超臨界水對褐煤、長(cháng)焰煤氣化的實(shí)驗研究

第10卷第3期華北科技學(xué)院學(xué)報2013年7月超臨界水對褐煤、長(cháng)焰煤氣化的實(shí)驗研究鄭少華李明通冉孟膠鄧新黃潔°(華北科技學(xué)院,北京東燕郊101601)摘要:超臨界水對褐煤和長(cháng)焰煤的氣化實(shí)驗研究表明煤的變質(zhì)程度越低、煤樣的顆粒越小氣化率越高;催化劑的種類(lèi)對氣化效果有著(zhù)顯著(zhù)影響, KOH可使褐煤獲得的氣體轉化率達94. 65% ,KG0 ; 獲得氣體的轉化率為73. 58%。超臨界水對褐煤長(cháng)焰煤氣化的主要產(chǎn)物是H2、CH4、C2H。、G2H4、CO。實(shí)驗對低燃燒值的褐煤通過(guò)深加工而變?yōu)楦郊又档墓I(yè)燃料具有理論和實(shí)際意義。關(guān)鍵詞:褐煤;長(cháng)焰煤;超臨界水;氣化;粒徑中圖分類(lèi)號: TD844文獻標識碼:文章編號: 1672 -7169(2013)03 -0020 -040引言法為主,超臨界水方法測起步較晚,目前很停留在作為潔凈、高效利用煤炭的先進(jìn)技術(shù)的煤炭氣實(shí)驗階段,但已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,例如在溫度液化技術(shù)是我國能源領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的對象。褐煤、對不同煤直接液化性能的影響的研究方面就取得長(cháng)焰煤是煤化程度最低的兩種礦產(chǎn)煤,化學(xué)反應性了很大進(jìn)展5,獲得了23%的氣化率和60%的強,在空氣中容易風(fēng)化,不易儲存和運輸。目前工液化率的實(shí)驗成果;在催化劑對氣化影響的研究業(yè)上主要將其作為配煤使用,降低了褐煤、長(cháng)焰煤也取得了很大進(jìn)展'5-8] ,特別是在KOH的作用方的經(jīng)濟價(jià)值。近年來(lái),超臨界水因其優(yōu)異的性能在面研究得很深人”。然而在煤樣顆粒大小及其航空航天、食品以及有機廢棄物處理等領(lǐng)域正發(fā)揮與催化劑結合對褐煤氣化影響方面幾乎沒(méi)有人研著(zhù)不可替代的作用, 在能源轉化領(lǐng)域超臨界的獨特究,筆者經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗證實(shí)粒徑和催化劑類(lèi)型性能也日益被眾多的研究機構發(fā)現和認可,在超臨對氣化效果有著(zhù)顯著(zhù)影響。界水中將豐富的低階煤炭轉化為清潔氣體,轉化過(guò)1超臨界水對褐煤和長(cháng)焰煤的氣化實(shí)驗程無(wú)污染,燃燒產(chǎn)生的二氧化碳 容易捕獲等特點(diǎn)，1.1實(shí)驗原料并且提高了褐煤、長(cháng)焰煤的利用率。原料1:褐煤由于褐煤和長(cháng)焰煤巨大的儲量和易于氣化、煤樣是取自?xún)让晒懦喾迨性獙毶降V6號煤層液化的性質(zhì),國內外許多學(xué)者對此都進(jìn)行過(guò)研究。褐煤。1812年4月30日世界上第- -家具有工業(yè)規模的6號煤層:位于寶山組含煤地層的下層段,煤煤氣公司一倫敦威斯 敏斯特煤氣照明和焦炭成層自然厚度0.37 ~17. 17 m,平均2.28 m,埋深為立" ,標志著(zhù)煤氣事業(yè)進(jìn)人工業(yè)化時(shí)代。幾年之112. 47 ~544.31 m,平均380. 39 m。后,美國、德國、比利時(shí)等國相繼發(fā)展了自己的煤該煤層呈黑褐色至黑灰色,瀝青光澤或油脂氣化工業(yè),進(jìn)入20世紀,煤氣化工業(yè)已經(jīng)蓬勃發(fā)光澤,具條帶狀結構。含鏡煤及亮煤較多,屬于光展,幾乎遍及世界各地。氣化的目的主要是制取亮型或半亮型煤。煤巖組分為鏡煤亮煤、暗煤組氫氣。