生物质型焦的生产工艺及性能研究.pdf

第2 9 卷第5 期 2 0 0 0 年9 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y V 0 1 ．2 9N o ．5 S e o ．2 0 0 0 文章编号{ 1 0 0 0 。1 9 6 4 2 0 0 0 0 5 0 5 2 4 ．0 4 生物质型焦的生产工艺及性能研究 蔺任学，铷泽常，翊撤学 出表辩技大学诧点系，出末辚毒2 5 0 0 3 1 摘粪研究了用生物餍作粘结弃j 并采蓐千法冷压成型工艺将熘渫和羌烟蒜冷成成型，然后炭化制 取点蜘成型煞妁工艺．分捶了生物质添加量、烟煤辞类每配入繁渡麓成型压强对整焦绚抗压强 度、光学组织、气孔结构、微观强度和反应性的影响．结果表明，随着生物质添加量的增火，型堞的 抗压强度随之增大，但型焦的抗压强度降低；配入肥爆和焦煤所产登焦的光学各向异性强、大气 乳少、乳隙率低、反应性低、反瘟后强度离} 烟渫与无斓煤乏闻成焦麝为非熔融粘结，导致型焦反 应嚣强嶷嘎燕降低；生物震、螭煤、无螭垛三者链配比以1 8 5 5 ；2 7 为最佳． 关键词；生物质；型焦；显微结构；反应性 中豳分类号T Q5 2 0 ．6文献标识码A 高硫强粘结性烟煤用于炼焦会导致焦炭的硫 分偏高，用作燃料会排放出大墩S O 。而污染环境， 僵鬣以低硫无烟煤用予生产墅焦时，因烟煤中的大 部分琉缝裹瀑炭纯惹逸出n ] ，露裁褥低硫登焦．魏 外，利用生物质 农作物秸秆、秘壳，锯末、蔗鹱等 作为煤料成型的粘结剂代替焦油沥青，可扩大粘结 帮来源．采用千法冷压成型，物科混合简单，型煤水 分撩、炭托瓣同短。在藩本赫裁源舞发撬梅 N E D O 绿色援助计划 G A P 爨助下，我屋程临灏 建成了生物质型煤示范厂，以肥煤、消石灰、玉米秸 为原料，制取生物质型煤燃料．本研究以生物质、烟 煤、盂堰煤势擐辩，震菸干法冷惩戒篷工艺制备妥 煤，然后炭化制碍生物质型焦。 1 实验躲分 1 。’Z 宅流程 生物质测焦的生产工艺藏黎如蹦1 艨录。烟爨 和光烟煤用热空气干燥至水分小于1 “、粉碎至粒 度小于3m m ，生物质用热空气干燥至水分小于 l o ％、粉碎至长度3m m ，生物袋、烟煤和无烟煤按 比捌 1 8 ；5 5 ；2 7 混会好基，照滚压枧按压成型 成型压强3 2 0M P a ．型煤呈扰形，长轴4 2 ] f i l m ， 短轴3 8m m ，最厚处2 3m m ．炭化用燃气炉间接加 热 2 5 0 ～5 5 0 ‘C 的加热速度为3 ～5 “ C ／r a i n 。其它 温度下的加热速度为7 ～9C ／r a i n ，终濑9 5 0 C ， 保溉1h ，水熄焦．型煤和型焦的抗压强度用小型 压力试骏橇测定，鞋荦个拣形球静破坏撩力 k N 登焦 图1生物质型焦生产工艺流程 F i g ．1 T e c h n o l o g i c a lp r o c e s so ft h ep r o d u c t l o n o fb i o m a 亭sf o r m e dc o k e 1 ．2 蝥焦的光学维系和气芤结构的溯定 光学组织用L e i t zM P V 一3 攫交镛光驻徽辘测 定，薹} 为镰向同性、细艘镶嵌、粗粒镶嵌、流动状、基 础各向异性、其它 丝质、破片等 ，共6 类“3 ．型焦 的孔豫率用真相对密度和褫相对密发计算而褥．0 ． o l ～7 。5u m 壹经，下羁 气魏豹建经分毒摄C a r l o 一 2 0 0 压汞测孔仪测定，以各孔径塍闻礼容占总孔容 的酉分数表示．1 0 ～1 5 0 ／t m 气孔的孔径分布用 L e i t zM P V 一3 湿徽镜测定，以各礼径区问气孔数占 气孔总数瓣露分数表忝”1 ． 较藕鹫期。1 9 9 9 一1 2 1 2 基全璜目。山东省自然科学基焱资助项目 Q 9 8 8 0 6 1 2 2 作者篙舟。搿任学 t 9 6 6 ，舅，由东省临胸市人，I j j 东科技大学尉教授．工学博士，旗摹蒜热解研究- 万方数据 第5 期 周仕学等生物质型焦的生产工艺及性能研究 1 ．3 微观强度和反应性的测定 生物质型焦的微观强度 气孔壁强度和多孔体 强度 用显微强度仪测定的显微强度用2 0 ．3m m 颗粒的质量分数” 颗粒，。。 表示；结梅强度用 lm m 颗粒的羼量分数w 颗粒，，一 表示．