一种利用生物质来提高低变质煤热解焦油产率的方法

1.本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种利用生物质来提高低变质煤热解焦油产率的方法。


背景技术：

2.我国陕北地区低变质煤具有“含油量高、储量大”的特点，采用高效清洁的热解工艺对其利用可效缓解国内石油资源愈加紧张的问题。但是由于煤的氢碳比低，导致其热解时煤焦油的产率较少。因此如何提高焦油产率是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用生物质来提高低变质煤热解焦油产率的方法，本发明能够进一步提高煤热解时的焦油产率。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种利用生物质来提高低变质煤热解焦油产率的方法，包括如下过程：
6.在利用煤热解获得焦油时，向煤中混入生物质；
7.其中，热解过程在惰性气体氛围下进行，煤与生物质的质量比为1：(0.1
‑
0.5)。
8.优选的，热解温度为500
‑
700℃。
9.优选的，热解时加热升温速率为8
‑
15℃/min。
10.优选的，所述煤采用低变质煤。
11.优选的，所述煤采用马淮东煤。
12.优选的，所述生物质采用秸秆、核桃壳、苹果木和木材中的任意一种或几种的混合物。
13.优选的，所述生物质采用松木屑。
14.优选的，所述惰性气体氛围为氮气氛围。
15.优选的，煤的粒径不超过200目。
16.优选的，生物质的粒径不超过200目。
17.本发明具有如下有益效果：
18.本发明在煤热解获得焦油时，向煤中混入生物质，生物质具有很高的氢碳比，其热解过程产生的富氢自由基碎片可以与煤中大分子芳香烃类化合物发生反应，促进其裂解，同时也可以作为供氢源来提高煤热解转化率。但是加入的生物质的量成为共热解过程中的一个重要问题，过多的生物质热解产物会附着在煤颗粒表面并发生结焦反应，抑制共热解过程中的挥发分释放。因此本发明控制煤与生物质的质量比为1：(0.1
‑
0.5)，在该条件下能够明显改善焦油产率，焦油产率可以达到11.58％
‑
15.82％。综上，本发明解决了煤热解焦油产率低的问题，同时对生物质资源进行了充分的利用。
附图说明
19.图1为本发明中不同条件下煤和生物质共热解的焦油产率与煤单独热解焦油产率的比较示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体的实施例对本方法作进一步地说明，本发明不受下述实施例的限制，可根据实际情况来确定具体的实施方式。
21.本发明利用生物质来提高低变质煤热解焦油产率的方法包括如下过程：
22.首先，对煤和生物质分别进行粉碎和筛分，取粒径不超过200目的两种原料。将煤与生物质以质量比为1：(0.1
‑
0.5)的配比进行共热解，热解温度为500℃
‑
700℃，升温速率为8
‑
15℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中完成煤与生物质共热解的实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，最后称取半焦总量。所述的煤种采用低变质煤；生物质为比较常见的秸秆、核桃壳、苹果木和木材中的任意一种或几种任意比例的混合物。
23.在上述方法的优选实施例中，选取的煤原料为马淮东煤，马淮东煤具有含油率高、发热量高和变质程度低的特点，选取的生物质原料为松木屑，松木屑具有丰富的木质素、纤维素。煤和生物质以在卧式固定床反应器中进行热解。
24.热解焦油的产率计算过程如下：
[0025][0026]
其中m
ad
代表水分含量，％；a
ad
代表灰分含量，％；m
tar
代表焦油质量，％；m代表混合原料质量，g；y
tar
代表焦油产率，％。
[0027]
本发明的上述方案中，利用生物质热解过程产生的富氢自由基碎片可以促进煤中大分子芳香烃类化合物发生裂解反应的作用，能够达到了提高焦油产率的目的，解决了低变质煤热解过程中焦油产率低的问题。
[0028]
实施例1：
[0029]
取50g马淮东煤与松木屑按质量比为1：0.1的共混物进行热解实验，将其放入热解反应器的石英管内进行热解，共热解实验温度为700℃，升温速率为8℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中进行马淮东煤与松木屑的共热解实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，通过产率计算公式对不同产物的产率进行计算。图1为本发明实施例1