目前制取氫氣的方法有兩大類(lèi),一類(lèi)是氣成,以暗淡煤為主,夾絲炭層,具貝殼狀斷口,含粘化爐法,另一類(lèi)是超臨界水法。其中以第- -類(lèi)方土質(zhì)黃土礦及方解石等礦物雜質(zhì)。表1寶馬煤礦6號可采煤層煤質(zhì)一般特征表項目最小-最大最小-最大.工業(yè)分析(% )平均(點(diǎn)數)St.d(%,發(fā)熱量(M1/kg)平均(點(diǎn)數)煤層編號Madid中國煤化工Qnet,d7. 66 -26.017. 67 -31.8337. 06-46.1228. 08 -30. 916MHCNMHG:5917. 43( 16)15. 90(16)43. 33(14)。-.. ...1)29.63( 13 )①收稿日期:2013-05 -16②作者簡(jiǎn)介:鄭少華(1991-),男,山東臨沂人,華北科技學(xué)院地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)在讀學(xué)生。20第3期鄭少華等:超臨界水對褐煤、長(cháng)焰煤氣化的實(shí)驗研究6號煤層原煤水分(Mad)為7.66%~煤樣是取自甘肅天祝三號井的長(cháng)焰煤,此區26. 01% ,平均17.43% ;原煤( Ad)灰分為7.67% ~煤分 為上、中兩層。本次試驗采用上層煤。31. 83% ,平均為15. 90% ,為低灰煤;揮發(fā)分( Vdaf)該層煤屬較穩定型中厚煤層,一般呈黑色,具.為37.06% ~46. 12% ,平均43.33% ;全硫(St,d)分玻璃及瀝青光澤,條痕為深棕色。塊狀構造,性為0.46% ~4. 32% ,平均1.51% ,屬中高硫分煤;發(fā)脆,較堅硬,結構較均--,主要由鏡煤與亮煤組成，熱量( Qb,d)為18. 34 MJ/kg ~24.59 M]J/kg,平均為有時(shí)夾雜暗煤條帶。斷口為貝殼狀及平坦狀。燃21. 44 M]J/kg, 為低熱值煤;透光率32.06% ~燒時(shí)具長(cháng)焰及濃煙。上層煤為堅硬的塊狀,具強46. 42% ,其煤質(zhì)牌號為褐煤二號。玻璃及油脂光澤。原料2:長(cháng)焰煤表2甘肅天祝三號井 可采煤層長(cháng)焰煤煤質(zhì)一般特征表項目最小-最大.最小-最大工業(yè)分析(% )平均(點(diǎn)數)St,d (%)發(fā)熱量(卡/克)煤層編號AcVdafQr,c4.18-14.3140.4-47.20. 66-1.86 .7710二8070上層8.45(38 )43. 54(36)1. 09(22)7889(26)上層煤屬特低灰低硫特低磷高揮發(fā)分煤。機物質(zhì)強大的融合能力,對褐煤進(jìn)行氣化液化,最原煤灰分( Ad)為4. 18% ~ 14.31%,平均為終 獲得可燃氣體和有的有機溶液。8.45% ;揮發(fā)分( Vdaf)為40.4% ~47.2%, 平均實(shí)驗采用“單- -變量法”，通過(guò)反復的實(shí)驗43. 54% ;全硫(St,d)分為0.66% ~1. 86%,平均從中得到獲得可燃氣體和液體的最佳實(shí)驗1. 09% ;發(fā)熱量(Qr,d)為7710~ 8070 K/g,平均條件。為7889 K/g;平均最大反射率(硅光)為0.531%(1)無(wú)催化劑條件下亞臨界水對褐煤的氣~0.558%，其煤質(zhì)牌號為長(cháng)焰煤?；夯?此外,多組實(shí)驗加入了質(zhì)量分數為10%左右(2)不同催化劑條件下超臨界水對褐煤的氣的K0H或KzCO,以便提高煤樣的氣化率和液化、液化;化率。(3)不同煤粒徑條件下超臨界水對褐煤的氣1.2 實(shí)驗裝置●裝置為WFY -2型高壓反應釜。(4)無(wú)催化劑條件下超臨界水對長(cháng)焰煤的氣●工作壓力: 30 MPa?！窆ぷ鳒囟? 400C(5)不同催化劑條件下超臨界水對長(cháng)焰煤的●反應釜容量:1000 ml氣化液化;另外,實(shí)驗裝置還包括監控攝像頭、電腦;電(6)不同煤粒徑條件下超臨界水對長(cháng)焰煤的子稱(chēng)高目數不銹鋼網(wǎng)(1英寸400日)、藥匙、橡氣化、液化膠管、集氣瓶、量杯等。