几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究_杨景标
第27卷第26期中国电机工程学报V ol.27 No.26 Sep. 2007
2007年9月Proceedings of the CSEE ?2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 26-0007-06 中图分类号：TQ546 文献标识码：A 学科分类号：470?10
几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究
杨景标，蔡宁生，李振山
(清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京市海淀区 100084)
Experimental Study on Steam Gasification of Lignite Char Catalyzed by Several Metals
YANG Jing-biao, CAI Ning-sheng, LI Zhen-shan
(Key Laboratory of Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education, Tsinghua University,
Haidian District, Beijing 100084, China)
ABSTRACT: Effects of alkali, alkaline earth and transition metals (K, Ca, Ni, Fe) on the steam gasification of a lignite char were investigated by a fixed-bed reactor, and the carbon conversions with time of different chars were examined. Experimental results show that K and Ca lower the gasification temperature by 110℃ and 70℃ respectively. Ni or Fe has some catalytic effect, but its activity is lower than that of the inherent minerals in the raw char. Steam gasification of the lignite char is catalyzed by the inherent minerals in raw lignite. Under a regime controlled by chemical reaction, the gasification rates of the chars loaded with K2CO3 and the demineralized char are constant with burn-off, indicating that the reactions are of zero order. The kinetics are well described by the homogeneous model for the raw chars and the chars loaded with Fe, and by the shrinking core model for the chars loaded with Ca and Ni.
KEY WORDS: catalytic gasification; lignite char; kinetics; metal catalyst
摘要：在固定床反应器中研究了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe对褐煤焦水蒸气气化的催化效果，测定了各种焦样的基碳转化率随时间的变化关系。实验结果表明，K和Ca金属使气化温度分别降低110℃和70℃；Ni和Fe对焦的水蒸气气化具有一定的催化作用，但其催化活性低于煤灰中所含金属的综合催化活性。褐煤原煤中内在的矿物质对其焦水蒸气气化具有催化作用。在化学反应控制区域内，添加K金属的焦样和脱灰煤焦水蒸气气化的气化速率在整个转化率范围内保持不变，气化反应级数为0。添加Fe的焦样和原煤焦样水蒸气气化动力学符合均相反应模型。对于添加Ca和Ni的焦样，其气化动力学可由缩核模型来描述。
关键词：催化气化；褐煤焦；动力学；金属催化剂
基金项目: 国家863高技术基金项目(2003AA501330)。
The National High Technology Research and Development of China(863 Programme)( 2003AA501330 ). 0 引言
我国褐煤资源丰富，褐煤产量增长迅速，因此，褐煤的合理利用问题显得日益重要[1]。褐煤的一个重要用途是气化，在我国用得最多的是固定床气化[1]。高温气化造成煤气显热大、煤气冷却强度大和煤气的净化困难等问题[2]。为了在煤水蒸气气化制氢的同时，获得纯度高的CO2，Lin等人提出了HyPr-RING系统[3-4]，该系统使用钙基吸收剂来固定CO2。要使CO2与CaO反应，气化炉的工作条件为高压(≤7MPa)和中低温(625~850℃)，此温度范围限制了煤焦的气化[4-5]。对于Lin等人所提出的HyPr-RING系统，由于气化温度低，基碳的目标转化率为50%，煤焦的转化率很低[4]。为了加快反应速率以降低气化温度，有催化作用、在中低温条件下的煤气化技术越来越引起研究者们的重视[6]。
碱金属、碱土金属和过渡金属是煤气化的主要有效催化剂，关于各种金属对煤气化的催化效果有大量的研究报道[7-11]。为考察各种金属对煤水蒸气气化的催化效果，研究者一般把催化剂添加到经过酸洗脱灰预处理的煤样中[12-14]。酸洗脱灰处理使煤的结构发生变化，从而改变了煤的气化特性，不能揭示煤的本质反应特征[15-17]。
本文研究中低温条件下煤焦水蒸气催化气化，将催化剂直接添加到不经过酸洗脱灰处理的原煤中以制备焦样，考察几种典型碱金属、碱土金属和过渡金属对煤焦水蒸气气化的催化效果。
1 实验部分
1.1 固定床反应器系统
煤焦的制备和气化实验在自行设计的固定床
8 中国电机工程学报第27卷反应器中进行。实验系统的流程和反应器的具体结构如图1和图2所示。
质量流
量控制器
过滤器
截止阀
背压阀
止回阀
三通阀
平流泵
压力表
图 1 固定床反应系统示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the fixed-bed reactor system
载气
气体产物
石英管
图 2 固定床反应器的具体结构
Fig. 2 Details of the fixed-bed reactor
反应器由不锈钢管和石英管组成，石英管的长度和内径分别为680和10mm。在距离石英管底端325mm处用石英烧结制成固定床。反应器由电炉加热。在气化实验中，去离子水和载气分别由平流泵和质量流量计从反应器的顶部送入。如图2所示，水经过预热蒸发段发生水蒸气。预热蒸发段由约50mm的陶瓷片填充组成，其作用是使水蒸气的温度和流速均匀。气化产物流出反应器后，经过气/液分离器，水蒸气完全冷凝，气体产物通过气相色谱(GC)进行分析。由于GC要以Ar作为载气，本文中以Ar作为反应系统的载气。反应器的温度由铠装热电偶测量。
1.2 催化剂的添加和煤焦的制备
本研究使用宝日希勒褐煤(BL)作为原煤样，原煤的煤质分析和灰的组成分别如表1和表2所示。煤样粒径为50~200μm。所添加催化剂前驱物K2CO3、Ca(NO3)2·4H2O、Ni(NO3)2·6H2O和 Fe(NO3)3· 9H2O均为分析纯。按金属原子质量与原煤质量比为5％加入催化剂前驱物。采用浸渍法添加催化剂，添加过程为：将称量好的催化剂溶于去离子水中，配成40mL 的溶液，然后将原煤10g加入溶液中，用玻璃棒搅拌均匀，接着利用电动搅拌器搅拌3h，静置30min，之后在105℃下烘干。
表1煤的工业分析和元素分析
Tab. 1 Proximate and ultimate analyses of coal sample
M ad A ad V ad FC ad C ad H ad N ad S ad O ad (diff) 3.8910.8937.3147.9163.09 4.17 0.96 0.3316.67
表2煤灰成分分析
Tab. 2 Ash constituent analysis % SiO2 Al2O3Fe2O3CaO MgO K2O Na2O SO3 43.2713.97 12.75 15.5 4.72 0.38 0.86 6.77
