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、長焰煤氣化的實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焰煤的氣化實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;催化劑的種類對氣化效果有著顯著影響, KOH可使褐煤獲得的氣體轉(zhuǎn)化率達(dá)94. 65% ,KG0 ; 獲得氣體的轉(zhuǎn)化率為73. 58%。超臨界水對褐煤長焰煤氣化的主要產(chǎn)物是H2、CH4、C2H。、G2H4、CO。實驗對低燃燒值的褐煤通過深加工而變?yōu)楦郊又档墓I(yè)燃料具有理論和實際意義。關(guān)鍵詞:褐煤;長焰煤;超臨界水;氣化;粒徑中圖分類號: TD844文獻(xiàn)標(biāo)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技術(shù)的煤炭氣實驗階段,但已經(jīng)取得了很大的進展,例如在溫度液化技術(shù)是我國能源領(lǐng)域重點發(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焰煤是煤化程度最低的兩種礦產(chǎn)煤,化學(xué)反應(yīng)性了很大進展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、長焰煤也取得了很大進展'5-8] ,特別是在KOH的作用方的經(jīng)濟價值。近年來,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(jié)合對褐煤氣化影響方面幾乎沒有人研著不可替代的作用, 在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域超臨界的獨特究,筆者經(jīng)過多次的實驗證實粒徑和催化劑類型性能也日益被眾多的研究機構(gòu)發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可,在超臨對氣化效果有著顯著影響。界水中將豐富的低階煤炭轉(zhuǎn)化為清潔氣體,轉(zhuǎn)化過1超臨界水對褐煤和長焰煤的氣化實驗程無污染,燃燒產(chǎn)生的二氧化碳 容易捕獲等特點，1.1實驗原料并且提高了褐煤、長焰煤的利用率。原料1:褐煤由于褐煤和長焰煤巨大的儲量和易于氣化、煤樣是取自內(nèi)蒙古赤峰市元寶山礦6號煤層液化的性質(zhì),國內(nèi)外許多學(xué)者對此都進行過研究。褐煤。1812年4月30日世界上第- -家具有工業(yè)規(guī)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(biāo)志著煤氣事業(yè)進人工業(yè)化時代。幾年之112. 47 ~544.31 m,平均380. 39 m。后,美國、德國、比利時等國相繼發(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),進入20世紀(jì),煤氣化工業(yè)已經(jīng)蓬勃發(fā)光澤,具條帶狀結(jié)構(gòu)。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,一類是氣成,以暗淡煤為主,夾絲炭層,具貝殼狀斷口,含粘化爐法,另一類是超臨界水法。其中以第- -類方土質(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(點數(shù))St.d(%,發(fā)熱量(M1/kg)平均(點數(shù))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作者簡介:鄭少華(1991-),男,山東臨沂人,華北科技學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)在讀學(xué)生。20第3期鄭少華等:超臨界水對褐煤、長焰煤氣化的實驗研究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焰煤,此區(qū)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(wěn)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(gòu)造,性為0.46% ~4. 32% ,平均1.51% ,屬中高硫分煤;發(fā)脆,較堅硬,結(jié)構(gòu)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,平均為有時夾雜暗煤條帶。斷口為貝殼狀及平坦?fàn)?。?1. 44 M]J/kg, 為低熱值煤;透光率32.06% ~燒時具長焰及濃煙。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:長焰煤表2甘肅天祝三號井 可采煤層長焰煤煤質(zhì)一般特征表項目最小-最大.最小-最大工業(yè)分析(% )平均(點數(shù))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,對褐煤進行氣化液化,最原煤灰分( Ad)為4. 18% ~ 14.31%,平均為終 獲得可燃?xì)怏w和有的有機溶液。8.45% ;揮發(fā)分( Vdaf)為40.4% ~47.2%, 平均實驗采用“單- -變量法”，通過反復(fù)的實驗43. 54% ;全硫(St,d)分為0.66% ~1. 86%,平均從中得到獲得可燃?xì)怏w和液體的最佳實驗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)牌號為長焰煤?