2結果與討論1.3實(shí)驗環(huán)境:2.1煤種的影響超臨界水(壓力達到220個(gè)大氣壓、溫度達.煤樣粒徑大小相同.添加相同質(zhì)量的煤樣、到374C時(shí)的水)。超臨界水具有兩個(gè)顯著(zhù)的特H中國煤化工界(壓力達到220個(gè)性:一是具有極強的氧化能力;另- -個(gè)特性是可以CN M H G條件下,對比長(cháng)焰煤和與油等物質(zhì)混合,具有較廣泛的融合能力。褐煤的實(shí)驗結果可得:(1)使用相同的催化劑,1.4實(shí)驗的基本思 路相同的煤樣粒徑，褐煤的轉化率高于長(cháng)焰煤的利用超臨界水極強的氧化能力和對非極性有轉化率;(2)使用相同的煤樣粒徑,加入催化劑21第10卷第3期華北科技學(xué)院學(xué)報2013年7月K0H比加入催化劑K2CO3褐煤和長(cháng)焰煤的轉化374C)條件下,煤樣粒徑大小對煤氣化、液化煤率高;(3)在相同的煤樣粒徑的前提下,對于褐樣轉化率及液體轉化率的影響見(jiàn)圖?？梢钥闯?煤,加入催化劑K2CO3的液化率比加入催化劑對褐煤而言，使用相同的K0H固體催化劑,煤樣K0H的液化率高;對于長(cháng)焰煤，加人催化劑粒徑越小,褐煤的轉化率越高,若使褐煤的液體轉KOH的液化率比加入催化劑K2CO3的液化率化率較高,則煤樣粒徑越大越好;對長(cháng)焰煤而言，高;(4)使用同樣的催化劑,若使長(cháng)焰煤和褐煤使用相同的K2CO3固體催化劑,煤樣粒徑越小，長(cháng)的液化率較高,則煤樣粒徑大的效果較好。焰煤的轉化率越高,若使長(cháng)焰煤的液化率較高,則2.2粒徑大小的影響煤樣粒徑越大越好。綜上所述,可知:兩種煤樣粒添加相同質(zhì)量的煤樣、純凈水及固體催化劑徑越小，其轉化率越高,而其液體轉化率反而同在超臨界(壓力達到220個(gè)大氣壓、溫度達到越低。褐煤粒徑對轉化率的影響長(cháng)焰煤粒徑:對轉化率的影響00 r94.4640 |37.66189.4735 -8030.23050 500.9- -2.0mm出2500.9- 2.0mm2.0- 2.8mm爾22.0-2.8mmI 401510.751(205.8550媒樣轉化率煤樣液化率煤樣轉化率2.3不同種類(lèi)催化劑的影響相同的水煤比，相同的煤樣粒徑(0.9 ~煤樣粒徑大小為0.9~2.0mm,添加相同質(zhì)2.0mm),同在超臨界狀態(tài)條件下,添加催化劑量的同種煤樣、純凈水,同在超臨界(壓力達到K0H的催化效果比K2CO3要好,更有助于提高220個(gè)大氣壓、溫度達到374C)條件下,對煤褐煤的轉化率;然而加入催化劑K2CO3的液體轉催化氣化、液化煤樣轉化率及液體轉化率的影化率比加入催化劑KOH高。對長(cháng)焰煤而言，響見(jiàn)圖?？梢钥闯?添加催化劑比不添加任何KOH的催化效果比K2CO3效果好，表現在煤樣催化劑,更能提高煤樣轉化率和液體轉化率,并轉化率和液體轉化率兩個(gè)方面。且固體催化劑的作用不容小覷。對褐煤而言,催化劑對褐煤轉化率的影響催化劑對長(cháng)焰煤轉化率的影響百分比10050 46.648406(0煤樣轉化率||0煤樣轉化率煤樣液化率 ]20 I[ 30.4812.78中國煤化工2([HCNMH GKOHK2CO322第3期鄭少華等:超臨界水對褐煤、長(cháng)焰煤氣化的實(shí)驗研究3結論性質(zhì)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,(04) :386- 390實(shí)驗證明了褐煤和長(cháng)焰煤在超臨界水中的氣[3] 易海波,王亞明,陳秋玲.煤直接液化催化劑化是可行的,并且煤的轉化率、可燃氣體的產(chǎn)出量研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊, 2006,(10):52 -55都較高,并得出煤粒徑、催化劑( KOH、K,C03)、煤[4] 田新娟,楊平平,李育輝。