粉焦 反应性用l1 0 0C 对C O 还原为C O 的百分数a 表示，反应1 0r a i n 的碳溶损率用R c R ，用反应消耗 量占试样鼙的百分数表示，反应后显微强度的降低 量用驱一。表示，结构强度的降低量用撼表 示c 3 ] 2 实验结果与讨论 2 ．1 工艺条件对生榜餍型焦抗捱强发的影响 实验用玉米秸、晋城元烟煤、兖州气煤、枣座肥 煤、古交焦煤的性质见表1 ． 裘1 实验用原辩的工业分斩和元素分析 T a b l e1 P r o x i m a t ea n du l t i m a t ea n a l y s e so fs a m p l e su s e di nt h ee x p e r i m e n t 生物质添加量、肥煤配入量、成型压强对型煤 和墅焦抗珏强度的影响如疆2 所示，由图2 可见， 生物质对保证型煤的强度是不可缺少的，但生物质 炭化后生成多孔炭，削弱了肥煤和无烟煤颗粒之阅 的结合力“] ，使型焦强度降低，生物质配人量1 8 ％ 时，既熊保{ 正型媒的强度最大，叉不至予过多地降 低型焦强度，肥煤的硬度小，比无烟煤易成型，而且 4 蚤3 i2 k l 0 01 4} 82 2 2 63 0 罅 生物质 ／％ 肥煤炭化时具有很强的旗绪性，能铡得毫强度的生 物质型焦，但是，肥煤配入夔过多时，粘结能力过 剩，因其结焦性轻差，反丽使型焦强度降低，聪煤配 入量5 5 ％时型焦强度最大．黼着成型压强的增大， 型煤和塑焦的强度都照著增大，但摄嘉成型压强会 使成墅能耗增大，以3 2 0M P a 为窟． f c 两2 工茳条件对型煤和趔焦抗压强度的影响 F i g ．2 E f f e c t so fp r o c e s sc o n d i t i o n so nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fb r i q u e t t ea n df o r m e dc o k e 2 ．2 一般性质 在最佳工艺条件下，生物履型焦的w V m f 1 ％，甜 S d t ％，钾 A a 2 0M P a ， 孔隙率 3 0 ％，此性能指标与隧本D K S 法、荚国 F M C 法等使用焦酒沥青作粘结剂所制型焦的相 当。枣庄肥煤硫分的震量分数高达2 ．6 6 ％，配以低 硫的生物质和无烟煤后型璨硫分的质量分数为1 ． 5 4 ％。肥煤中的硫大多易于热鳃逸出，从薅制得硫 分质量分数仅为0 。8 9 蟛的低硫型焦． 2 。3 光学组织袒气孔结构 烟煤种类对型焦光学组织的影响觅表2 。配人 气煤、目B 煤、焦煤的型焦，主要的光学组织分别为备 向同性 4 5 ．8 ％ 、粮粒镶嵌 3 1 ．8 ％ 、流动状 4 0 ．o ％ ，隧着烟煤变质程度的提高，獭焦光学各 向异性增强．与瞢通高炉焦相比，其各向同性组织 多，并含有源于无烟煤的1 8 ％左右的基础各肉异 性组织。 烟煤种类对型焦气孔结构的影响觅裘3 ，从气 煤到焦煤，随着烟煤变质程度的提高，型焦乳骧率 降低、0 ．0 1 ～7 ，5 ／z m 气孔飘容减小、l o ～1 5 0p m 气孔数减少．与普通高炉焦的气孔结梅相比，生物 质型焦中的大气孔少、孔隙率低． 万方数据 中国矿业大学学报第2 9 卷 表2 生物质型编的光学组织 型12Q 巳 i 烈 磐蠛些 竺 婪1 2 1 坐鲤 赡￡型竖 焦撵 各彝霹摊镶粒镶嵌燕蕴镶嵌藏蘸捷 基霜| l 各辩孬鞋莛它 表3 擞物质型焦的气孔结构 T a M e3 A n a l y s i so ft h ep o r es l r d u r eo f 撼。檬8 鞴f o r m e d 曲h e ％ 焦样 孔隙率0 蕊0 而0 等1 并01 篇l 导篷1 鲁i 5 孑1 磊一1 黑02 0 警篙麓0 0 _ 诼0 0 而5 面0．1 ～．1 1 m ．～Ⅲ～7 ．删气孔翠 ～ p m 2 0 ～l p m1 ～JM 1 气煤生物质型焦2 9 ．4 31 2 ．43 4 ．15 3 ．52 3 ，51 2 ．77 1 ．21 6 ．1 靶攥囊锯蠹鹫焦2 4 ．∞3 5 ．75 0 ，01 4 ，3l s ．83 3 ．1s 4 ．42 5 焦煤生物质型焦2 1 ．4 53 9 ．34 7 ．71 3 ．01 3 ．14 0 ．25 7 ．82 ．0 普通高炉焦3 l _ 6 72 9 ．24 9 ．52 1316 42 3 ．06 8 ．288 2 ．