；夯?此外,多組實驗加入了質(zhì)量分?jǐn)?shù)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 實驗裝置●裝置為WFY -2型高壓反應(yīng)釜。(4)無催化劑條件下超臨界水對長焰煤的氣●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焰煤的●反應(yīng)釜容量:1000 ml氣化液化;另外,實驗裝置還包括監(jiān)控攝像頭、電腦;電(6)不同煤粒徑條件下超臨界水對長焰煤的子稱高目數(shù)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(jié)果與討論1.3實驗環(huán)境:2.1煤種的影響超臨界水(壓力達(dá)到220個大氣壓、溫度達(dá).煤樣粒徑大小相同.添加相同質(zhì)量的煤樣、到374C時的水)。超臨界水具有兩個顯著的特H中國煤化工界(壓力達(dá)到220個性:一是具有極強的氧化能力;另- -個特性是可以CN M H G條件下,對比長焰煤和與油等物質(zhì)混合,具有較廣泛的融合能力。褐煤的實驗結(jié)果可得:(1)使用相同的催化劑,1.4實驗的基本思 路相同的煤樣粒徑，褐煤的轉(zhuǎn)化率高于長焰煤的利用超臨界水極強的氧化能力和對非極性有轉(zhuǎn)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褐煤和長焰煤的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率及液體轉(zhuǎn)化率的影響見圖。可以看出: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;對于長焰煤，加人催化劑粒徑越小,褐煤的轉(zhuǎn)化率越高,若使褐煤的液體轉(zhuǎn)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;對長焰煤而言，高;(4)使用同樣的催化劑,若使長焰煤和褐煤使用相同的K2CO3固體催化劑,煤樣粒徑越小，長的液化率較高,則煤樣粒徑大的效果較好。焰煤的轉(zhuǎn)化率越高,若使長焰煤的液化率較高,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(zhuǎn)化率越高,而其液體轉(zhuǎn)化率反而同在超臨界(壓力達(dá)到220個大氣壓、溫度達(dá)到越低。褐煤粒徑對轉(zhuǎn)化率的影響長焰煤粒徑:對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率煤樣液化率煤樣轉(zhuǎn)化率2.3不同種類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(dá)到K0H的催化效果比K2CO3要好,更有助于提高220個大氣壓、溫度達(dá)到374C)條件下,對煤褐煤的轉(zhuǎn)化率;然而加入催化劑K2CO3的液體轉(zhuǎn)催化氣化、液化煤樣轉(zhuǎn)化率及液體轉(zhuǎn)化率的影化率比加入催化劑KOH高。對長焰煤而言，響見圖?？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(xiàn)在煤樣催化劑,更能提高煤樣轉(zhuǎn)化率和液體轉(zhuǎn)化率,并轉(zhuǎn)化率和液體轉(zhuǎn)化率兩個方面。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(zhuǎn)化率的影響催化劑對長焰煤轉(zhuǎn)化率的影響百分比10050 46.648406(0煤樣轉(zhuǎn)化率||0煤樣轉(zhuǎn)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、長焰煤氣化的實驗研究3結(jié)論性質(zhì)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,(04) :386- 390實驗證明了褐煤和長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(zhuǎn)化率、可燃?xì)怏w的產(chǎn)出量研究進展[J].化工時刊, 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(guī)律,對提高褐煤和長焰煤的利液化性能的影響[J].陜西煤炭, 2009,(2):用價值具有重要的意義。4-6就本實驗而言,國內(nèi)超臨界水技術(shù)已經(jīng)較為[5] 衛(wèi)小芳,黃戒介,房倚天.堿金屬對褐煤氣化成熟,這對褐煤和長焰煤汽化液化技術(shù)的研究和反應(yīng)性的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2007 ,30(4):工業(yè)生產(chǎn)提供了前提保障。本次實驗所需要的條38 -42件相對簡單,實驗產(chǎn)物產(chǎn)出率較高,主要產(chǎn)物是[6] 宮萬福,田松柏,付曉恒.分析技術(shù)在煤液化油分析中的應(yīng)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(yīng)中的應(yīng)用[J].化學(xué)于工業(yè)推廣。通報, 2002 ,(06) :396 -402參考文獻(xiàn):[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(xù)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