2014年3月榆學(xué)院學(xué)報(bào)Mar.2014第24卷第2期JOURNALYULIN UNIVERSITYVol 24 No. 2低變質(zhì)煤的熱解技術(shù)蘇婷,盧艷強(qiáng)(榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院,陜西榆林7190000摘要:我國(guó)低變質(zhì)煤的儲(chǔ)量十分豐富,對(duì)其充分有效的利用可以極大的緩減當(dāng)前資源緊缺的現(xiàn)狀,同時(shí)也帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益,而對(duì)低變質(zhì)煤進(jìn)行熱解處理是比較常用的方式。微波熱解技術(shù)是一種節(jié)能高效、加熱速率高、反應(yīng)速率快的新型煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù),在煤、油頁(yè)巖及生物質(zhì)等綜合利用領(lǐng)域有著廣泛的前景。在對(duì)我國(guó)低變質(zhì)煤資源性質(zhì)、特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,歸納總結(jié)了煤的低溫?zé)峤饧夹g(shù)及微波熱解技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀和利用情況,研究了低變質(zhì)煤的熱解特性。關(guān)鍵詞:低變質(zhì)煤;低溫?zé)峤?微波熱解中圖分類號(hào):TQ5302文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1008-3871(2014)02-0009-04中國(guó)是以煤炭為主要能源的大國(guó),占一次能源雜,歸納起來可分為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類,以有機(jī)消費(fèi)的70%以上,這一格局在中國(guó)未來能源和煤化質(zhì)為主體。煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有工領(lǐng)域中將不會(huì)有大的改變。在以后很長(zhǎng)一段時(shí)期機(jī)硫等五種元素組成。其中,碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的內(nèi),中國(guó)還必須走以煤炭為基礎(chǔ)能源的可持續(xù)發(fā)展95%以上,此外,還有極少量的磷和其他元素。煤中道路。我國(guó)低變質(zhì)煤資源占煤炭資源的60%以上,的無機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì),它們的存在降低了這類煤具有灰分低、硫分低、發(fā)熱量高、可選性好煤煤的質(zhì)量和利用價(jià)值,其中絕大多數(shù)是煤中的有害質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn),因此,大力發(fā)展低變質(zhì)煤的潔凈轉(zhuǎn)化成分。另外,還有一些稀有、分散和放射性元素,例技術(shù)和綜合利用技術(shù),進(jìn)一步延伸產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)各種如,鍺、鎵銦、釷、釩、鈦鈾等,它們分別以有機(jī)或無化工產(chǎn)品及油、天然氣等能源對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含展具有重大戰(zhàn)略意義。量,一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí),就是重要的1煤的概述礦產(chǎn)資源。1.1煤的性質(zhì)及分類煤是植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的生煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子物化學(xué)、地球化學(xué)物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的一種固結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn),是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條體可燃礦產(chǎn)。成煤大致可分為兩個(gè)階段。第一階段件、轉(zhuǎn)化過程煤化程度和風(fēng)化、氧化程度等因素所是植物在泥炭沼澤中不斷繁衍,其遺體在微生物的決定的,主要包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬參加下不斷分解、化合、聚集的過程。第二階段是煤度脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中,除了比重和導(dǎo)電化作用階段,煤化過程是一個(gè)增碳化過程,即泥炭、性需要在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定外,其他根據(jù)肉眼觀察就可以腐泥在以溫度和壓力起主導(dǎo)作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱倪^確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評(píng)價(jià)煤質(zhì)的依程。