中温沥青对单种煤热解和工艺指标的影响

刘向征 尹曙昶 梁强 赵丽

(1.安阳钢铁股份有限公司 2.北京科技大学)

中温沥青对单种煤热解和工艺指标的影响

刘向征1尹曙昶1梁强2赵丽1

(1.安阳钢铁股份有限公司 2.北京科技大学)

采用热重分析法初步研究了中温沥青对煤热解行为与煤质的影响,分析了中温沥青对各单种煤煤质的影响与中温沥青对煤热解行为的影响之间的关系。发现中温沥青可以改善煤的热解行为,增强流动性,提高结焦性;可以改变煤的质量指标,使胶质层厚度显著增加,粘结性指数明显增长;中温沥青对煤的热解影响突出表现在中温沥青对煤质的影响上。

热解 1/3焦煤 焦 2煤 中温沥青

0 前言

煤的热解过程处于煤转化过程的初级阶段,深入研究这一过程将有助于增进对煤利用方式的理解,完善煤的燃烧、气化、液化、焦化[1]。上世纪 90年代以来,研究者[2-8]从塑料、合成树脂、橡胶轮胎等高分子废料再利用的角度出发,进行了添加上述废料与煤共热解或共焦化研究,以期废料能与煤发生良好的协同效应,能作为配煤炼焦的粘结剂,减少炼焦煤的用量,同时能够获得焦化副产品煤焦油、煤气。

炼焦生产的所有煤都含有丰富的沥青质,它是这些煤粘结的基础条件。以沥青存在为条件的粘结过程及不粘结性的颗粒,由于其表面积扩大而被活化,沥青在粘结过程中起重要作用。因此沥青作为活性添加剂受到了广泛关注。所以,中温沥青对煤的成焦性能与热解的影响如何?这正是本文研究的出发点,笔者利用两种煤进行配中温沥青的实验,研究了中温沥青对单种煤的工艺指标及热解的影响。

1 实验方法

1.1 实验原料

实验选用 1/3焦煤和焦 2煤作为煤样,其性能指标及中温沥青指标分列于表 1、表 2。

表1 试样煤性能

表2 中温沥青性能

1.2 实验设备及条件

1)实验设备。采用 NETZSCH-STA449 TGDTA/DSC综合热重分析仪,其规格以及技术指标为:TG,DTA,DSC联用仪,TG灵敏度在 0.1μg,可放样品重为 0 mg～500 mg,升温范围是 0℃～1500℃,加热速度为 0.1℃/min～50℃/min。

2)实验条件。热电偶保护气为氩气,热重天平保护气为氮气,故热解在氮气和氩气的混合气氛下进行,载气流量分别为 40 ml/min与 20 ml/min,升温速率分别为 20℃/min,实验热解的起始温度为室温,终温为 1000℃,样品量取 6 mg左右。

2 实验结果与讨论

2.1 各单种煤配中温沥青前后热解缩聚特征的变化

为进一步研究中温沥青对煤的热解影响,将中温沥青、焦 2煤和 1/3焦煤以及各自配入 6%的中温沥青后在热重分析仪中分别进行热解实验,热解实验结果见表 3。

表3 不同煤种配中温沥青的热解缩聚特征

由表 3可以看出,两种煤的失重开始温度都有相应的提高;此外各单种煤加入中温沥青后最大失重速率时的温度有所下降,表明配入中温沥青后趋向于发生热缩聚反应;而明显失重温度都有相应的提高,这是因为添加中温沥青后,本应在低温区热分解的小分子量组分来不及逸出挥发,从而导致开始失重温度向高温区移动。各单种煤配与不配中温沥青的热失重有明显的差别,一方面是由于中温沥青的热失重行为同各单种煤的热失重行为的不同引起的;另一方面二者之间存在一定的协同作用,导致共热解时的特性发生变化。

添加中温沥青后各煤种的总失重率都有所增加,这与各单种煤的热解温区及热重峰温与中温沥青有重叠,同时二者之间的热解速率相差不大,又因为煤与中温沥青的热解均为自由基机理,这样中温沥青与各单种煤各自产生的自由基就有可能相互作用,中温沥青作为富氢组分具有供氢作用;又由于中温沥青的熔融性,降低了煤中胶质体的粘度,增加其流动性,改善了供氢能力,使得整个体系中的氢更容易与断裂的侧链及官能团相结合,形成小分子气体挥发出去,使总的失重率增加。同时由于中温沥青的加入使最大失重速率时的温度降低,而失重起始温度升高,表明添加中温沥青后使热解期间的热稳定性提高,其轻质组分的挥发逸出较少且比较平缓,有利于提高炭材料焙烧制品的性能。

2.2 各单种煤配中温沥青前后性能指标的变化

1/3焦煤、焦 2煤配入 6%中温沥青后灰分(Ad)、挥发分 (Vdaf)、硫分 (St,d)、胶质层厚度(Y)、收缩指数 (X)、煤粘结指数 (G)等性能指数的变化情况见表 4。本实验采用的标准煤为宁夏汝箕沟平峒两侧二 1煤层下分层煤,在同一层位以相同的加工生产方式制作专用无烟煤。

表4 1/3焦煤中配入中温沥青后质量变化

由表 4可以看出,1/3焦煤中加入中温沥青后对胶质层厚度有显著增加,硫含量有所下降,灰分有所降低,挥发分增大,硫含量稍有减少,粘结性指数略有提高,所以配入沥青后对 1/3焦煤中的粘结性有一定改善。焦 2煤中加入中温沥青后灰分有所下降,但对挥发分的影响较小,硫含量稍有减少,对胶质层厚度有显著增加,粘结性指数有较大提高,所以焦 2煤中配入中温沥青后对其煤质有所改善。

2.3 单种煤质量指标的变化与热解的关系

通过分析表 3、表 4可以看出,中温沥青对煤的热解影响突出表现在中温沥青对煤的工艺指标的影响上。是因为中温沥青的加入,使胶质层厚度显著提高,增加了煤的粘结性、流动性,改善了煤的热解性能和容惰能力。同时因为挥发分的增加,导致总的失重速率及失重量的增加。

3 结论

通过对 1/3焦煤、焦 2煤进行的配中温沥青的研究,就其对煤的热解性能及煤的灰分 Ad、挥发分Vdaf、硫分 St,d、收缩指数 X和煤粘结指数 G等五个重要参数影响的比较得出如下结论:

1)中温沥青的加入对单种煤的热解性能有较大影响,通过中温沥青的改质作用使煤的热解性能趋于好转。

2)中温沥青的加入对 1/3焦煤、焦 2煤的煤质有较大影响,通过中温沥青的改质作用可以改善煤的灰分、挥发分、粘结性、胶质层厚度等多项指标。

3)煤的热解性能与煤质有关系,通过添加中温沥青可以达到改善煤质的目的。

[1] 张翠珍,衣晓青,刘亮.煤热解特性及热解反应动力学研究.热力发电,2006(4):17-20.

[2] 颜启.成焦机理及煤的中温.煤炭综合利用,1991(1):60-63.

[3] 齐婳.20kg焦炉废塑料配煤炼焦的研究.中国冶金,2006(1):39-41.

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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