溫度對不同煤直接種對氣化的影響規律,對提高褐煤和長(cháng)焰煤的利液化性能的影響[J].陜西煤炭, 2009,(2):用價(jià)值具有重要的意義。4-6就本實(shí)驗而言,國內超臨界水技術(shù)已經(jīng)較為[5] 衛小芳,黃戒介,房倚天.堿金屬對褐煤氣化成熟,這對褐煤和長(cháng)焰煤汽化液化技術(shù)的研究和反應性的影響[J].煤炭轉化,2007 ,30(4):工業(yè)生產(chǎn)提供了前提保障。本次實(shí)驗所需要的條38 -42件相對簡(jiǎn)單,實(shí)驗產(chǎn)物產(chǎn)出率較高,主要產(chǎn)物是[6] 宮萬(wàn)福,田松柏,付曉恒.分析技術(shù)在煤液化油分析中的應用[J].潔凈煤技術(shù), 2004,H2、CH、C2H。、C2H4、CO和有機溶液,氣化產(chǎn)(02):47-52生氣體燃燒熱值高,無(wú)污染,燃燒產(chǎn)生的CO2容[7] 田宜靈,馮季軍,秦穎,陳麗,房金剛。超臨界易捕獲,實(shí)驗廢棄物便于處理,不污染環(huán)境,有利水的性質(zhì)及其在化學(xué)反應中的應用[J].化學(xué)于工業(yè)推廣。通報, 2002 ,(06) :396 -402參考文獻:[8] 孫冰潔,杜新,張榮. KOH對超臨界水中褐煤[1] 劉宗侖.煤氣工業(yè)發(fā)展史[M].中國建筑工業(yè)連續制氫的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2010,38.出版社,1986(5):518 -521[2] 楊馗,徐明仙，林春綿。超臨界水的物理化學(xué)Research on gasification of long - flame coal and lignite under the conditionof Supercritical WaterZHENG Shaohua ,LI Mingtong , RAN Mengiao ,DENG Xin ,HUANG Jie( North China Institute of Science and Technology ，Yanjiao Bejing - East 101601 )Abstract: The research on gasification of long - flame coal and lignite under the condition of SW ( Supercritical Water )shows thatthe lower metamorphism and the smaller particle size are，the higher gasification rate of long - flame coal and lignite is. ; Be-sides，catalysts has significant impact on the gasification rate. The catalyst KOH makes lignite gasification rate up to 94. 65%，K2CO3 make 73. 58% respectively. The main products of the experiments are H2、CH4、C2H6、C2 H4、CO. The experiments aresignificant for lignite to become the high value - added industral fuel by deeply proceessing in theory and practiceKey Words:lignite; long - flame coal ; supercritical water ; gasification; particle size中國煤化工YHCNMHG23