4 弦凝强度帮髭应往 烟煤种类对测焦微观强度和反成性的影响见 交4 ，肥煤具有较强购粘结性，焦煤具有较强的结 焦性，与气煤相比，所得型焦都具有较高的显微强 度和结构强度，且因光学各向异性强、孔隙率低，使 矮反应搜缭、碳港援少，爱蔽惹鳢褒强度拜羝穗较 少． 配入肥煤和焦煤所制褥的生物膜型焦与蒋通 离炉焦鞘院．虽然艇锾强度藕缝梅强度高、反斑往 和碳溶损率低，但烟煤与无烟煤以及嫩物质之间成 焦蜃为非熔融皴缨，致使其反应磊强度降低较多， 艇微强度多降低6 ％～1 1 ％，结构强度多降低4 ％ ～6 ％． 8 0 6 0 誉 稚4 e 2 0 o 俐 生物质J ／％ l a } 对气孔螭构的影响 生物蕨添船鼙对型焦的气孔结构和徽观强度 的影响如图3 所示，可见，随着生物威添加量的增 大，型焦肉o ．0 1 ～1 m 气我孔窖增太，秀虽巍于 生物质削弱了烟煤与无烟煤之间成熊时的熔融粘 结，致使微观强度降低，并且反应后强度明显降低． 裘4 生臻瓣謦焦熟擞凝强瘦弱菠痘牲 T a b l e4M i c r o s t r e n g t ha n dr e a c t i v i t y o fb i o m a s sf o r m e dc o k e％ 焦祥了蠹笋‰。一～，魄 气煤生物质拟焦7 5B6 324 572 6 ．5 3 642 r9 肥煤生物质裂焦8 8 ．4 7 3 ，43 4 ．1 { 9 ．23 221 8 ．2 焦煤生鐾艘聚焦8 9 27 2 ．83 l ，5l s ．2 2 77 { 8 ．1 普逢高妒焦 8 。．5 8 0 ．{ 4 9 ．1 2 々．82 1 ．4 1 2 ．3 w 生物质 ／％ b I 对擞观强度的影响 图3 生物质添加量对型焦显微结构的影响 F i g ．3 E f f e c t so fb i o m a s sc o n t e n to i lt h em i c r o s t r u c t u r eo ff o r m e dc o k e 3 缤论 1 烟煤中的犬部分硫缎高温炭化后逸出，从而 辨囊骧强犊结性烟煤秀主要藏辩，配羰躲藏无爝煤， 能制得低硫佃 s “ 1 ％ 测焦． 2 生物质对保证型煤的抗压强度是不可缺少 戆，毽是溅藿生耪褒添魏量瓣增大，囊焦籍气羲率增 火、微观强度降低、反应性增大、反应精强度明足降 低．肥煤的粘结性强、焦煤的结焦性强，用作配料骺 产摇焦静巍学各离弊侄强、夫气魏少、_ 往骧率舔、微 观强度高、反应性低、反应后强度高．合适的成型工 艺条件为，成型压强3 2 0M P a ，生物质添如量1 8 ％、 爝煤配入鼓5 5 ％． 3 用肥煤和焦煤作配料制得的生物质型焦与 案涎裹炉焦娟毙，气强率餐、缴理强废囊，毽是，爆煤 与无烟煤以及生物鹰之间炭化后为非熔融粘结，致 使反应后强度降低较多， 摹 万方数据 第5 期 周仕学等生物质型焦的生产工艺及性能研究5 2 7 参考文献 [ 1 ] Z h o uSX ，L i D X ，Y u H G ．S u l f u rr e m o v a ] f r o mh i g h s u l f u ra n ds t r o n g l yc a k i n gc o a lb yp y r o l y s i sa n ds l i g h t g a s i f i c a t i o n [ A ] ．P r o c e e d i n g so ft h eT e n t hI n t e r n a t i o n a I C o n f e r e n c eo i lC o a lS c i e n c e [ c ] ．T a i y u a n S h a n x iS e i ， e n e ea n dT e c h n o l o g yP r e s s ．1 9 9 9 ．1 5 6 9I5 7 2 [ 2 ] G a iPL ，M i c r o s t r u c t u r eo fc a r b o n s [ J ] ．C a r b o n ．1 9 8 9 ． [ 3 ] [ 4 ] 2 7 1 4 l 一5 3 ． 姚昭章．炼焦学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 5 ． 3 35 6 ． Z h o uSX ，N i eXW ，Y uHG ．