第29卷第5期中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Vol 29 No 52000年9月ournal of China University of Mining & TechnologySep.2000文章編號:1000-1964(200005-052404生物質(zhì)型焦的生產(chǎn)工藝及性能研究周仕學(xué),劉澤常,劉振學(xué)(山東科技大學(xué)化工系,山東濟(jì)南250031)摘要:研究了用生物質(zhì)作粘結(jié)劑并采用干法冷壓成型工藝將煙煤和無煙煤冷壓成型,然后炭化制取生物質(zhì)型焦的工藝,分析了生物質(zhì)添加量、煙煤種類和配入量以及成型壓強(qiáng)對型焦的抗壓強(qiáng)度、光學(xué)組織、氣孔結(jié)構(gòu)、微觀強(qiáng)度和反應(yīng)性的影響.結(jié)果表明,隨著生物質(zhì)添加量的增大,型煤的抗壓強(qiáng)度隨之增大,但型焦的抗壓強(qiáng)度降低;配入肥煤和焦煤所產(chǎn)型焦的光學(xué)各向異性強(qiáng)、大氣孔少、孔隙率低、反應(yīng)性低、反應(yīng)后強(qiáng)度高;煙煤與無煙煤之間成焦后為非熔融粘結(jié),導(dǎo)致型焦反應(yīng)后強(qiáng)度明顯降低;生物質(zhì)、煙煤、無煙煤三者的配比以18:55:27為最佳關(guān)鍵詞:生物質(zhì);型焦;顯微結(jié)構(gòu);反應(yīng)性中圖分類號:TQ520.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A高硫強(qiáng)粘結(jié)性煙煤用于煉焦會導(dǎo)致焦炭的硫熱(250~550C的加熱速度為3~5C/min,其它分偏高,用作燃料會排放出大量SO2而污染環(huán)境,溫度下的加熱速度為7~9C/min),終溫950C但配以低硫無煙煤用于生產(chǎn)型焦時(shí),因煙煤中的大保溫1h,水熄焦型煤和型焦的抗壓強(qiáng)度用小型部分硫經(jīng)高溫炭化后逸出,可制得低硫型焦此壓力試驗(yàn)機(jī)測定,以單個(gè)枕形球的破壞壓力(kN)外,利用生物質(zhì)(農(nóng)作物秸稈、稻殼鋸末、蔗渣等)表示作為煤料成型的粘結(jié)劑代替焦油瀝青,可擴(kuò)大粘結(jié)煙煤干燥上劑來源采用干法冷壓成型,物料混合簡單,型煤水分低、炭化時(shí)間短.在日本新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)物質(zhì)(NEDO)綠色授助計(jì)劃(GAP資助下,我國在臨沂型焦一「炭化-「成型-「混合建成了生物質(zhì)型煤示范廠,以肥煤、消石灰、玉米秸為原料,制取生物質(zhì)型煤燃料.本研究以生物質(zhì)、煙圖1生物質(zhì)型焦生產(chǎn)工藝流程煤無煙煤為原料,用其干法冷壓成型工藝制備型Fig. 1 Technological process of the productionof biomass formed coke煤,然后炭化制得生物質(zhì)型焦1.2型焦的光學(xué)組織和氣孔結(jié)構(gòu)的測定1實(shí)驗(yàn)部分光學(xué)組織用 Leitz MPv3正交偏光顯微鏡測定,分為各向同性細(xì)粒鑲嵌粗粒鐮嵌、流動狀基1.1工藝流程礎(chǔ)各向異性、其它(絲質(zhì)破片等),共6類{.型焦生物質(zhì)型焦的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示煙煤的孔隙率用真相對密度和視相對密度計(jì)算而得.0和無煙煤用熱空氣干燥至水分小于1%粉碎至粒01~7.5pm(直徑,下同)氣孔的孔徑分布用Carl度小于3mm,生物質(zhì)用熱空氣干燥至水分小于10%粉碎至長度3m,生物質(zhì)煙煤和無煙媒按200汞測孔儀測定,以各孔徑區(qū)間孔容占總孔容比例(18:5:21混合好后用液壓機(jī)擠壓成型的中國煤化各孔徑區(qū)間氣孔數(shù)占?xì)饪椎目讖椒植加贸尚蛪簭?qiáng)320MPa)型煤呈枕形,長軸42mm,氣CNMHG短軸38mm,最厚處23mm炭化用燃?xì)鉅t間接加收稿日期:1999-12-12基金項(xiàng)目,山東省良然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(Q98B06122)作者簡介:周仕學(xué)(1966-),男,山東省臨朐市人,山東科技大學(xué)硎教授工學(xué)博土,從事煤熱解研究第5期周仕學(xué)等:生物質(zhì)型焦的生產(chǎn)工藝及性能研究1.3微觀強(qiáng)度和反應(yīng)性的測定量用Sm,.,3表示,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低量用BS,表生物質(zhì)型焦的微觀強(qiáng)度(氣孔璧強(qiáng)度和多孔體示[3)強(qiáng)度)用顯微強(qiáng)度儀測定的顯微強(qiáng)度用>0.3mm顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)v(顆粒>0m)表示;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度用2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論>1m顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)v(顆粒1m)表示粉焦2.1工藝條件對生物質(zhì)型焦抗壓強(qiáng)度的影響反應(yīng)性用1100C時(shí)CO2還原為CO的百分?jǐn)?shù)a實(shí)驗(yàn)用玉米秸、晉城無煙煤、兗州氣煤、棗莊肥表示,反應(yīng)10min的碳溶損率用Rc用反應(yīng)消耗煤、古交焦煤的性質(zhì)見表1量占試樣量的百分?jǐn)?shù)表示,反應(yīng)后顯微強(qiáng)度的降低表1實(shí)驗(yàn)用原料的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of