煤焦的制备在上述的固定床反应器中进行。制焦压力为101.325kPa，载气为Ar，流量为300 mL/min。升温速率为30℃/min，从室温加热到900℃，在终温处恒温30min。煤焦的气化反应性受热处理过程的影响，但本文中所有煤焦的制备条件一致，满足气化特性相比较的条件[18]。原煤样、添加K2CO3、Ca(NO3)2、Ni(NO3)2、Fe(NO3)3和脱灰煤所制成的焦分别记为Raw-char、K-char、Ca-char、Ni-char、Fe-char和Dem-char；Dem-char为原煤经HCl、HF 酸洗脱灰得到的煤样，Dem-char含灰量为0.57%，可以忽略煤中矿物质对Dem-char气化的影响[19]。
第26期 杨景标等： 几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究 9
各种焦样的元素分析列于表3。
表3 焦样的元素分析
Tab. 3 Ultimate analyses of char samples
w t / %
焦样 C H N S,O(diff)
Raw-char 74.87 0.42 0.65 24.06 Dem-char 84.61 0.29 0.81 14.29
K-char 68.19 0.19 0.52 31.10
Ca-char 67.45 0.28 0.65 31.62 Ni-char 74.17 0 0.22 25.61
Fe-char 74.09 0 0.46 25.45
对所制的焦样进行原子吸收分析可以得到各
种金属的百分含量，从而可以计算金属与C 元素的
摩尔比；Raw-char 中n ([Ca]+[Fe]+[Mg])/n (C)= 0.0036；
Dem-char 中有催化作用的金属氧化物可以忽略不
计；煤灰中有催化活性的金属相对于所添加的金属
很少，原子吸收分析后计算结果为：K-char 中n (K)/
n (C)=0.0381和n ([Ca]+[Fe]+[Mg])/n (C)=0.0025，
Ca-char 中n (Ca)/n (C)=0.0431和n ([Fe]+[Mg])/n (C)=
0.0020，Ni-char 中n (Ni)/n (C)=0.0230和n ([Ca]+[Fe]+
[Mg])/n (C)=0.0031，Fe-char 中n (Fe)/n (C)= 0.0251和
n ([Ca]+[Mg])/n (C)=0.0025。
1.3 实验条件的选择
气化实验在常压下进行。选取的最高气化温度
为890℃，在此温度下，初步的实验结果表明，当
样品的质量为200mg ，水的流量为0.28g/min ，Ar 的
流量为142 mL/min (STP)，在50~100、100~150、
150~200μm 3种粒径范围内，基碳转化率随时间的
变化不再取决于样品质量、粒径和水的流量，说明
已消除了扩散的影响，气化在化学反应控制区域内进行[20-22]。
1.4 实验步骤
在每一组实验中，约200mg 的煤焦均匀分布在
固定床中。对于每一种焦样，都进行750~890℃之间的3个温度的恒温气化实验。实验在Ar 气氛下加热，升温速率为约30℃/min 。当温度达到实验的设
定值，开始加入水。气化结束后，反应器自然冷却
到室温。采用GC 检测干基气体产物的体积浓度，GC 的采样时间间隔为5min 。由气体产物的浓度和
载气的流量，可以计算出各种气体的体积流量。每
一组实验至少进行2次以上重复性实验，保证数据
的可靠性。
2 实验结果与讨论
2.1 金属对气化的催化效果
基碳转化率X 定义为
24CO CO CH 0total
12()22.4V C C C X w C ++＝ (1)
式中：V 为从气化开始到某反应时间t 出口干基气
体总产量，L(STP)；C CO , C CO 2, 和C CH 4 分别为 CO 、 CO 2 和 CH 4 从气化开始到某反应时间t 的平均体积浓度，%；w 0为每次实验所用焦样的质量，g ； C total
为煤焦元素分析中的含碳百分比，
%。每次实验中，均记下石英管装料后的重量和气化完后石英管未
卸料时的总重量，石英管前后的质量差除以焦样中
的含碳量可计算总的基碳转化率，由此计算得到的
转化率与式(1)的计算结果吻合。本文中的基碳转化
率由式(1)计算。
图3为一典型的气体产量随时间的积分值，由
此可以计算基碳转化率。图4给出了890℃下各种
焦样的转化率随时间的变化。从图4可以看出，脱
灰后的焦样的反应活性最低，由于气化在化学反应
控制区域进行，这证明褐煤中的矿物质具有催化作
用，这归因于表2所示煤灰中含有有一定催化活性
的Fe 2O 3、CaO 、K 2O 、Na 2O 和MgO 等金属氧化物[16]。
K 和Ca 金属的催化作用明显，K-char 和Ca-char
的基碳转化率分别在25和45min 内达到95％；原
煤焦则需要60min 以上才达到相同的转化率。
Ni-char 和Fe-char 的气化反应活性低于原煤焦
Raw-char ，但高于Dem-char ；这说明Ni 和Fe 对焦
的气化具有一定的催化作用，但其催化活性低于煤
灰中所含金属的综合催化活性，其原因部分归结于
气体产量/m m o l
图 3 890℃下原煤焦气化气体产物积分值 Fig. 3 Cumulative yields of gaseous products from the
gasification of raw char at 890℃
图4 890℃下各种金属对气化的催化效果
Fig. 4 Effects of metals on char gasification at 890℃
10 中国电机工程学报第27卷
过渡金属Ni和Fe在气化过程中容易发生团聚和烧
结失活，同时降低了煤灰中具有催化活性的金属氧
化物的催化活性[20]。
2.2 气化温度降低的幅度
由于K2CO3和Ca的催化效果明显，本文主要考
察K2CO3和Ca使气化温度降低的幅度。从图5可以看
出，添加K2CO3的焦样在780℃时达到50%基碳转化
率的时间t与原煤焦在890℃时达到50%转化率的时
间t相等，表明K2CO3可以使气化温度降低110℃[23]。
Wang等人的实验结果表明，添加6%K2CO3使煤气
化温度降低150℃，Wang等人采用超洁净煤
(HyperCoal)作为基体，避免了K2CO3与煤中矿物质
反应而失活[9]。
如图5所示，添加Ca的焦样在820℃和原煤焦在
890℃时的基碳转化率变化曲线重合，即两者达到
50%基碳转化率的时间t相等，Ca使气化温度降低
70℃。虽然Ca-char中n(Ca)/n(C)高于K-char的n(K)/
n(C)，但由于Ca在气化过程中容易发生团聚和烧结
而失活[20]，导致Ca的催化活性比K的低。Ohtsuka
等人通过水煤浆和Ca(OH)2一起研磨制备煤样，实
验结果表明Ca使气化温度降低110~150℃，这是研
磨使Ca在煤中的分散度更高的缘故[24]。
图5催化剂使气化温度下降的程度
Fig. 5 Extent of the gasification temperature
lowered by K2CO3 and Ca
3 动力学模型
化学反应控制区域内的气?固反应的速率方程
一般表示为[20]
d
(1) d n
X
k X
t
=?(2) 当n=0时，气化速率不随转化率X变化。n=1时，式(2)为一级均相模型，其积分表达式为[20-22,24]
ln(1)
X kt
??=(3) 当n＝2/3时，表明反应动力学为缩核模型，此时(2)式的积分表达式为[20-22,24]
1/3
1(1)
X k t′
??=(4) 本文采用式(2)~(4) 3种模型来检验各种焦样水蒸气气化动力学。
n=0时主要是催化作用占主导的气化反应，此时基碳转化率随时间的变化为一直线[20,25]。图6给出了K-char和Dem-char的基碳转化率随时间的变化。从图6可以看出，不同温度下X随时间的变化均呈线性关系，表明反应级数为0。K2CO3的催化效果明显，在整个气化过程中起主导作用，K2CO3在制焦和气化过程生成有活性的中间体，这些活性中间体在气化过程中不断向焦的内部渗透[9,26]，使反应速率在气化过程中保持不变。如图6所示，对于脱灰煤焦，X随时间的变化也呈线性关系，这可能是由于脱灰后煤的孔结构发达，比表面积增大的缘故[23]，因为影响煤焦气化反应性的因素除了煤中内在的矿物质或所添加金属的催化作用以外，还包括孔隙结构和活性位数[25-27]。
图7给出了Fe-char和Raw-char在气化过程中?ln(1?X)与t的关系，其线性关系表明气化动力学符合均相模型。Miura等人的实验结果也表明纯焦和添加Fe的焦样的水蒸气气化动力学满足均相模型[20]。
对于Ca-char和Ni-char，1?(1?X)1/3与t的关系如图8所示，其直线关系表明添加Ca和Ni金属焦样的气化动力学符合缩核模型。Miura等人的实验结果表明添加Ni金属的焦样的动力学模型符合缩核模型[20]。Li等人对褐煤焦进行加压气化实验的结果表明，煤焦水蒸气气化速率方程满足缩核模型[21]。
图6转化率X与反应时间t的关系
Fig. 6 Relation between X and t for K-char and Dem-char
?
