃,升溫速率是15℃/min,煤氣低熱值為927MJ/m3。關鍵詞:褐煤;熱解;熱解煤氣;熱值中圖分類號:TQs34文獻標識碼:Ado:10.3969/Jisn.10057854.2012.01.016STUDY ON PYROLYSIS CHARACTER OF LIGNITE IN ZHAOTONGLIU Yun-liang CHEN Wen ShEN Qiang-hua YIN Shu-biao HE Yun-Long WANG YongFaculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Scienceand Technology, 650093 Kunming, China)ABSTRACT: Accroding to the pyrolysis experimental study of Zhaotong Lignite, the effecting regulation betweentemperature and increasing rate to lignite pyrolysis gas composition, gas heating value and yield of gas is obtained.The results show that CO, content of gas reduces dramatically with the increasing of pyrolysis temperature, and content of CO and H, increasing gradually, the content of CH, decreasing after increasing for a while, and the gas heat-ing value and the gas yield increasing accordingly. At the same temperature, with the rise of temperature increas-ing, the contents of CO, and CH, reducegradually, content of CO increases, and Gas heating value and yield of gasincrease as well, and there is no big influence to the content of H,. In the test the process conditions of the maxi-mum heating value obtained is as following: pyrolysis temperature 650C, temperature increasing rate15C/min andthe low heating value is 9. 27MJ/mKEY WORDS: lignite; pyrolysis; pyrolysis gas; heating value我國褐煤資源豐富,占全國煤炭儲量的13%,有得到高效應用。近年來,由于國民經(jīng)濟快速發(fā)展,在我國煤炭資源中占有重要地位,主要分布于內(nèi)蒙對能源需求不斷增加,同時國際原油價格節(jié)節(jié)攀升,古東部、黑龍江東部和云南東部,褐煤煤化程度低,褐煤的合理和有效利用問題顯得日益重要和突屬于低階煤,具有發(fā)熱值低,水分、揮發(fā)分高,易風出口12)。煤的熱解是各種煤加工工藝的基礎,因此,化、碎裂、氧化自燃,熱穩(wěn)定性差等特點,長期以來沒本文針對褐煤熱解方面進行研究,對褐煤的加工和有效利用有著重要意義。收稿日期:2011-09-15基金項目:國家科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目1實驗部分(10c26215305108)作者簡介:劉云亮,在讀碩士研究生,研究方向為有色金屬冶煉。1.1實驗煤樣通訊作者:陳雯,教授,chenwen63@126.com云南省昭通地區(qū)蘊藏著我國南方最大的褐煤資劉云亮等:昭通褐煤熱解特性的研究57源,已探明儲量達80多億t。昭通褐煤煤田具有煤層厚、埋藏淺、易剝易采(90%以上剝采比小于2)儲量集中;煤化度低,化學活性好,揮發(fā)分高,加熱后揮發(fā)分易于析出;還有水分、灰分高,低灰熔點,穩(wěn)定性差等特點3。