samples used in the experiment樣品t/%粘結(jié)指數(shù)玉米秸7.332.5678.220.1052.026.260.4541.27晉城無煙煤3.1496.04兗州氣煤0.60棗莊肥煤27.945.60古交焦煤10.1220.290.7789.204.96454.39生物質(zhì)添加量、肥煤配入量、成型壓強(qiáng)對型煤肥煤炭化時(shí)具有很強(qiáng)的粘結(jié)性,能制得高強(qiáng)度的生和型焦抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示,由圖2可見,物質(zhì)型焦,但是,肥煤配入量過多時(shí)粘結(jié)能力過生物質(zhì)對保證型煤的強(qiáng)度是不可缺少的,但生物質(zhì)剩,因其結(jié)焦性較差,反而使型焦強(qiáng)度降低,肥煤配炭化后生成多孔炭削弱了肥煤和無煙煤顆粒之間量55%時(shí)型焦強(qiáng)度最大隨著成型壓強(qiáng)的增大的結(jié)合力4,使型焦強(qiáng)度降低,生物質(zhì)配入量18%型煤和型焦的強(qiáng)度都顯著增大,但提高成型壓強(qiáng)會時(shí),既能保證型煤的強(qiáng)度最大,又不至于過多地降使成型能耗增大,以320MPa為宜低型焦強(qiáng)度.肥煤的硬度小,比無煙煤易成型,而且型焦=-型煤型蝶u(生物質(zhì)/%肥煤)1%圖2工藝條件對型煤和型焦抗壓強(qiáng)度的影響Fig 2 Effects of process conditions on the compressive strength of briquette and formed coke22一般性質(zhì)氣煤、肥煤、焦煤的型焦,主要的光學(xué)組織分別為各在最佳工藝條件下,生物質(zhì)型焦的v(Vd)<向同性(45.8%)粗粒鑲嵌(31.8%)、流動狀%,v(S1,)<1%,v(A)<15%p壓>20MPa,(40.0%),隨著煙煤變質(zhì)程度的提高,型焦光學(xué)各孔隙率<30%,此性能指標(biāo)與日本DS法、美國向異性增強(qiáng)與普通高爐焦相比,其各向同性組織FMC法等使用焦油瀝青作粘結(jié)劑所制型焦的相多中國煤化工%左右的基礎(chǔ)各向異當(dāng).棗莊肥煤硫分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2.66%配以低性紅CNMH硫的生物質(zhì)和無煙煤后型煤硫分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.構(gòu)的影響見表3,從氣54%肥煤中的硫大多易于熱解逸出,從而制得硫煤到焦煤,隨著煙煤變質(zhì)程度的提髙,型焦孔隙率分質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.89%的低硫型焦降低、0.01~7.5μm氣孔孔容減小、10~150pm23光學(xué)組織和氣孔結(jié)構(gòu)氣孔數(shù)減少.與普通高爐焦的氣孔結(jié)構(gòu)相比,生物煙煤種類對型焦光學(xué)組織的影響見表2.配入質(zhì)型焦中的大氣孔少、孔隙率低526中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第29卷表2生物質(zhì)型焦的光學(xué)組織L Table 2 Optical textures of biomass formed coke%焦樣各向同性細(xì)粒鑲嵌粗粒鑲嵌流動狀基礎(chǔ)各向異性其它氣煤生物質(zhì)型焦20.8肥煤生物質(zhì)型焦9.815.5焦煤生物質(zhì)型焦普通高爐焦29.232.9表3生物質(zhì)型焦的氣孔結(jié)構(gòu)Table 3 Analysis of the pore structure of biomassformed coke焦樣孔隙率001~7.5pm氣孔孔容10-150m孔徑分布0.01~0.1m0.1~11-7.5μm氣孔率10~20μm20~100pm100~150pm氣煤生物質(zhì)型焦12,416.1肥煤生物質(zhì)型焦240035.733.1焦煤生物質(zhì)型焦21.4539.313.057,8普通高爐焦68.28.824微觀強(qiáng)度和反應(yīng)性生物質(zhì)添加量對型焦的氣孔結(jié)構(gòu)和微觀強(qiáng)度煙煤種類對型焦微觀強(qiáng)度和反應(yīng)性的影響見的影響如圖3所示,可見,隨著生物質(zhì)添加量的增表4,肥煤具有較強(qiáng)的粘結(jié)性焦煤具有較強(qiáng)的結(jié)大,型焦內(nèi)0.01~1pm氣孔孔容增大,而且由于焦性,與氣煤相比,所得型焦都具有較高的顯微強(qiáng)生物質(zhì)削弱了煙煤與無煙煤之間成焦時(shí)的熔融粘度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,且因光學(xué)各向異性強(qiáng)、孔隙率低,使結(jié)致使微觀強(qiáng)度降低,并且反應(yīng)后強(qiáng)度明顯降低其反應(yīng)性低、碳溶損少,反應(yīng)后微觀強(qiáng)度降低也較表4生物質(zhì)型焦的微觀強(qiáng)度和反應(yīng)性Table 