中溫瀝青對單種煤熱解和工藝指標的影響

劉向征 尹曙昶 梁強 趙麗

(1.安陽鋼鐵股份有限公司 2.北京科技大學)

中溫瀝青對單種煤熱解和工藝指標的影響

劉向征1尹曙昶1梁強2趙麗1

(1.安陽鋼鐵股份有限公司 2.北京科技大學)

采用熱重分析法初步研究了中溫瀝青對煤熱解行為與煤質的影響,分析了中溫瀝青對各單種煤煤質的影響與中溫瀝青對煤熱解行為的影響之間的關系。發現中溫瀝青可以改善煤的熱解行為,增強流動性,提高結焦性;可以改變煤的質量指標,使膠質層厚度顯著增加,粘結性指數明顯增長;中溫瀝青對煤的熱解影響突出表現在中溫瀝青對煤質的影響上。

熱解 1/3焦煤 焦 2煤 中溫瀝青

0 前言

煤的熱解過程處于煤轉化過程的初級階段,深入研究這一過程將有助于增進對煤利用方式的理解,完善煤的燃燒、氣化、液化、焦化[1]。上世紀 90年代以來,研究者[2-8]從塑料、合成樹脂、橡膠輪胎等高分子廢料再利用的角度出發,進行了添加上述廢料與煤共熱解或共焦化研究,以期廢料能與煤發生良好的協同效應,能作為配煤煉焦的粘結劑,減少煉焦煤的用量,同時能夠獲得焦化副產品煤焦油、煤氣。

煉焦生產的所有煤都含有豐富的瀝青質,它是這些煤粘結的基礎條件。以瀝青存在為條件的粘結過程及不粘結性的顆粒,由于其表面積擴大而被活化,瀝青在粘結過程中起重要作用。因此瀝青作為活性添加劑受到了廣泛關注。所以,中溫瀝青對煤的成焦性能與熱解的影響如何?這正是本文研究的出發點,筆者利用兩種煤進行配中溫瀝青的實驗,研究了中溫瀝青對單種煤的工藝指標及熱解的影響。

1 實驗方法

1.1 實驗原料

實驗選用 1/3焦煤和焦 2煤作為煤樣,其性能指標及中溫瀝青指標分列于表 1、表 2。

表1 試樣煤性能

表2 中溫瀝青性能

1.2 實驗設備及條件

1)實驗設備。采用 NETZSCH-STA449 TGDTA/DSC綜合熱重分析儀,其規格以及技術指標為:TG,DTA,DSC聯用儀,TG靈敏度在 0.1μg,可放樣品重為 0 mg～500 mg,升溫范圍是 0℃～1500℃,加熱速度為 0.1℃/min～50℃/min。

2)實驗條件。熱電偶保護氣為氬氣,熱重天平保護氣為氮氣,故熱解在氮氣和氬氣的混合氣氛下進行,載氣流量分別為 40 ml/min與 20 ml/min,升溫速率分別為 20℃/min,實驗熱解的起始溫度為室溫,終溫為 1000℃,樣品量取 6 mg左右。

2 實驗結果與討論

2.1 各單種煤配中溫瀝青前后熱解縮聚特征的變化

為進一步研究中溫瀝青對煤的熱解影響,將中溫瀝青、焦 2煤和 1/3焦煤以及各自配入 6%的中溫瀝青后在熱重分析儀中分別進行熱解實驗,熱解實驗結果見表 3。

表3 不同煤種配中溫瀝青的熱解縮聚特征

由表 3可以看出,兩種煤的失重開始溫度都有相應的提高;此外各單種煤加入中溫瀝青后最大失重速率時的溫度有所下降,表明配入中溫瀝青后趨向于發生熱縮聚反應;而明顯失重溫度都有相應的提高,這是因為添加中溫瀝青后,本應在低溫區熱分解的小分子量組分來不及逸出揮發,從而導致開始失重溫度向高溫區移動。各單種煤配與不配中溫瀝青的熱失重有明顯的差別,一方面是由于中溫瀝青的熱失重行為同各單種煤的熱失重行為的不同引起的;另一方面二者之間存在一定的協同作用,導致共熱解時的特性發生變化。

添加中溫瀝青后各煤種的總失重率都有所增加,這與各單種煤的熱解溫區及熱重峰溫與中溫瀝青有重疊,同時二者之間的熱解速率相差不大,又因為煤與中溫瀝青的熱解均為自由基機理,這樣中溫瀝青與各單種煤各自產生的自由基就有可能相互作用,中溫瀝青作為富氫組分具有供氫作用;又由于中溫瀝青的熔融性,降低了煤中膠質體的粘度,增加其流動性,改善了供氫能力,使得整個體系中的氫更容易與斷裂的側鏈及官能團相結合,形成小分子氣體揮發出去,使總的失重率增加。同時由于中溫瀝青的加入使最大失重速率時的溫度降低,而失重起始溫度升高,表明添加中溫瀝青后使熱解期間的熱穩定性提高,其輕質組分的揮發逸出較少且比較平緩,有利于提高炭材料焙燒制品的性能。