l
n
(
1
?
X
)
1
/
3
图7均相模型有效性验证
Fig. 7 Validity of the homogeneous model for the gasification of Raw-char and Fe-char
第26期 杨景标等： 几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究 11
1?(1?X )1/3
图8 缩核模型的有效性验证
Fig. 8 Validity of the shrinking core model for the
gasification of Ca-char and Ni-char
对于碱土金属Ca 和过渡金属Ni ，由于它们在气化过程中容易发生团聚和烧结失活[20]，其所形成的活性中间体很难向焦的内部渗透，气化反应开始在颗粒的外表面进行；随后，反应逐渐向颗粒内层移动，加上煤焦本身所形成的灰层，从而气化反应遵循缩核过程[22]。
4 结论
（1）以K 2CO 3和Ca(NO 3)2作为催化剂前驱物添加到褐煤原煤后，K 和Ca 金属使煤焦水蒸气气化速率加快，两者使气化温度分别降低110和70℃。Ni(NO 3)2和 Fe(NO 3)3作为催化剂前驱物时具有一定的催化活性，但其催化活性低于原煤中煤灰的金属氧化物的综合催化活性。褐煤中内在的矿物质对其焦水蒸气气化具有一定的催化作用。
（2）在化学反应控制区域内，添加K 的煤焦和脱灰煤焦样水蒸气气化的气化速率在整个转化率范围内保持不变，气化反应级数为0。添加Fe 的焦样和原煤焦样水蒸气气化动力学符合均相反应模型。对于添加Ca 和Ni 的焦样，其水蒸气气化动力学可由缩核模型来描述。
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收稿日期：2007-02-26。
作者简介：
杨景标(1978—)，男，广东电白人，博士研究生，动力工程及工程热物理专业，yangjb04@https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html,；
蔡宁生(1956—)，男，教授，博士生导师，主要研究领域为煤气化多联产及制氢等；
李振山(1975—)，男，讲师，主要从事近零排放的煤制氢基础研究。
（编辑王庆霞）
褐煤储存管理办法
褐煤储存管理办法（燃运分场） 批准：王志伟 审核：杨建维 编制：王伟军 2010年5月
褐煤储存管理办法 一、指导思想 为有效应对煤炭供应的紧张形势，最大限度的降低燃料成本，缓解企业面临的恶劣的经营状况，实现公司“生存年”的总体目标，在未进行设备改造的前提下安全、科学、合理的进行全烧褐煤工作，参照厂下发的全烧褐煤管理办法，燃运分场特制定褐煤储存管理办法。 二、全烧褐煤工作领导小组 组长：王志伟 副组长：杨建维、于岩 成员单位：宋立业、郝延超、赵大光、王志新、王伟军、运行各班班长及检修各班长 三、褐煤存储方式 1、从煤场取褐煤时，必须遵照“先堆先取、烧旧存新”的原则，定期对储煤场褐煤进行翻烧，做到清场彻底，不留底脚及边角陈煤。褐煤翻烧周期一般不超过一个月，冬季时间可适当延长。 2、正常情况下，煤场管理员应每天对煤场进行一次温度测试。在气温较高的季节，增加测温次数，并作好记录。 3、运行当班班长要了解堆取褐煤位置和时间，根据白班的设备状况，进行堆取褐煤，特殊情况请请示主任。
4、如煤堆温度超过60℃，应及时组织投入喷淋设备，如煤场温度超过80℃，必须及时进行翻烧。 5、褐煤按要求存储到三个煤场的指定地点。一煤场缓冲煤斗至北侧100米范围内存储珠斯花褐煤与霍林河褐煤混合煤种；二煤场北侧80米范围内储存霍林河褐煤，雨季时要用苫布苫盖；三煤场缓冲口80米范围内存储珠斯花褐煤或霍林河褐煤。 6、堆褐煤时，要用推土机碾压，确保煤里没有空气，防止自然 四、考核管理 1、没有按规定执行堆取煤作业，考核班长200元。 2、各段发现粉尘自然现象，考核班长500元。 3、没按规定冲洗专责班组，考核班长200元。
脱灰预处理对水稻秸秆物化性-水蒸气气化反应特性的影响
文章编号:0253?2409(2015)05?0598?09 收稿日期:2014?10?22;修回日期:2015?01?14三 基金项目:国家重点基础研究发展规划(973计划,2011CB 201500);国家自然科学基金(51176130);辽宁省自然科学基金联合基金 (2013024019)三 联系作者:杨天华,女,博士,教授,研究方向为生物质能利用及能源利用过程污染控制三Tel :024?89728632;Fax :024?89724558;E?mail :thyang @https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html, 三脱灰预处理对水稻秸秆物化性/水蒸气气化反应特性的影响 杨天华,孙海朋,孙 洋,开兴平,李 杰,李润东 (沈阳航空航天大学能源与环境学院辽宁省清洁能源重点实验室,辽宁沈阳 110136) 摘 要:在固定床反应器中研究了水洗二不同浓度酸洗预处理对水稻秸秆物化性/水蒸气气化反应特性的影响三结果表明,水洗处理后稻秆中的钾二钠脱除率分别为90.5%和82.1%,酸洗处理后稻秆中的钾脱除率达到99.2%,而钠脱除率随酸种类略有差异,在84.6%~92.3%;酸洗并未改变稻秆中主要组分含量,但破坏了稻秆微观物理结构三比较不同浓度酸洗后稻秆的孔容二孔径分布二BET 比表面积发现,各指标的排列顺序均为水洗稻秆>3%硫酸洗后稻秆>原稻秆>7%硫酸洗后稻秆>10%硫酸洗后稻秆;各种预处理酸的浓度均为3%时,硫酸洗后稻秆的孔容二孔径分布二BET 比表面积最大,而磷酸洗后稻秆各指标则最小三水蒸气气化结果表明,钾二钠及丰富的孔径结构均能促进H 2的生成,且钾二钠对气化过程的作用明显强于孔径结构对气化过程的影响三水洗稻秆气化产气中H 2二CO 2的瞬时释放浓度高于酸洗稻秆;CO 二CH 4则相反三4种酸的浓度为3%时,稻秆气化中H 2二CO 2瞬时释放浓度与稻秆孔径分布呈正相关性;CO 二CH 4瞬时释放浓度则与稻秆孔径分布呈负相关性三4种酸浓度为3%时,孔径越丰富,气化速率越快三脱灰预处理虽降低了稻秆气化氢气产率,但提高了气化气体热值三 关键词:水稻秸秆;脱灰预处理;物化性;水蒸气气化;反应特性 中图分类号:TK 6 文献标识码:A Influence of deashing pretreatments on physicochemical properties and steam gasification reaction characteristics of rice straw YANG Tian?hua ,SUN Hai?peng ,SUN Yang ,KAI Xing?ping ,LI Jie ,LI Run?dong (College of Energy and Environment ,Shenyang Aerospace University ,Key Laboratory of Clean Energy ,Shenyang 110136,China ) Abstract :The influences of water?leaching and different concentration acid?leaching pretreatments on physicochemical properties and steam gasification reaction characteristics of rice straw (RS )were investigated in a laboratory fixed?bed reactor.The results show that after water?leaching ,the potassium and sodium in RS are removed by 90.5%and 82.1%,respectively ,and after acid?leaching ,the removal of potassium from RS reaches to 99.2%,and the removal efficiency of sodium with acids is between 84.6%and 92.3%.Acid leaching does not change the main component content of RS ,but destroys the microscopic structures of RS.The order of different concentration acid?treated RSs with respect to the three indexes including pore volume ,pore diameter distribution and specific surface area is :all water?leached RS >3%sulfuric acid?treated RS >raw RS >7%sulfuric acid?treated RS >10%sulfuric acid?treated RS.As the concentration of various pretreatment acids is 3%,the sulfuric acid?treated RS has the largest values of the three indexes and the phosphoric acid?treated RS has the smallest values of the three indexes.The steam gasification results show that potassium ,sodium and abundant pore structure all can promote hydrogen generation ,and the effects of potassium and sodium on gasification process are significantly stronger than pore structure.The H 2and CO 2instantaneous release concentration for water?leached RS is higher than that for acid?treated RS during gasification ;however ,it is contrary to CO and CH 4.When the four acids concentration is 3%,there is a positive correlation between H 2and CO 2instantaneous release concentration and the pore diameter distribution ;and there is a negative correlation between CO and CH 4instantaneous release concentration and the pore diameter distribution.The more abundant the pore ,the faster the gasification rate.Though deashing pretreatment decreases the H 2production ,it increases the calorific value of gasification gas.Key words :rice straw ;deashing pretreatment ;physicochemical property ;steam gasification ;reaction characteristic 在化石燃料日益枯竭及环境问题日益突出的双 重压力下,寻找可再生清洁替代能源迫在眉睫三生第43卷第5期2015年5月燃 料 化 学 学 报Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol.43No.5May 2015
褐煤提质技术的现状浅析
褐煤提质技术的现状浅析 发表时间：2014-11-25T15:53:17.903Z 来源：《价值工程》2014年第9月上旬供稿作者：贾梦阳 [导读] 中国富煤贫油少气，是世界上少数以煤炭为主要能源的国家。 Analysis of Current Situation of Brown Coal Quality Upgrading Technology贾梦阳JIA Meng-yang曰邰世康TAI Shi-kang（中国矿业大学（北京），北京100083）（China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083，China）摘要院我国有较为丰富的褐煤资源，随着我国经济的发展，煤炭能源的需求进一步扩大，对褐煤的加工利用的需求也不断增加，但是褐煤高水分，高灰分，低发热量以及易自燃等性质使得其不宜经过洗选加工后直接利用，同时也不利于煤炭资源的长途运输以及储运，所以褐煤提质技术逐步发展起来，针对国内外对褐煤提质的研究，总结了褐煤提质技术的分类以及进展，并结合我国褐煤发展的现状对提质 技术的发展方向进行了探讨。 Abstract: China has abundant lignite resources. As China's economic development, further expansion of coal energy is demanded, andthe demand for processing and utilization of brown coal are increasing. Howerer the brown coal has high moisture, high ash content and lowcalorific value and ease of spontaneous combustion and other properties, so it should not be directly used after washing and processing,while it is not conducive to long-distance transport and storage of coal resources, so browm coal quality upgrading technology is graduallydeveloping. For the studies on browm coal quality upgrading, this paper summed up the classification and progress of this technology，combined with the situation of China, discussed the development direction of brown coal quality upgrading. 关键词院褐煤；提质技术；发展Key words: brown coal；quality upgrading technology；development中图分类号院TQ536 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）25-0073-03 0 引言 中国富煤贫油少气，是世界上少数以煤炭为主要能源的国家。煤炭产量从上世纪80 年代超过10 亿吨后，一直稳居世界第一。 