這個(gè)階段包括成巖作用和變質(zhì)作用,起主導(dǎo)作據(jù),并用以研究煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決煤層對(duì)比用的是物理化學(xué)作用山。等地質(zhì)問題。根據(jù)成煤植物種類的不同煤主要可分為兩大煤的工藝性質(zhì)主要包括粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱類,即腐殖煤和腐泥煤。煤的化學(xué)組成(很復(fù)量化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選收稿日期:2013-10-08中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:檎林學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(12GK32);榆林市科技計(jì)劃項(xiàng)目(cy12-15);榆林YHCNMHG作者簡(jiǎn)介:蘇婷(1984一),女,陜西愉林人,助教,碩士,從事化學(xué)工程與工藝的教學(xué)與研究,Email:stl0l0iy@126.com10榆林學(xué)院學(xué)報(bào)2014年第2期(總第112期)性等,是煤進(jìn)行加工轉(zhuǎn)化的重要依據(jù)。國(guó) Toscoal工藝、 ENCOAL工藝、日本煤快速熱解工1.2我國(guó)煤炭資源及特點(diǎn)我國(guó)煤炭資源豐富,分藝、德國(guó)L-R工藝澳大利亞流化床快速熱解工藝布廣泛,但分布極不均衡。煤炭資源量最多的是新及前蘇聯(lián)3TX(ETCH)-175工藝等 Garrett法是疆(1919353億噸),而最少為浙江省(0.50億噸)。美國(guó)西方研究公司研究開發(fā)的一種熱解工藝北方的大興安嶺、太行山、賀蘭山之間的地區(qū),包括國(guó)內(nèi)以侏羅紀(jì)不粘煤、弱粘煤、長(zhǎng)焰煤等低變質(zhì)內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南6各省區(qū)的全煤為原料進(jìn)行低溫?zé)峤馍a(chǎn)蘭炭的主要爐型有四部或大部,是我國(guó)煤炭資源集中分布的地區(qū),其資源種:一是考伯斯外熱式直立炭化爐;二是鞍山熱能院量占全國(guó)煤炭資源量的50%左右,占我國(guó)北方地區(qū)設(shè)計(jì)的內(nèi)熱式直立炭化爐,該爐以生產(chǎn)半焦為主,可煤炭資源量的55%以上。南方煤炭資源量主要集回收焦油煤氣視廠區(qū)的消化能力做燃料用或排放中于貴州、云南、四川三省,三省煤炭資源量之和為處理;三是直立不完全氣化爐,該爐以供中、小城鎮(zhèn)352574億噸,占我國(guó)南方煤炭資源量的91.47%。煤氣為主副產(chǎn)品為半焦和焦油;四是SJ型內(nèi)熱式特別是貴州西部、四川南部和云南東部地區(qū)是我國(guó)爐。中國(guó)曾發(fā)展了各種類型的熱解工藝,其主要目南方煤炭資源最為豐富的地區(qū)。標(biāo)是獲取當(dāng)時(shí)極為短缺的石油替代品一人造石油,1.3我國(guó)低變質(zhì)煤資源利用情況鑒于陜北地區(qū)低較為典型的工藝有魯奇二段式干餾爐、三段式干餾變質(zhì)煤的特性,對(duì)它的利用也受到一些限制。目前爐,間歇干餾爐等。開發(fā)利用低變質(zhì)煤的途徑有:建坑口電站、液3微波加熱的特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀化、氣化、干餾9、冶金10等。常規(guī)熱解通常采用電加熱或高溫介質(zhì)加熱,熱2低溫?zé)峤饧夹g(shù)及其進(jìn)展量傳遞方式為由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳2.1低溫?zé)峤饧夹g(shù)煤的中低溫干餾(熱解)是指在導(dǎo)式加熱,熱量從物料表面?zhèn)魅雰?nèi)部,揮發(fā)性產(chǎn)物則隔絕空氣(或在非氧化氣氛)條件下將煤加熱,最終從內(nèi)部向外擴(kuò)散,其傳熱傳質(zhì)方向相反,容易引起熱得到蘭炭焦油和煤氣的方法。中低溫條件下煤的解產(chǎn)物的二次裂解加熱速率小,傳熱不均勻。微波熱解可分為兩個(gè)階段,第一階段:室溫-300℃為干加熱是材料在電磁場(chǎng)中由介質(zhì)損耗而引起的體加燥脫氣階段;第二階段:300℃-750℃為粘結(jié)形成熱。這種加熱的優(yōu)點(diǎn)是明顯的,它與高頻介電加熱半焦階段。煤在300℃左右開始軟化,生成和排出技術(shù)類似,只不過采用的工作頻率為微波頻段而已大量揮發(fā)物煤氣和焦油。450℃前后焦油量最大,微波加熱意味著將微波電磁能轉(zhuǎn)變成為熱能,其能在450℃-750℃氣體析出量最多叫。煤氣成分量是通過空間或媒質(zhì)以電磁波形式來傳遞的,對(duì)物除熱解水、一氧化碳和二氧化碳外,主要是氣態(tài)氫質(zhì)的加熱過程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化有著密切的關(guān)等,故熱值較高。系低溫?zé)峤庵饕缘妥冑|(zhì)煤(褐煤、長(zhǎng)焰煤、不黏3.