R e s e a r c hoDt h eh i g h t e m p e r a t u r ep y r o l y s i so fh i g hs u l f u ra n ds t r o n g l yc a k i n g c o a l [ A ] ．P r o c e e d i n g so ft h eS e c o n dI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u monC l e a nC o a lT e c h n o l o g y [ c ] ．B e i j i n g C h i n a C o a lI n d u s t r yP u b l i s h i n gH o u s e ，19 9 9 ．9 2 1 9 2 6 ． R e s e a r c ho nP r o d u c t i o na n dP r o p e r t i e s o fB i o m a s sF o r m e dC o k e Z H O US h i x k l e ，I ．I UZ e c h a n g ，1 ．I UZ h e n x U e D e p a r t m e n lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ．J i ’n a n 。S h a n d o n g2 5 0 0 3 1 ．C h i n a A b s t r a c t B i o m a s s ，a n t h r a c i t e ，a n db i t u m i n o u sc o s lw e r eb r i q u e t t e da tn o r m a lt e m p e r a t u r ea f t e rb e i n gd r i e d a n dm i x e d ．T h ee f f e c t so fb i o m a s sc o n t e n t ，b i t u m i n o u sc o a lc o n t e n ta n db r i q u e t t i n gp r e s s u r eo nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h ，o p t i c a lt e x t u r e s ，p o r es t r u c t u r e ，m i c r o s t r e n g t ha n dr e a c t i v i t yo ff o r m e dc o k ew e r er e s e a r c h e e l ． T h er e s u l t ss h o wt h a tw i t ht h ei n c r e a s eo fb i o m a s s ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fb r i q u e t t ei n c r e a s e s ，b u tt h a t o ft h ef o r m e dc o k ed e c r e a s e s ．T h ef o r m e dc o k e u s i n gc a k i n gc o a la n df a tc o a la sa d d i t i v ei so fs t r o n g a n i s o t r o p y ，l o wp o r o s i t y ，l o wr e a c t i v i t y ，a n dh i g hp o s tr e a c t i o ns t r e n g t h ．T h eo p t i m u mp r o c e s sc o n d i t i o n s a r eab i o m a s sc o n t e n to f1 8 ％，ab i t u m i n o u sc o a lc o n t e n to f5 5 ％，a n dsb r i q u e t t i n gp r e s s u r eo f3 2 0M P a ． K e yw o r d s b i o m a s s ，f o r m e dc o k e ，m i c r o s t r u c t u r e ，r e a c t i v i t y 万方数据