随着我国经济的日益发展以及对能源需求的不断增长，国内优质煤的供应日渐紧张，发展褐煤提质的技术以及应用可以缓解我国紧张用煤需求。 1 褐煤的特点褐煤是矿化程度最低的矿产煤，煤质特点是水分大、孔隙率达、挥发分高、不黏结、热值低，含有不同数量的腐殖酸，含氧量在15%-30%左右，热稳定性差，易风化不适合储存以及长距离运输，直接燃烧不仅热值低，而且污染环境，浪费巨大。提质后的褐煤，相比提质前，水分可以下降70%左右，发热量可提升6MJ/kg 左右，表面性质也会发生一定的改变，不仅有利于贮存和运输，而且有利于燃烧，发电，化工方面的使用，所以，提质成为了褐煤较为环保并高效的利用方式。 2 褐煤提质的技术现状褐煤提质指的是在一定的温度压力条件下，脱除褐煤的水分，含氧官能团以及多余的灰分，提高褐煤品质的过程。提质的方法主要有物理法和化学法，物理法的是将褐煤加热或与高温物质，如热烟气、过热蒸汽等，进行换热，脱除其中的水分和部分挥发分，提质过程中煤体不发生化学变化。化学法是在较高的温度下，在隔绝空气（或在非氧化气氛）条件下，褐煤发生热解反应，在脱除水分和大部分挥发分的同时，生成煤气、焦油、粗苯和焦炭或半焦的过程。此过程中，褐煤煤体发生了焦化和热分解等化学变化。 2.1 物理法物理法指的是干燥脱水提质，干燥法又分为两类：蒸发脱水提质，非蒸发脱水提质。 2.1.1 蒸发脱水提质褐煤蒸发脱水技术是指在较低温度下，通过使用过热蒸汽、烟道气或热油为干燥介质进行脱水的一种褐煤脱水干燥方法，下面介绍几种蒸发脱水提质的方法。 2.1.1.1 回转管式干燥工艺该工艺适用于褐煤的轻度干燥，在常压下褐煤在管式干燥器内在低压蒸汽的作用下被加热到100益左右，此时水分被蒸发出来，脱水后的空气通过除尘器和煤粉分离开，一部分空气进入回转窑作为脱水介质继续循环，剩余的排入大气。 此方法用于褐煤的快速、轻度干燥，但是干燥后不易长期储存、运输，干燥后的褐煤复吸现象严重，另外此法尾气排放量大，排空的粉尘较多，不环保且能耗大。 2.1.1.2 泽玛克（ZEMAG）褐煤干燥成型提质技术ZEMAG 技术工艺流程分为预制、干燥、破碎和成型。 褐煤经初步破碎处理后，进入管式干燥机，干燥后的褐煤经过进一步破碎以达到成型工艺要求的粒度，最后压缩成型。 该工艺采用低压饱和蒸汽作为干燥介质，运行成本低，三废排放少，具有较为成熟的运行经验。 2.1.1.3 褐煤脱水热压提质（HPU）HPU 技术是神华集团与中国矿业大学（北京）共同研究的课题，具体的工艺流程是：褐煤经过备煤系统破碎之后在6.4MPa 和150-350益的循环流化床高温烟气炉中被加热，通过粉煤直管式气流干燥装置，然后通过高压对辊成型机挤压成型。 此过程可脱去煤中80%左右的水分，同时发热量可提高约20%，经过热压作用，煤颗粒的孔隙减少，比表面积降低，而且煤分子的侧链含氧官能团如羧基，羟基，甲氧基等减少，一定程度上抑制了复吸作用。另外产出型煤的成型率较高，跌落试验效果好，对其长距离运输和电厂燃用有一定的意义。 2.1.1.4 UBC 褐煤提质技术UBC 褐煤提质技术的脱水介质为再生油（通常是石油的轻油）和重油，脱水介质和经破碎处理过的褐煤混合成煤浆，然后再蒸发器中加热，褐煤孔隙中的水分被蒸发，同时重油进入到褐煤的孔隙中，一定程度上阻止了褐煤的复吸现象并降低了自燃反应，在通过细颈盛水瓶回收煤浆中的油，之后用干燥机加热脱除吸附在煤中的油，最后将提质后的煤品压缩成型。 UBC 提质技术应用在印尼的Satui 矿，经过工业测试，体制后的褐煤发热量可升高一倍以上，普遍提高到26.96MJ/kg 以上，水分大幅减少，不过，提质同时会造成一定量的油品浪费。 2.1.1.5 BCB 提质技术BCB 提质技术是由澳大利亚White 能源公司研发的，具体的工艺流程为褐煤经过充分破碎后（小于3mm）在干燥筒仓中被300-400益的烟气快速升温至105-110益，通过“闪蒸式烘干”脱除煤中的水分，再经旋风分离器捕集后压缩成型，由于型煤在生产过程中会升温，为避免自燃现象，常通过喷水对型煤进行冷却处理。 技术不改变煤的化学性质以及焦化特性，加工成本低，但是由于冷却过程又进行喷水冷却，所以脱水的效果不明显。 2.1.1.6 Coldry“冷干”提质工艺澳大利亚亚太煤钢公司提出的冷干提质工艺，具体过程是：褐煤在设备中经“剪切”作用打破煤的碳结构，实现煤的脱水过程，因为整个分离过程在20益-30益下进行，所以称为“冷干”。破碎之后的煤，经过成型作用，形成煤条，之后自然断裂成为棒状的型煤，经过传输过程的吹风冷却，以及自然硬化作用之后，经过将近两天的蒸汽干燥就可获得最终的型煤产品。
褐煤提质技术分析(DOC)
褐煤提质技术分析 1、褐煤提质的必要性 近年来，世界优质煤炭资源越来越少，煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的褐煤开发利用被重视起来。拥有褐煤资源的国家现都积极研究褐煤作为燃料煤的使用方法和用量，其中德国、美国和俄罗斯作为储量大国，均将褐煤作为未来重要战略资源加以开发和利用。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，已探明的褐煤保有储量达到1300亿t，占到全国煤炭总储量的13%左右，迄今对褐煤尚未进行大规模的开发和利用。 褐煤是煤化程度最低的煤种，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化，含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大，挥发分一般在45％～55％。褐煤与其他煤种相比，含氧量高、灰分及灰熔点变化较大、密度小、易自燃，煤粉容易爆炸，褐煤中较高的水分含量，增加了褐煤的运输成本，长距离运输还会带来自燃和爆炸的问题，限制了褐煤向较远地区的运输。褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。褐煤若不经过提质加工将难以满足多种用户的质量要求。因此褐煤提质加工脱除褐煤中的水分，消除褐煤脱水后发生自燃、爆炸的潜在危险，从而提高褐煤品质，是扩大褐煤应用范围的关键。褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。 2、褐煤提质的意义 长距离运输高水分、低热值的褐煤在经济上是不合算的。美国曾对褐煤脱水后减少运输量的效果做过评估，一种水分42.52%、发热量2847kcal/kg的褐煤，经2.02Mpa的蒸汽处理后，水分降至14.43%，发热量增加到4315kcal/kg，相当于提高了热值51.6%。发电厂240万千瓦机组一年大约要用褐煤1100万吨，如果能将褐煤水分由36%降至16%左右，则一年可减少220万吨煤炭运输，节省运费6600万元。另一方面从锅炉燃烧角度来说，燃烧高水分褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降，当电厂使用脱水和提质后的褐煤，可以显著减少或避免电厂额定出力降低的现象。锡林郭勒盟2009年褐煤产量达到7000万吨，除盟内加工消化2000万吨外，其余煤炭均需要外运。5000万吨褐煤如果进行脱水提质，至少可以减少1000万吨运输量，可节约铁路运费15——20亿元（不包含海运费）。褐煤提质干燥前后的对比见表1。 表1 褐煤提质干燥前后的性质对比
关于褐煤论文
关于褐煤制样过程中具体干燥时间以及空气干燥基水分大小对低位发热量影响多少 的分析 作者：郑燕冰 单位：华能丹东电厂 地址：辽宁省东港市 关键字：褐煤；干燥时间；空气干燥基；低位发热量
摘要 由于煤炭价格的不断攀升，造成现今的电厂盈利水平不断下滑甚至亏损，就逼得电厂为了扭亏为盈要不断挖潜、节能降耗，降低运营成本，而电厂运营成本中燃料成本占70%以上的份额，所以就凸显处降低燃料成本的重要性。就目前的市场形式来看，掺烧褐煤降成本成为必然的趋势，所以深入的研究褐煤的特性就显得意义重大。此论文通过试验说明褐煤制样过程中根据季节、天气的变化，全水分煤样制备成分析煤样所需的干燥时间以及空气干燥基水分大小对低位发热量影响的分析，通过此文章可以得到这样的结论：煤样的干燥时间应随季节、天气的变化而变化，具体时间视煤样的干湿程度确定，不应一概而论；空气干燥基水分大小对低位发热量影响不成任何线性关系。
