科技創(chuàng)業(yè)家2014年03(下)TECHNOLOOICAL PIONEERS學(xué)術(shù)論壇水熱處理對(duì)我國(guó)典型褐煤氣化特性的影響李建華(雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司黑龍江雙鴨山155113)摘要:選取我們國(guó)家主要褐煤的產(chǎn)區(qū)的不同煤階的3種典型的褐煤,用水熱處理的方法對(duì)禍煤進(jìn)行脫水改性并且研究改性前后褐煤的CO2氣體特性的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)水熱處理后，褐煤中的所含水分大幅度下降，最高降幅可以達(dá)87.31%,固定熱值和碳上升,氧含量明顯下降,褐煤煤階上升,煤階參數(shù)(0/C原子比)下降。水熱處理過(guò)程中煤質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜重整可以導(dǎo)致煤焦孔徑向微孔的方向發(fā)展，先降低后增加，而表面積和孔容則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。煤階的上升和煤質(zhì)結(jié)構(gòu)的深度變化使得改性后的褐煤的氣體特性曲線呈現(xiàn)向高.溫區(qū)的移動(dòng)，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%的時(shí)候的氣化的溫度上升。動(dòng)力學(xué)計(jì)算的結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)水熱改性后氣體反應(yīng)活化可以上升，反應(yīng)級(jí)數(shù)也發(fā)生變化。。較高的水熱處理終溫和相對(duì)較低的原煤煤階都使得水熱脫水改性的效果更為顯著。關(guān)鍵詞:水熬脫水改性 煤氣化 褐煤煤階我們國(guó)家煤炭資源的稟賦條件不好，觀特性改變 。煤質(zhì)程度越低、含水量和揮發(fā)大。水熱過(guò)程中煤孔隙結(jié)構(gòu)的變化主要受褐煤為主低階隨著開(kāi)采水平向深部延伸、分 含量越高干基的收率越小,水熱反應(yīng)的以下3種作用 影響:1)改性過(guò)程中煤大分子煤炭開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大以及產(chǎn)煤重心的西程度 越深，改性的效果越明顯。隨著水熱終結(jié)構(gòu)中活性較高的羧基 .羥基.羰基等含氧移,我國(guó)的煤炭產(chǎn)出中低階煤總量現(xiàn)在不溫的提高,干基的收率明顯降低,說(shuō)明溫度基團(tuán)，以及亞甲基、甲氧基等會(huì)發(fā)生分解，斷增加。我們針對(duì)這些高含水含氧量的低的升高加劇了 固體的樣品的熱分解率,水.從大分子結(jié)構(gòu)脫離,形成CO2.H20.CO、熱值的低階褐煤特點(diǎn)，可以進(jìn)行大規(guī)模脫熱改性效果也更加顯著。水熱處理改性之CH4、H2等氣體產(chǎn)物,并從低階煤內(nèi)部釋放水改性利用，我國(guó)煤炭能源化工業(yè)可持續(xù)后， 煤質(zhì)組成上已經(jīng)發(fā)生了較為明顯的改出來(lái)，促進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展和豐富,孔隙數(shù)發(fā)展亟待解決的重大的課題。水熱處理變, 原煤和改性煤熱解半焦的各項(xiàng)數(shù)據(jù)變量因此會(huì)增加;2)反應(yīng)釜內(nèi)在高溫高壓條件(hydrothermal dewatering, HTD)應(yīng)該是一-化 較小，原因在于相比褐煤在800° C時(shí)等溫下，褐煤內(nèi)部毛細(xì)管濃縮水,多層、孔隙中種典型的“非蒸發(fā)"(nonevaporative)褐煤脫熱解過(guò)程,褐煤水熱處理過(guò)程條件相對(duì)溫單層吸附水,以及大孔殘留水分會(huì)從原煤水的改性方法，煤樣在處于蒸汽壓條件下和(250和300° C),所以水熱過(guò)程的影響經(jīng)過(guò)內(nèi)部析出,造成內(nèi)部的壓力會(huì)小于外在壓和高溫以及飽，褐煤中的水會(huì)以液態(tài)形式熱解之 后表現(xiàn)在煤焦上被較大的削弱了。力,同時(shí)還受到表面張力和熱力的作用,低排出，從而可以節(jié)省汽化潛熱。同時(shí)低階煤但換言之,即使經(jīng)過(guò)了較為苛刻的熱解過(guò)階煤中孔隙結(jié)構(gòu)將受到破壞或發(fā)生崩塌;3)的內(nèi)部具有親水性的含氧基團(tuán)會(huì)發(fā)生一定程, 某些共性變化趨勢(shì)依然可以從中得到，改性過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生少量的液體的焦油，分解,改性煤重復(fù)吸水能力會(huì)大大降低,改如灰分、 固定碳.上升,揮發(fā)分減少,熱值上由于其自身的有機(jī)物的性質(zhì),更易與煤表性產(chǎn)品還可以長(zhǎng)久保存。Morimoto等在升 ,碳元素含量上升,氧.氫元素含量減少，面親油的位置形成橋鍵連接,其比水容易350°C和18MPa的情況下對(duì)澳大利亞褐煤且煤階較低的褐煤(如昭通)變化較煤階高滯留在低階煤的內(nèi)部,從而在.-定的程度進(jìn)行了水熱處理的研究，得到了褐煤水熱的褐煤(如準(zhǔn)東)明顯。