Ⅰ微波特點(diǎn)及加熱原理微波是指頻率在300煤、弱黏煤等)為原料,對(duì)調(diào)節(jié)我國(guó)煤炭資源結(jié)構(gòu)具M(jìn)Hz-300GHz區(qū)間的電磁波,照射在理想導(dǎo)電金有重要的意義。早期該技術(shù)主要以提取液體燃料焦屬表面上將被全反射,照射在介質(zhì)表面則有一小部油為目的,另外也可用于油頁(yè)巖提油。近幾年,由于分被反射,而大部分能穿透到介質(zhì)內(nèi)部,并在內(nèi)部逐煤炭資源的大量開發(fā)以及新技術(shù)的不斷發(fā)展,為了漸被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?其穿透深度主要決定合理利用低變質(zhì)煤資源,延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈提高附加值,增于介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的頻率,介電損失是微強(qiáng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力,在一些低變質(zhì)煤種資源豐富的波頻率的函數(shù)地區(qū)和國(guó)家,煤的低溫干餾技術(shù)得到了前所未有的物料在微波場(chǎng)中的溫度變化,除與微波性質(zhì)有蓬勃發(fā)展。關(guān)外,主要取決于物料的自身性質(zhì)。如果物料的性2.2低溫?zé)峤饧夹g(shù)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)塊煤進(jìn)行熱解質(zhì)不同,溫中國(guó)煤化工使處于同一微加工比較成熟的爐型有氣流內(nèi)熱式爐(如魯奇爐),波場(chǎng)中的礦CNMHG溫度變化,即外熱立式爐(如考伯斯立式爐)等,熱解工藝包括美微波的選擇性加熱作用,將導(dǎo)致礦物之間出現(xiàn)溫度蘇婷,盧艷強(qiáng):低變質(zhì)煤的熱解技術(shù)I1差。與傳統(tǒng)的加熱方式相比,微波加熱具有以下?lián)]發(fā)份煙煤制取焦炭的工藝,認(rèn)為采用微波進(jìn)行煤優(yōu)點(diǎn):的干餾是一種行之有效的方法; Mermoud等24研究加熱速度快,微波加熱為整體加熱,電磁能直接發(fā)現(xiàn),煤熱解過程中,高升溫速率下產(chǎn)生的揮發(fā)分更作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換為熱能,可使物料內(nèi)外同時(shí)受多,而且主要由大分子組成C/H比較高。 Parisa231熱。所以微波加熱也被叫做介電加熱;均勻加等進(jìn)行了原煤微波快速熱解制備焦炭的研究,認(rèn)為熱,不論物料形狀如何微波都能均勻滲透,產(chǎn)生熱微波加熱煉焦的方式是可行的。微波熱解可以大幅量,因此均勻性大大改善;節(jié)能高效,易于控制;選擇度提高熱解速率,有效控制熱解煤氣的組成01,這性加熱1,不同的物料具有不同的吸波性,因此對(duì)說明微波對(duì)熱分解反應(yīng)具有一定的催化作用,可能微波的吸收損耗不同可對(duì)各組分進(jìn)行選擇性加熱,會(huì)促使熱解過程中發(fā)生一些特殊的反應(yīng),而導(dǎo)致產(chǎn)達(dá)到對(duì)特殊組分的加熱要求;安全無害,通常微波能品組成或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。對(duì)微波熱解技術(shù)的研究有是在金屬制成的封閉加熱室、波道管內(nèi)傳輸。微波助于低溫?zé)峤饷簹獾倪M(jìn)一步深加工與利用。不屬于放射性射線、又無有害氣體排放,是一種十分4結(jié)語(yǔ)安全的加熱技術(shù)豐富的煤炭資源現(xiàn)狀,使得它的發(fā)展不論在經(jīng)3.2微波熱解技術(shù)及其研究進(jìn)展微波熱解是以徵濟(jì)效益上還是資源利用上都是十分重要的內(nèi)容,煤波替代常規(guī)熱源的一種熱裂解技術(shù)。微波加熱是微的低溫?zé)峤馐悄壳澳酥两窈蠛荛L(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)煤化工發(fā)波能轉(zhuǎn)化為熱能而對(duì)物料加熱的過程,與常規(guī)熱展的主要方向,采用常規(guī)的加熱方式占到熱解處理解技術(shù)相比具有同步均勻加熱物料、加熱效率高的的大部分,這種技術(shù)使用的時(shí)間長(zhǎng),技術(shù)比較成熟,優(yōu)勢(shì)1,可直接對(duì)大尺寸物料進(jìn)行熱解,所有熱解具有一定的優(yōu)勢(shì)。但微波熱解的技術(shù)相比之下也有產(chǎn)物均可進(jìn)行進(jìn)一步綜合利用。鑒于此,眾多學(xué)者它自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),今后工業(yè)生產(chǎn)中,要盡量的發(fā)揮已經(jīng)在微波熱解領(lǐng)域開展了著有成效的研究工作,其特點(diǎn),朝著高效率的微波熱解技術(shù)趨近,逐步的規(guī)推動(dòng)了該技術(shù)在化工、冶金、材料等行業(yè)的廣泛應(yīng)?；?體現(xiàn)其對(duì)工業(yè)化的積極作用。用9。除此之外,以微波為熱源對(duì)原煤進(jìn)行干煤的微波熱解技術(shù)屬于新型的處理方式,對(duì)其燥、脫硫、熱解等的研究也是目前微波技術(shù)應(yīng)用的一熱解機(jī)理的分析還不成熟,比如采用微波條件是如個(gè)熱點(diǎn)問題。