鉴于目前煤炭市场价格的不断上涨，特别是由于煤炭的日益紧张状况，致使电厂经营压力越来越大，所以未来火电机组大量掺烧褐煤是迫切而现实的需要，这就为我们这些从事燃料采、制、化专业的工作人员提出了一个新的课题，在此，我就褐煤制样及对比试验得出的数据，浅谈一下我的看法。 一、褐煤简介 褐煤是指煤化程度低的煤，外观多为褐色（少数为黑色），密度较小，硬度较小，水分较大，天然状态水分为30~60%， 空气干燥后仍有10~30%。 与烟煤的区别：含有腐殖酸。 特性：易风化破裂，不宜于长期存放。 褐煤具有：水分大、挥发分高、密度小，含氧量常高达15% ~30%，在空气中易于风化碎裂变质，发热量低，主要形成于侏罗 纪、第三纪。 褐煤与烟煤、无烟煤的区分： 无烟煤：干燥无灰基挥发分Vdaf ≤10% 烟煤：干燥无灰基挥发分Vdaf > 10% 褐煤：干燥无灰基挥发分Vdaf > 37% 透光率PM ≤50% 褐煤与烟煤中的长焰煤划分时辅以： 恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf ≤24MJ/kg 褐煤以透光率PM划分成：褐煤一、二号； 主要分布： 1. 内蒙古东部（宝日希勒、伊敏、扎赉诺尔、霍林河、大雁、
微型流化床反应分析仪中煤半焦水蒸气气化反应特性
2014年9月 CIESC Journal September 2014第65卷 第9期 化 工 学 报 V ol.65 No.9 微型流化床反应分析仪中煤半焦水蒸气气化反应特性 季颖1,2，曾玺1，余剑1，岳君容1，李奡明3，许光文1 （1中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190；2中国科学院大学，北京100049； 3美国阿美特克过程分析仪器部，上海 200131） 摘要：制备了在液氮中急速冷却和在氩气中自然冷却的两种半焦，采用扫描电镜（SEM ）、N 2吸附仪、红外光谱 分析仪（FTIR ）、X 射线衍射仪（XRD ）等方法系统比较了两种半焦的结构，并利用中国科学院过程工程研究所 研发的微型流化床等温反应分析仪（MFBRA ）研究包括动力学在内的水蒸气气化反应特性。研究发现：急速冷却 半焦（Char-Q ）具有更大的比表面积和更小的平均孔径，而自然冷却半焦（Char-S ）的石墨化程度更高。在MFBRA 中进行的气化反应结果揭示了Char-Q 具有更快的反应速率。且比较通过等转化率法算出的活化能发现：Char-S 水蒸气气化反应的活化能更大。利用MFBRA 不仅求得了半焦水蒸气气化的总C 转化的反应活化能（总体动力学），而且获得了生成各气体组分的反应（实际上为多个反应构成的体系）的活化能，实现了半焦水蒸气气化反应分析。因此，选择Char-Q 作为分析试样更能反映真实热态半焦的气化行为，而MFBRA 为深入研究涉及水蒸气参与的微 分反应特性提供了有效的仪器与方法。 关键词：水蒸气；气化；煤；急冷；制备；微型流化床反应分析仪；反应动力学 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.09.019 中图分类号：TQ 546 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）09—3447—10 Steam gasification characteristics of coal char in micro-fluidized bed reaction analyzer JI Ying 1,2, ZENG Xi 1, YU Jian 1, YUE Junrong 1, LI Aoming 3, XU Guangwen 1 （1State Key Laboratory of Multi -phase Complex Systems , Institute of Process Engineering , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190, China ; 2University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China ; 3Process & Amp , Analytical Instruments Division , Shanghai 200131, China ） Abstract : Two types of char were made through rapid quenching in liquid nitrogen (Char-Q) and natural cooling in argon (Char-S). Systematic comparison was performed for the chars in terms of structure and gasification characteristics measured in the micro-fluidized bed reaction analyzer (MFBRA), a well-proven isothermal reaction analyzer developed by Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences. Char-Q had the higher surface area but smaller average size of pores, while Char-S from slow cooling showed higher degree of graphitization. Gasification tests in MFBRA demonstrated that Char-Q had obviously higher reaction rate, and activation energy determined according to the iso-conversion method was higher for Char-S. Particularly, MFBRA enabled the determination of activation energy not only for the overall C conversion but also for the formation 2013-12-30收到初稿，2014-04-14收到修改稿。 联系人：许光文。第一作者：季颖（1990—），女，硕士。 基金项目：科技部重大仪器专项（2011YQ120039）；国家自然科学 基金项目（21306209, 21106156）；中国科学院战略性先导科技专项 （XDA07050400）。 Received date : 2013-12-30. Corresponding author : Prof. XU Guangwen, gwxu@https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html, Foundation item : supported by the National Instrumentation Program (2011YQ120039), the National Natural Science Foundation of China (21306209, 21106156) and the “Strategic Priority Research Program” of CAS (XDA07050400).
