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不同煤阶煤的炭化成焦过程及SJ96焦炉成焦工艺的研究

申峻  
【摘要】: 煤的焦化是煤炭加工利用方面的最成熟、时间也最长的工艺,但是由于煤组成结构的复杂性、多样性及不均一性,直至今日,对于焦化的研究仍然是实践经验多于理论的发展。从理论上进一步深入探讨焦化过程中的一些基本问题是本课题的工作目标。本文主要做了三方面的工作: 1)选取了不同变质程度的16种煤样,在实验室1Kg小焦炉中进行了3℃/min模拟炼焦炭化实验,在不同的最终温度取出生成的半焦或焦炭,冷却后用相应的手段和方法测定它的一系列性质,期望从这些测定结果分析不同煤阶煤炭化的详细过程或机理。 2)针对不同的两种无烟煤和弱粘煤,将它们分别与煤焦油沥青、石油沥青、肥煤进行了不同比例的配合炼焦试验,期望对非炼焦煤配合炼焦的过程有更深的了解。 3)以一种无回收焦炉SJ96焦炉为研究对象,测定焦炉顶部空间的气体组成并通过数学模拟焦炉成焦过程中不同层面温度场分布进行数值计算,考察SJ96焦炉的成焦工艺特点。 经过本论文的实验研究可以得出如下的结果: 1)不同煤种变质程度的表示指标都有它的局限性,且各指标之间彼此关联。本文所用16种不同煤阶煤样的挥发分V_(daf)与其奥亚软化温度T_1和镜质组最大反射率R_(v.max)~o分别成二次多项式回归关系,方程式分别为:相关系数R~2分别为0.7889和0.9684。 2)在所用的16种煤样中,挥发分为35%左右的煤在加热过程中具有最大的膨胀度和最大的塑性温度区间。 3)成焦过程中,挥发分<20%的烟煤在温度升至600℃后,其光学组织才逐步定型,且以流动状、片状为主,而挥发分>20%的烟煤在温度升至500℃后已基本定型,以镶嵌状组织为主。 4)用SEM可以看出,在炭化过程中,肥煤煤粒是相互粘接的,而弱粘煤是 颗粒碎片,瘦煤的颗粒大小基本不变;用TEM可以看出不同煤阶煤生成 的半焦是由40一100nm的层状组织堆砌而成。 5)成焦过程中,真相对密度随温度升高而增大,挥发分20%的煤样其真相对 密度在600℃有一拐点,600℃后增加得更快;而挥发分20%的煤样其真 相对密度在500℃有一拐点,500℃后就增加得更快。 6)焦炭真相对密度基本上是随原煤挥发分的增大近似呈直线下降,在本实验 的16种煤中,弱粘煤具有最低的真相对密度。除气煤和弱粘煤外,其它 煤在成焦过程中,挥发分的变化与其真相对密度均成线性关系,且随挥发 分的降低,挥发分对TRD影响增加。 7)在不同煤阶煤生成的焦炭中,无烟煤和弱粘煤具有较高的显微强度,其它 煤种生成焦炭的显微强度随挥发分的升高而略有下降;加热速度提高,显 微强度也下降。 8)焦炭显微强度与煤样挥发分和岩相组分可以回归出关联式:M二87.35一 0 .45V‘:一3.821,r== 0. 6581。 9)不同煤阶煤成焦过程中,所有煤芳香微晶层片的直径La是随着温度的升 高而近似呈线性长大,层片间距d变化不大,微晶高度Lc的变化缺乏规 律:在五种煤生成焦炭中,弱粘煤D1具有最大的层片间距和最小的微晶 高度。 10)不同煤阶煤生成焦炭中显微强度与TRD无明显的相关关系。 11)从生成的焦炭接近于石墨化碳的排列顺序为ClBlAlY1D1。 12)通过煤的常温常压CSZ一NMP抽提实验分析可知,萃取率的多少受煤阶的 影响,Vdaf35%左右的煤具有最高的萃取率43%左右,vd。f12%的煤基本上萃 取不出任何组分。 13)煤中可萃取物是煤粘结成焦过程中的重要因素,萃取率与塑性温度区间 及最大膨胀度呈非常好的正相关关系,说明它是组成煤塑性时胶质体的主 要物质。 14)从不同煤阶煤的原煤、焦炭、抽提残渣的红外光谱来看,经过萃取后, 残渣中脂肪和脂环烃含量有所减少,硅酸盐、氧化铝等矿物峰进一步增强, Yl、Cl煤中酚经基及氮杂环等可形成氢键缔合的极性键都位于煤中的大 分子上,而Bl、Dl煤大都在小分子化合物上,A1中能形成极性键的基团 很少。 巧)经过碳化后,芳环上多元取代基全部消失,脂环烃除Y1、C1煤外,其它 高变质程度煤基本没有。 16) 1000℃生成焦炭中的孔容大小排列为:CIDIB卜YQ,比表面积大小 排列为ClYQ,BlDl,平均孔半径大小的排列为:DlBIYQcl。 17)在炭化过程中,肥煤的孔容和比表面积变化最剧烈,无烟煤变化最小。 18)两种无烟煤和肥煤C4、煤焦油沥青CTP、石油沥青PP配合均可生成大 块的有一定强度的焦炭。 19)单独CTP主要生成流动状光学组织,PP主要为中粒镶嵌,C4为细粒镶 嵌,两种无烟煤都为破片和类丝炭占大多数。与三种配合物生成焦炭中, 没有观察到二者相互作用很强的现象发生,两种组分之间存在着明显的分 界线,这可能是由于无烟煤中惰性组分太多的缘故,在炭化过程中不发生 任何变化。 20)两种无烟煤与肥煤配合的成焦率最高,与CTP配合生成大块焦炭的产率 最高,抗碎强度也最高,与PP配合生成焦炭的显微强度最好。 21)在本实验室中,综合评价结果是煤焦油沥青作为无烟煤炼焦添加剂的效 果最好。 22)两种弱粘煤主要生成各向同性光学组织,三


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