何改變了產(chǎn)品的組成和結(jié)構(gòu)等這些問題的解決還不TUsu研究表明,當(dāng)有氧化銅、四氧化三鐵夠精準(zhǔn)所以在理論上還需要做更多的研究。在設(shè)等吸波性物質(zhì)存在時(shí),煤在微波場(chǎng)中會(huì)快速升溫,3備方面,要想大規(guī)模的工業(yè)化,同樣也需要進(jìn)行大量min即可達(dá)到1000℃以上,導(dǎo)致煤發(fā)生快速熱解。的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究工作,還要經(jīng)歷一定的時(shí)間。釆用K.E.ha等2)發(fā)現(xiàn),在微波輻射的條件下油頁(yè)微波熱解方式進(jìn)行煤的干餾,是對(duì)煤化工發(fā)展起到巖熱解產(chǎn)生的焦油中輕質(zhì)烴的含量較常規(guī)加熱的推動(dòng)作用的,今后在不斷的發(fā)展完善中,必將走向高大。 Ed Lester等初步研究了采用微波能加熱高效低能耗的工業(yè)發(fā)展道路。參考文獻(xiàn):[l]況世選論煤炭的主要物理性質(zhì)[J.企業(yè)技術(shù)開發(fā),2010,29(10):61-62]姜曉霞煤化學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007:4-11[3]郎會(huì)榮,李桂芬.煤化學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱地圖出版社,2007:19-22.4]李增學(xué),魏久傳,劉瑩.煤地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2005:32-35.[5]莫若平,武文,張志敏東勝煤田煤質(zhì)特征及其綜合利用方向[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),200(2):16-18.[6]楊國(guó)榮淺議中國(guó)神木煤煤質(zhì)特征及工業(yè)利用方向[J].煤化工,1994,69(4):31-357]杜銘華煤炭液化技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[,中國(guó)煤炭,200,22H中國(guó)煤化工[8]陳家仁·中國(guó)煤炭及煤炭清潔利用技術(shù)[J.潔凈煤技術(shù),1996,2CNMHG[9]李飛.我國(guó)煤化工科技現(xiàn)狀及前景[J].化工設(shè)計(jì),1994(6):1-912榆林學(xué)院學(xué)報(bào)2014年第2期(總第112期)[I0]王元臣,張永吉論神華煤的優(yōu)勢(shì)[J].潔凈煤技術(shù),2003,9(4):8-1[I冂]撫順石油學(xué)院人造石油教研組.低溫干餾工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)工業(yè)出版社,1961:102-113[12]郭樹才煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1992:11-16[13]S K. 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Pyrolysis. 2007, 79: 128-135(責(zé)任編輯:王瑞斌)On the Pyrolysis Technology of the Low Metamorphic CoalSU Ting, LU Yan-qiang(School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, Shaanxi)Abstract: The reservation of low metamorphic coal in China is very rich, its fully effective use can greatly alleviatethe current status of the resource constraints, but it also brings large benefits economically. And thermal processingof low metamorphic coal is a relatively common way. The microwave technology, as a new coal conversion technolo-gy, has a wide prospects in comprehensive utilization of coal, oil shale and biomass. It has the characteristics of anenergy efficient solution, the high heating rate and reaction rate. The paper summarized the technology of coal pyrolysis as well as the development and utilization of microwave pyrolysis中國(guó)煤化工thecharacteristics analysis of low metamorphic coalHCNMHGKey words: low metamorphic coal; low-temperature pyrolysis; microwave pyrolysis