這說(shuō)明水熱過(guò)程所造上可以阻塞了一些孔隙結(jié)構(gòu),并且隨著改處理之后4種形態(tài)的產(chǎn)物,23%的水溶性物成的 影響痕跡仍然被保留了下來(lái)且已經(jīng)影性終溫的升高,液體焦油的產(chǎn)量有所增加，質(zhì)，分別是8%的氣體,46%的改性煤以及響到了煤質(zhì)的深層次組成和結(jié)構(gòu)，即使經(jīng)焦油封閉孔的作用也會(huì)隨之加強(qiáng)。由于這323%的沉淀物，與原煤相比,改性煤的氧含歷更高的溫度 的熱解過(guò)程,煤焦的組成還量和水含量大幅下降。Nonaka等利用水熱是有所差異。 氧元素的變化較其他的各項(xiàng)因此更 加復(fù)雜。在水熱終溫為250° C以下的方法在300* C時(shí)對(duì)生物質(zhì)和低階煤兩種低還是明顯,這 是因?yàn)樗疅岬眠^(guò)程主要影響時(shí) 候，1)起主要作用,所以煤魚(yú)的孔隙的結(jié)級(jí)的燃料的混合物進(jìn)行了改性處理,得到的是褐煤的脫水及含氧活性基團(tuán)的分解與構(gòu)有所發(fā)展，但當(dāng)溫度逐漸升高至300°C的了較好的改性的效果,產(chǎn)物的疏水性增加，轉(zhuǎn)化所致。水熱處理促使含氧活性的結(jié)構(gòu)時(shí)候,2)和3)的作用逐漸顯現(xiàn)并且占優(yōu)，所重復(fù)的吸水能力降低，改性煤中熱穩(wěn)定相的分解及不穩(wěn)定相組分向穩(wěn)定相組分的轉(zhuǎn)以煤焦中的孔隙結(jié)構(gòu)又會(huì)有所下降。組分相對(duì)增加。移,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)低階褐煤的提質(zhì)改性作熱改性可以大幅度的降低原煤的水分用。參考文獻(xiàn)(Mad和Mar),且原煤的水分含量越大,改善這些發(fā)生在煤焦和煤質(zhì)組成上的變化[1] 張明旭,王龍貴，歐澤深，等.幾種木質(zhì)的效果越就顯著,隨著水熱終溫的進(jìn)一步都說(shuō)明了在經(jīng)過(guò)水熱脫水改性后的褐煤的素降解菌的篩選及其協(xié)同作用降解煤升高，低階煤中的水分下降，與原煤相比煤組 成和性質(zhì)已然完成了一個(gè)不可逆的轉(zhuǎn)炭的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2007, 32(6):中的水分最高降幅可達(dá)到87.31%(昭通變，改性前后的褐煤不再是同樣的褐煤，由634- 638. Zhang Mingxu, WangMar)。碳元素、碳含量含量.固定熱值的上他們各 自的熱解所制半焦已經(jīng)在組成、理Longgui ,Ou Zeshen,et al . Selection of升表明褐煤經(jīng)過(guò)水熱改性之后能量密度增化性質(zhì) 上已經(jīng)有了差別，這種差別正是水several degradation lignin funguns and加，結(jié)構(gòu)可以變得致密和緊湊。氧含量下熱處理過(guò)程 在煤深層結(jié)構(gòu).上的改變及煤階theexperimental study of their降,煤階參數(shù)(氧碳原子比AO/C)會(huì)呈現(xiàn)下的改性 上所留下痕跡的形成必然結(jié)果。此coopporation tobiodegradation of coal降的趨勢(shì),并隨著水熱改性終溫的提高而外可以看出隨 著水熱處理溫度的升高,改[].Journal of China Coal Society ,2007,降低，說(shuō)明水熱改性可以提高煤階,并且改性效果 都略有增強(qiáng),這一-點(diǎn)與原煤煤質(zhì)分32(6):634- 638(in Chinese).性終溫越高,煤階提高的效果越顯著。另外析的結(jié)果一 致 。2.2脫水改性對(duì)褐煤孔隙結(jié)[2] 周永剛,李培,楊建國(guó),等.褐煤中不同所選3種褐煤中，準(zhǔn)東褐煤煤階最高，昭通構(gòu)的影 響可以看出煤焦中主要是1.5~5nm .水分析出的能耗研究[J].中國(guó)電機(jī)工程最低，這與它們形成的地質(zhì)的年代及自身的中 微孔，褐煤水熱改性后其熱解所制半學(xué)報(bào),2011,31.含水量-.致,當(dāng)原煤的煤階越低時(shí),改性的焦向微孔范圍發(fā)展,在原來(lái)的4nm和更小的[4]孟麗莉，付春慧,王美君,等.堿金屬碳效果越好。水熱改性后褐煤產(chǎn)物干基收率2nm處分別出現(xiàn)分布峰,但隨著水熱處理溫酸鹽對(duì)褐煤程序升溫?zé)峤膺^(guò)程中.看，除水分之外的褐煤中的其他成分如水度從250*C升高到300°C,煤焦中的孔隙結(jié)溶性無(wú)機(jī)物質(zhì)及某些親水性的活性含氧的構(gòu)會(huì)有所減少 。從表3可以看出隨著水熱和基團(tuán)也減少了。這些改變必然導(dǎo)致褐煤的終 溫的提高, ET總孔容.表面積都是先變大結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的變化,從而造成了其宏后變小， 相對(duì)應(yīng)的平均孔徑也先變小后變中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:李建華:雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司工藝工程師。MHCNMH G216 科技創(chuàng)業(yè)家TECHNOL 0GICAL PIONEERS