本次熱解實驗選用云南省昭通新采褐煤,其工業(yè)分析結(jié)果如表1所示,灰分分析見表2表1煤樣的工業(yè)分析結(jié)果Table 1 Proximate analysis results of lignite熱解溫度/℃項目Md數(shù)值/%53.624.3556.7629.9圖2升溫速率為5℃/min時熱解溫度對煤氣成分的影響表2灰分成分分析結(jié)果Fig 2 Effect of temperature on gas composition at 5C/minTable 2 Ash composition analysis results of ligniteO, CaO含量/%37.1415.7810.7914.614.001.301.2實驗裝置和方法本實驗的試驗裝置見圖1。電偶600200熱解溫度/℃氣體流量計圖3升溫速率為10℃/min時熱解溫度焦油集瓶對煤氣成分的影響溫控器Fig 3 Effect of temperature on gas composition at 10 C/min圖1試驗裝置圖Fig. 1 The diagram of test equipment50如圖1所示,熱解爐為管式爐,采用電加熱,熱電偶和數(shù)字顯示溫度控制器進行溫控,用氣體流量計計量熱解煤氣氣量,產(chǎn)生的熱解煤氣送檢測部門用氣相色譜儀測定煤氣成分。實驗前,進行褐煤外水分脫除預處理,取煤樣在40℃以下自然干燥,直到質(zhì)量恒定不變?yōu)橹?除去外水分。實驗時,每次實500700驗取已脫外水煤樣1000g,人爐粒度為0~10mm熱解溫度/℃分別以5℃/min、10℃/min和15℃/min的升溫速率升溫至750℃,恒溫30min。圖4升溫速率為15℃/min時熱解溫度對煤氣成分的影響2實驗結(jié)果分析和討論Fig 4 Effect of temperature on gas composition at 15 C/min2.1熱解溫度對熱解煤氣成分的影響上,在550~600℃,煤氣成分CO2,H2和CO含量相熱解溫度控制在350~750℃,實驗結(jié)果如圖差不大,分別存在H2和CO與CO2含量的交點,在2,3,4所示。熱解溫度650℃之上,熱解煤氣成分H2和CO的含從圖2,3,4可知:在溫度350~450℃,熱解煤量很接近,隨著熱解溫度升高至750℃,煤氣的主要氣中的CO2含量占熱解煤氣組成成分含量一半以成分是H2和CO,而CO2和CH4含量很低。隨著熱冶解溫度的升高,煤氣中的CO2含量明顯減少,在450650℃,CO2含量減少幅度明顯,在650℃以上,e30CO2含量減少幅度不大,趨于穩(wěn)定;相反,H2和CO含量則隨著熱解溫度的升高逐漸增加,H2和CO含量增加幅度比較顯著,H2含量的增長速率比CO要快一些;在650℃以前,CH4隨著熱解溫度的升高逐漸增加,隨著熱解溫度繼續(xù)升高,CH4在750℃時的5含量略低于650℃的含量,因此,在650~750℃,30040500600700CH4含量存在一個最大值。熱解溫度/℃原因分析:在500℃以前,褐煤以脫除含氧官能團為主,脫除并析出支鏈或裂解碎片,其中氣態(tài)存在圖6升溫速率對煤氣組成CO含量的影響的以CO2為主,CH4和H2的產(chǎn)率都較低。當熱解Fig. 6 Effect of increasing temperature rate溫度提高至600℃以上,一方面煤的裂解或縮聚反on Co content應繼續(xù)析出CH4和H2,另一方面焦油的二次裂解也形成小分子量的烴或H2,從而表現(xiàn)CH4、H2和CO國端組分產(chǎn)率的增加,750℃時,CH4含量減少,是由于生成的CH4在高溫下分解所致5。2.2升溫速率對熱解煤氣成分的影響升溫速率對熱解煤氣成分的影響如圖5,6,7,8所示。由圖5,6可知:在相同熱解溫度下,升溫速率增大,煤氣成分CO2減少;相反,CO含量逐漸增多在升溫速率5℃/min時,熱解溫度對CO含量的增熱解溫度/℃加速率影響比較大;在相同熱解溫度下,隨升溫速率圖7升溫速率對煤氣組成H2含量的影響的變化,H2的含量變化不大,如圖7所示;在相同熱Fig 7 Effect of increasing temperature rate解溫度下,在380℃左右以后,CH4的含量隨著升H2溫速率的增加而減少,如圖8所示。