德国褐煤安全参数及褐煤粉尘仓储安全要求
北方华锦化学工业集团有限公司 辽宁，盘锦 项目地点：内蒙古东乌旗 年产100万吨合成氨160万吨尿素项目 德国褐煤行业，将粒度小于1mm的褐煤粉尘界定为危险物料，它们是褐煤容易发生自燃的根本性原因。 尤其危险的是，当褐煤扬尘浓度（当褐煤粒度小于1mm时，其粉尘具有了漂浮的特性，在很多输送设备的转运点非常容易形成扬尘环境）达到了爆炸下限，且接触到周围存在着点燃扬尘的能量源，例如员工违规遗留在现场的烟头，设备产生的火花等，会立刻发生爆炸，所造成的损失难以估量。 因此，一旦装置中涉及到褐煤粉尘，就必须严格遵守相关的安全条款，例如VDI，尽最大努力将风险控制在最低点。 当然，这就意味着对装置操作人员以及相关装置安全措施有着巨大的考验。企业除了要对操作人员进行严谨的培训外，还要在正确的位置设置相关的安全设备。 比如，通常德国褐煤行业都对有褐煤粉尘存在的装置安全提出了很高的要求，例如 相关的设备和输送系统中，不允许粉尘泄露到操作车间。 非褐煤处理设备上，严禁发生粉尘堆积，目的是为了防止由于粉尘堆积和扬起而发生火灾或者爆炸。当设备存在于褐煤粉尘环境下，那么必须对其进行ATEX安全标准认证，采取相关措施，以保障人员及财产的安全。 粉尘不能对装置操作人员产生负面影响 粉尘不能提高电机，轴承和减速机等敏感部件的磨损 尽可能降低褐煤的损失 鉴于褐煤粉尘的危险性，通常我们的褐煤安全系数测定以及相关安全措施的制定都是与德国的相关安全技术研究所合作完成的。 首先，我们说明一下有哪些褐煤的安全参数需要高度注意： 褐煤粉尘安全参数说明 为了能够安全可靠的处理燃料，以及设计相关的防爆设备和保护系统，其前提条件是要掌握相应物料的特性。所得到的特性参数并非物理系数，而是指导性参数。特别是它们的再现性以及比较性都是与相关的测试方法相关联的。 褐煤粉尘 粉尘的爆炸特性包含以下数据: o最大爆炸压力
褐煤提质成型新技术研究
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html, 褐煤提质成型新技术研究 作者：何芳菲 来源：《科学与财富》2013年第11期 1 概述 褐煤因具有热值低、含水量高、易风化破碎、易自燃等特点，给其燃烧、运输、储存等方面带来了很多困难。将褐煤干燥提质后，制成具有一定粒度和压实度的型煤，将使其各方面性能均优于原煤，并可有效解决褐煤在运输、储存过程中易风化破碎、易自燃等问题。因而，褐煤的干燥提质及成型技术成为近年来褐煤处理及应用方面的主要研究方向之一。然而由于褐煤具有流动性差、易燃、易爆、易粉化以及在输送过程中保温困难等特点，在实际操作过程中可能会因流程设计不合理而造成系统能耗高、局部积料、产生煤尘污染等问题，从而存在经济效益差、安全系数低、运行不稳定、成型率低等缺点。在上述背景下，在国内外现有褐煤提质技术的基础上，结合实验研究，参考国内外近年来的褐煤提质技术，将管式干燥褐煤提质新技术简介如下。 2 试验材料与工艺流程 2.1 试验材料 2.1.1 原煤煤质分析 本文以内蒙古呼伦贝尔褐煤为研究对象，对新型褐煤提质技术进行深入的试验研究和分析。原煤的工业分析、元素分析及热值如表2-1、2-2所示。 表2-1 原煤的工业分析 表2-2 原煤的元素及热值分析 2.1.2 工业示范装置 该装置由热源系统、干燥及粉碎系统、分离系统、热压成型系统、控制及检验系统等构成。其中热源系统采用低压蒸汽，干燥及粉碎系统由管式干燥剂与可变速粉碎设备组合而成，分离系统由静电除尘、筛分等设备组成，热压成型系统由喂料机、成型机等设备组成，控制及检验系统由电气控制柜、氧含量测定仪、各类压力、温度变送器、调节阀门等组成。 2.2 工艺流程 褐煤干燥和成型工艺过程包括褐煤干燥和成型工艺，褐煤干燥由原料储存、原料输送、 煤粒破碎、管式干燥机间接干燥工序组成。在破碎、筛分和干燥过程中，含水25% ～，
滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性
2014年3月 CIESC Journal ·993· March 2014第65卷 第3期 化 工 学 报 V ol.65 No.3 滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性 丁路，周志杰，赵冰，霍威，于广锁 (华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室，上海煤气化工程技术研究中心，上海 200237) 摘要：在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究，考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比(气 焦比)对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃，气焦比分别为 0.4:1、0.6:1和1:1。研究发现：滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H 2含量最高，CH 4含量最低。不同煤 阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升 高，神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H 2和CO 产率不断增大，H 2/CO 的比值则逐渐减小，碳转化率有不断增 加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下，当气焦比从0.4:1增至0.6:1，神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化 幅度不大（5%以内）；当气焦比从0.6:1增至1:1，北宿煤焦的碳转化率略微降低，而神府煤焦的碳转化率增幅则 在15%以上。 关键词：滴管炉；水蒸气气化；碳转化率；气焦比 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.03.032 中图分类号：TQ 54 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）03—0993—10 Characteristics of steam-gasification reaction of char with different coal rank in drop tube furnace DING Lu, ZHOU Zhijie, ZHAO Bing, HUO Wei, YU Guangsuo (Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering of Ministry of Education , Shanghai Engineering Research Center of Coal Gasification , East China University of Science and Technology , Shanghai 200237, China ) Abstract: The steam-gasification reaction characteristics of coal char was studied in a drop tube furnace (DTF). The effects of various factors, such as coal type, gasification temperature and mass ratio of steam to char(steam/char ratio) on the properties of gas products and carbon conversion had been investigated. The experiment temperatures were1100, 1200, 1300 and 1400℃, steam/char ratios 0.4:1, 0.6:1 and 1:1, respectively. The results showed that, for all coal char studied, H 2 content in gaseous products was the largest and CH 4 content did the smallest. The char from coal with different coal ranks, change of gasification temperature and steam/char ratio had effects on gas composition and carbon conversion for DTF steam-gasification. At steam/char ratio of 0.4:1, 0.6:1 and 1:1, for Shen-fu’ and Bei-su’char, CO and H 2 yield increased continuously and H 2/CO ratio decreased gradually when gasification temperature went up. The carbon conversion showed an increasing tendency with temperature increased. At gasification temperature higher than 1200℃, the change of carbon conversion of Shen-fu’ and Bei-su’char was not bigger 5%, although steam/char ratio increased from 0.4:1 to 0.6:1. 2013-05-29收到初稿，2013-07-22收到修改稿。 联系人：于广锁，周志杰。第一作者：丁路（1987—），男，博士研 究生。 基金项目：国家自然科学基金项目（21176078）；国家重点基础研究 发展计划项目(2011AA050106)。 Received date : 2013-05-29. Corresponding author : Prof. YU Guangsuo, gsyu@https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html,; ZHOU Zhijie ，zzj@https://www.wendangku.net/doc/6d3252662.html, Foundation item : supported by the National Natural Science Foundation of China(21176078) and the National High Technology Research and Development Program of China(2011AA050106).