2.2 各單種煤配中溫瀝青前后性能指標的變化

1/3焦煤、焦 2煤配入 6%中溫瀝青后灰分(Ad)、揮發分 (Vdaf)、硫分 (St,d)、膠質層厚度(Y)、收縮指數 (X)、煤粘結指數 (G)等性能指數的變化情況見表 4。本實驗采用的標準煤為寧夏汝箕溝平峒兩側二 1煤層下分層煤,在同一層位以相同的加工生產方式制作專用無煙煤。

表4 1/3焦煤中配入中溫瀝青后質量變化

由表 4可以看出,1/3焦煤中加入中溫瀝青后對膠質層厚度有顯著增加,硫含量有所下降,灰分有所降低,揮發分增大,硫含量稍有減少,粘結性指數略有提高,所以配入瀝青后對 1/3焦煤中的粘結性有一定改善。焦 2煤中加入中溫瀝青后灰分有所下降,但對揮發分的影響較小,硫含量稍有減少,對膠質層厚度有顯著增加,粘結性指數有較大提高,所以焦 2煤中配入中溫瀝青后對其煤質有所改善。

2.3 單種煤質量指標的變化與熱解的關系

通過分析表 3、表 4可以看出,中溫瀝青對煤的熱解影響突出表現在中溫瀝青對煤的工藝指標的影響上。是因為中溫瀝青的加入,使膠質層厚度顯著提高,增加了煤的粘結性、流動性,改善了煤的熱解性能和容惰能力。同時因為揮發分的增加,導致總的失重速率及失重量的增加。

3 結論

通過對 1/3焦煤、焦 2煤進行的配中溫瀝青的研究,就其對煤的熱解性能及煤的灰分 Ad、揮發分Vdaf、硫分 St,d、收縮指數 X和煤粘結指數 G等五個重要參數影響的比較得出如下結論:

1)中溫瀝青的加入對單種煤的熱解性能有較大影響,通過中溫瀝青的改質作用使煤的熱解性能趨于好轉。

2)中溫瀝青的加入對 1/3焦煤、焦 2煤的煤質有較大影響,通過中溫瀝青的改質作用可以改善煤的灰分、揮發分、粘結性、膠質層厚度等多項指標。

3)煤的熱解性能與煤質有關系,通過添加中溫瀝青可以達到改善煤質的目的。

[1] 張翠珍,衣曉青,劉亮.煤熱解特性及熱解反應動力學研究.熱力發電,2006(4):17-20.

[2] 顏啟.成焦機理及煤的中溫.煤炭綜合利用,1991(1):60-63.

[3] 齊婳.20kg焦爐廢塑料配煤煉焦的研究.中國冶金,2006(1):39-41.

[4] 姚激.配型煤煉焦工藝的實效性.安徽冶金科技職業學院學報,2004,14(4):67-70.

[5] 張孝天.配型煤工藝對煤種的適應性.燃料與化工,1986(1):18-23.

[6] 黃孟度.當今發展的一種煤焦新技術 --型塊配煤工藝.煉焦化學,1981(6):51-57.

[7] 王元順,李明富,王文軍.無煙煤煉焦實驗與可行性.煤質技術,2002(4):30-34.

[8] 張振國,廖洪強,劉澤常,等.廢塑料配煤煉焦焦炭質量分析.山東科技大學學報,2006,25(4):67-70.

INFLUENCE OF ADD INGM ED IUM TEM PERATURE PITCH TO TEC HNOLOGY OF SINGLE COAL AND PYROLYSIS IN THE COKING PROC ESS

Liu Xiangzheng1Yin Shuchang1LiangQiang2Zhao Li1

(1.Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd; 2.University of Science and TechnologyBeijing)

Medium temperature pitch influences on coal properties and pyrolysis of coals have been studied using TGA in ter ms of ther malweight loss.The relationship ofmedium temperature pitch influences on coal properties and pyrolysis of single coal is analyzed.Pyrolysis of coals is improved,fluidity of coals is strengthened,cokeability of coals is increased;coal properties is changed bymedium temperature pitch,gelatine layer is considerably thicker,index of cementation is remarkably increased;medium temperature pitch influences on pyrolysis of coals shows outstanding effects to coal properties.

pyrolysis 1/3 coking coal 2#coking coal medium temperature pitch

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2009—12—30