‑
5的焦油产率与对比例的比较。结果显示，实施例1在温度为700℃、配比为1：0.1的条件下进行共热解得到的焦油产率比对比例(马淮东煤在700℃单独热解)的产率增加了5.78％，达到了11.58％，焦油产率显著提高。这是因为，松木屑热解过程产生的许多含氢的自由基碎片，这些小碎片会与煤中的大分子芳香烃类化合物发生作用，促进其裂解。同时，高的氢碳比可以阻止热解过程中的自由基碎片发生缩聚反应或与半焦进行二次反应。因此，产物中的焦油产量可以提高。
[0030]
实施例2：
[0031]
取50g马淮东煤与松木屑为1：0.2的共混物进行热解实验，共热解实验温度为650℃，升温速率为10℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中
进行马淮东煤与松木屑的共热解实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，通过产率计算公式对不同产物的产率进行计算。结果显示，实施例2在温度为650℃、配比为1：0.2的条件下进行共热解得到的焦油产率为12.98％，马淮东煤在650℃单独热解的焦油产率为5.21％，可以看出煤和生物质共混物进行热解时的焦油产率显著大于对比例(马淮东煤在650℃单独热解)的焦油产率。
[0032]
实施例3：
[0033]
取50g马淮东煤与松木屑为1：0.3的共混物进行热解实验，共热解实验温度为600℃，升温速率为10℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中进行马淮东煤与松木屑的共热解实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，通过产率计算公式对不同产物的产率进行计算。结果显示，实施例3在温度为600℃、配比为1：0.3的条件下进行共热解得到的焦油产率为15.02％，马淮东煤在600℃单独热解的焦油产率为4.61％，可以看出煤和生物质共混物进行热解时的焦油产率显著大于对比例(马淮东煤在600℃单独热解)的产率。
[0034]
实施例4：
[0035]
取50g马淮东煤与松木屑为1：0.4的共混物进行热解实验，共热解实验温度为550℃，升温速率为10℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中进行马淮东煤与松木屑的共热解实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，通过产率计算公式对不同产物的产率进行计算。结果显示，实施例4在温度为550℃、配比为1：0.4的条件下进行共热解得到的焦油产率为15.53％，马淮东煤在550℃单独热解的焦油产率为4.15％，可以看出煤和生物质共混物进行热解时的焦油产率显著大于对比例(马淮东煤在550℃单独热解)的产率。
[0036]
实施例5：
[0037]
取50g马淮东煤与松木屑为1：0.5的共混物进行热解实验，共热解实验温度为500℃，升温速率为15℃/min，热解前通入n2驱逐炉内空气后关闭氮气，在卧式固定床反应器中进行马淮东煤与松木屑的共热解实验，热解产生的焦油在水冷瓶中冷凝收集，气体通过集气袋进行收集，通过产率计算公式对不同产物的产率进行计算。结果显示，实施例5在温度为500℃、配比为1：0.5的条件下进行共热解得到的焦油产率为15.82％，马淮东煤在650℃单独热解的焦油产率为3.87％，可以看出煤和生物质共混物进行热解时的焦油产率显著大于对比例(马淮东煤在500℃单独热解)的产率。
[0038]
对比例：
[0039]
对比例的试验过程与实施例相同，区别在于原料的不同，对比例中原料仅采用马淮东煤单独进行热解实验。
[0040]
本发明的技术方案利用煤和生物质共热解过程中，煤与生物质的不同配比会显著影响煤热解过程中的产物分布，借助一定配比的煤与生物质共热解能最大程度上提高焦油产率的特点，使生物质热解过程产生的富氢自由基碎片能够充分促进煤中大分子芳香烃类化合物发生裂解反应，产生更多的焦油。该方法解决了如何有效利用生物质在最大程度上提高煤热解焦油产率的问题。本发明解决了煤热解焦油产率低的问题，同时对生物质资源进行了充分的利用。
[0041]
上述实施例的焦油产率与煤单独热解过程相比，焦油产率显著提高，具有较佳的
实施效果，也可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。