煤焦-水蒸气气化机理的量子化学研究
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 目录 摘要................................................................................................................................I ABSTRACT......................................................................................................................II 第一章绪论. (1) 1.1课题背景 (1) 1.2煤气化反应与机理的国内外研究现状 (1) 1.3主要研究内容 (5) 第二章研究基础 (6) 2.1量子化学的发展 (6) 2.2基本原理 (7) 2.2.1薛定谔方程 (7) 2.2.2密度泛函理论 (8) 2.2.3过渡态理论 (8) 2.2.4内禀反应坐标理论 (9) 2.3煤焦模型与计算方法 (9) 2.3.1煤焦模型的选取 (9) 2.3.2福井函数 (11) 2.3.3计算方法 (14) 2.4本章小结 (14) 第三章锯齿形煤焦模型化合物与水蒸气气化反应过程 (15) 3.1Zigact模型化合物与水蒸气的气化 (15) 3.1.1路径Ⅰ的反应过程 (15) 3.1.2路径Ⅰ的过程图与能垒图 (20) 3.1.3路径Ⅱ的反应过程 (21) 3.1.4路径Ⅱ的过程图与能垒图 (23) 3.1.5两条反应路径的比较 (24) 3.2Zig模型化合物与水蒸气的气化 (25) 3.2.1路径Ⅰ的反应过程 (25) 3.2.2路径Ⅰ的过程图与能垒图 (30) 3.2.3路径Ⅱ的反应过程 (31) 3.2.4路径Ⅱ的过程图与能垒图 (33) 3.2.5路径Ⅲ的反应过程 (34) 3.2.6路径Ⅲ的过程图与能垒图 (36) 3.2.7三条反应路径的比较 (37) 3.3Zigact模型与Zig模型反应过程的比较 (37) 3.4本章小结 (38) 第四章扶手椅形煤焦模型化合物与水蒸气气化反应过程 (39) 4.1Armact模型化合物与水蒸气的气化 (39) 4.1.1H2O分子的吸附 (39)
低阶煤提质技术现状及发展建议_赵鹏
第21卷第1期 洁净煤技术 Vol.21No.12015年 1月 Clean Coal Technology Jan． 2015 低阶煤提质技术现状及发展建议 赵鹏1，2，3，李文博1，2，3，梁江朋1，2，3，谷小会1， 2，3 （1．煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院，北京100013；2．煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，北京 100013； 3．国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013） 摘要：为实现低阶煤的高效利用，分析了我国低阶煤的煤质特征，阐述了国内外低阶煤压缩成型、干 燥脱水和低温热解3类提质加工技术的主要特点，综述了国内外具有代表性的低阶煤提质技术的发展现状，重点介绍了国内低阶煤干燥脱水和热解提质的主要示范项目，并对我国低阶煤的利用提出建议。低阶煤热解提质后产物具有水分低，发热量高，不易自燃，便于运输和储存等特点，提高了可靠性和利用率，是未来低阶煤提质利用的重要方向。低阶煤的提质加工应充分考察我国不同地区低阶煤的煤质特征，逐步发展工艺条件温和，过程简单，适合我国低阶煤不同组成及结构特点的机械热压脱水工艺，适合与电厂集成的褐煤固体热载体法干馏技术等，同时开发多联产技术。关键词：低阶煤；成型提质；干燥脱水；热解提质；煤质特征中图分类号：TD849 文献标志码：A 文章编号：1006－6772（2015）01－0037－04 Status and development suggestion of low rank coal upgrading technologies ZHAO Peng 1，2，3，LI Wenbo 1，2，3，LIANG Jiangpeng 1，2，3，GU Xiaohui 1， 2，3 （1．Beijing Ｒesearch Institute of Coal Chemistry ，Coal Science and Technology Ｒesearch Institute Co．，Ltd．，Beijing 100013，China ； 2．State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization （China Coal Ｒesearch Institute ），Beijing 100013，China ；3．National Energy Technology and Equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control （China Coal Ｒesearch Institute ），Beijing 100013，China ） Abstract ：In order to utilize low rank coal efficiently in China ，the coal properties at home were analyzed．The drying and dewatering ，bri-queting and pyrolysis upgrading technologies for low rank coal treatment at home and abroad were compared．The characteristics and devel-opment situation of representative upgrading technologies were reviewed．The main demonstration projects of dewatering and pyrolysis at home were highlighted ，meanwhile ，some suggestions were put forward．The results showed that ，after upgrading ，the products had lower moisture and higher calorific value ， which was easy to transport and store．The research also pointed out that ，the development of upgrading technologies should consider fully the coal properties of different districts．With mild reaction conditions and simple process ，the mechanical thermal dehydration process （MTE ），solid heat carrier distillation process （DG ）and poly －generation technologies should be developed．Key words ：low rank coal ；briquetting and upgrading ；drying and dewatering ；pyrolysis ；coal properties 收稿日期：2014－07－03；责任编辑：白娅娜 DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2015．01．009 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB201303）；国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2011AA05A2034）；“十二五”国家科技支撑计划资助项目（2012BAA04B04）作者简介：赵鹏（1978—），男，辽宁本溪人，副研究员，硕士，从事煤炭直接液化及煤焦油加氢相关领域的研究。E －mail ：411296849@qq．com 引用格式：赵 鹏，李文博，梁江朋，等．低阶煤提质技术现状及发展建议［J ］．洁净煤技术，2015，21（1）：37－40． ZHAO Peng ，LI Wenbo ，LIANG Jiangpeng ，et al ．Status and development suggestion of low rank coal upgrading technologies ［J ］．Clean Coal Tech-nology ，2015，21（1）：37－40． 0引言 我国煤炭资源储量丰富，低阶煤占我国已探明储量的55%。其中褐煤占总量的13%［1］，长焰煤、弱黏煤、不黏煤等低变质烟煤占总量的42%。 2009年以来，我国低阶煤在煤炭总产量中的比例突破40%［2］。低阶煤具有碳含量低，水分高，挥发分高，易粉化自燃，浸水、落下强度差等特点，不适宜远距离输送，限制了低阶煤的直接利用，制约了其液化、气化和干馏等转化利用。低阶煤 7 3