4 Micro-strength and reactivityiomass formed coke配人肥煤和焦煤所制得的生物質(zhì)型焦與普通%(顆粒)高爐焦相比雖然顯微強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、反應(yīng)性a RcRI &Sm, 0.g和碳溶損率低,但煙煤與無煙煤以及生物質(zhì)之間成氣媒生物質(zhì)型焦肥煤生物質(zhì)型焦88,473.434.119.232.218.2焦后為非熔融粘結(jié)致使其反應(yīng)后強(qiáng)度降低較多焦煤生物質(zhì)型焦72.531.516.227.716.1顯微強(qiáng)度多降低6%~11%結(jié)構(gòu)強(qiáng)度多降低4%普通高爐焦80.569,449.129.821.412.3~6%to(顆粒。0.3mI-75umt(顆粒,am0. alum001-lm14t(生物質(zhì)/%(a}對氣孔結(jié)構(gòu)的影響(b)對微觀強(qiáng)度的影響圖3生物質(zhì)添加量對型焦顯微結(jié)構(gòu)的影響1)煙煤中的大部分硫經(jīng)高溫炭化后逸出,從而觀飛的 formed cokeFig 3 Effects of biomass content on the microstructure3結(jié)論產(chǎn)型向異性強(qiáng)、大氣孔少、孔隙率低、微中國煤化工強(qiáng)度高合適的成型工以高硫強(qiáng)粘結(jié)性煙煤為主要原料配以低硫無煙煤,藝斜CNMH生物質(zhì)添加量18%、能制得低硫(vu(S1.d)<1%)型焦.煙煤2)生物質(zhì)對保證型煤的抗壓強(qiáng)度是不可峽少3)用肥煤和焦煤作配料制得的生物質(zhì)型焦與的但是隨著生物質(zhì)添加量的增大,型焦的氣孔率增普通高爐焦相比,氣孔率低微觀強(qiáng)度高但是,煙煤大、微觀強(qiáng)度降低、反應(yīng)性增大、反應(yīng)后強(qiáng)度明顯降與無姻煤以及生物質(zhì)之間炭化后為非熔融粘結(jié),致低肥煤的粘結(jié)性強(qiáng)、焦煤的結(jié)焦性強(qiáng)用作配料所使反應(yīng)后強(qiáng)度降低較多第5期周仕學(xué)等:生物質(zhì)型焦的生產(chǎn)工藝及性能研究527參考文獻(xiàn):27(1):41-53.[3]姚昭章.煉焦學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995L1] Zhou SX, Li DX. 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Microstructure of carbons[J].Carbon,1989Coal Industry Publishing House, 1999. 921-926Research on Production and Propertiesof Biomass Formed CokeZHOU Shi-xue, LIU Ze-chang, L IU Zhen-xueDepartment of Chemical Enginecring, Shandong University of Science and Technology, Ji'nan, Shandong 250031, ChinaAbstract Biomass, anthracite, and bituminous coal were briquetted at normal temperature after being driedd.The effects of biomass content, bituminous coal中國煤化工 essure on the compres-ive strength, optical textures, pore structure, micro-strengtCNMHG coke were researchedThe results show that with the increase of biomass, the compressive strength of briquette increases, but thatof the formed coke decreases. The formed coke using caking coal and fat coal as additive is of stronanisotropy, low porosity, low reactivity, and high post reaction strength. The optimum process conditionsare a biomass content of 18%, a bituminous coal content of 55%, and a briquetting pressure of 320 MPaKey words: biomass, formed coke, microstructure, reactivity