e60主熱解溫度/℃熱解溫度/℃圖5升溫速率對煤氣組成CO2含量的影響圖8升溫速率對煤氣組成CH4含量的影響Fig 5 Effect of increasing temperature rateFig8 Effect of d increasing temperature rateon CO, content of gason CH, content of gas23熱解溫度和升溫速率對熱解煤氣熱值的影響減少;在相同熱解溫度下,隨著升溫速率的提高,煤熱解溫度和升溫速率對熱解煤氣低熱值的影響氣熱值呈增加趨勢,幅度由大變小,升溫速率為10關系如圖9所示,從圖9可知,升溫速率為5℃/min℃/min和15℃/min時,熱解溫度650℃時煤氣熱時,隨熱解溫度的升高,煤氣熱值逐漸增加,升溫速值均最大,是由于在650℃以下,煤氣中CH4含量率為10℃/min和15℃/min時,煤氣熱值先增加后隨著升溫速率提高而增加,CH4含量在750℃時比劉云亮等:昭通褐煤熱解特性的研究650℃時有所降低,且CH4含量的降低幅度較大,增加趨勢,增加幅度由大變小。因此,提高熱解溫度CO含量和H2含量增加幅度較小,CH4對計算煤氣和升溫速率,熱解煤氣產(chǎn)量均是呈增加趨勢。熱值的貢獻最大,煤氣熱值也隨著減小。從圖9可以看出,溫度在650℃,升溫速率為15℃/min時3結(jié)論獲得最高煤氣低熱值為9.27MJ/m3。1)熱解溫度對熱解煤氣組成成分含量有較大影響,隨著熱解溫度的升高,煤氣中的CO2含量明顯減少,H2和CO的含量逐漸增多,在650℃以前,CH4隨著熱解溫度的升高逐漸增加,CH4在750℃時的含量低于650℃的含量,在650~750℃,存在CH4含量最大值。2)熱解溫度對熱解煤氣熱值和產(chǎn)率影響顯著隨著熱解溫度的升高,熱解煤氣熱值和產(chǎn)率顯著提050060700高,700~800℃溫度段是400~500℃溫度段熱解熱解溫度/℃產(chǎn)率3倍之多。因此,要獲到較高熱值的熱解煤氣和更多熱解煤氣,提高溫度是行之有效的方法。圖9不同升溫速度和熱解溫度對熱值的影響ig. 9 Effect of different increasing temperature3)升溫速率對熱解煤氣組成成分的百分含量rate and temperature on gas heating value影響不大,在相同熱解溫度下,隨著升溫速率提高熱解煤氣成分CO2含量逐漸減少,CO含量逐漸增24熱解溫度和升溫速率對熱解煤氣產(chǎn)量的影響多,在380℃左右,CH4含量隨著升溫速率的增大而熱解溫度和升溫速率對熱解煤氣產(chǎn)量的關系如減少,對H2含量的影響不大。圖10所示,從圖10可知,在相同升溫速率條件下4)升溫速率對熱解煤氣熱值和產(chǎn)量有一定影隨著熱解溫度的增加,熱解煤氣產(chǎn)量增加;在相同熱響,隨著升溫速率提高熱解煤氣熱值和產(chǎn)量均有所解溫度條件下,隨升溫速率的提高熱解煤氣產(chǎn)量呈增多,增加幅度都是由大變小。-/min5)實驗階段溫度控制在650~750℃范圍內(nèi),升溫速率為15℃/min,可獲得較高熱值的熱解煤氣和更多熱解煤氣。溫度在650℃,升溫速率為15℃/432mmin時,獲得的最高煤氣低熱值為9.27MJ/m3。參考文獻〔1〕李旭輝.淺析褐煤的煤化工技術與應用[J].煤炭加工與綜合利用,2009(5):3842.熱解溫度段/℃〔2〕戢緒國,步學朋,王鵬.褐煤固定床加壓氣化的特性[】]煤氣與熱力,2004,24(3):119121A,B,C,D分別代表溫度段400-500℃,500~600℃,600~〔3〕王嬡,伊承緒.昭通褐煤溫和氣化技術的開發(fā)利用[J]700℃,700~800℃云南煤炭,2001(2):26-27圖10不同升溫速度和熱解溫度段4〕何屏.加快云南煤炭工業(yè)發(fā)展的對策[J].昆明理工大學對熱解煤氣產(chǎn)率的影響學報(自然科學版),1998,23(3):71-76Fig. 10 Effect of different increasing〔5〕戴和武,謝可玉.褐煤利用技術[M].北京:煤炭工業(yè)出rate and temperature range on yield of gas版社,1998:332-334