【摘 要】
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受资源储量和环境保护的制约,优质炼焦煤已无法满足不断增加的能源消费需求,储量相对丰富的高硫炼焦煤资源的清洁高效转化利用势在必行。由于高硫煤具有良好的结焦性,可以在配合煤中使用部分取代配煤中的低硫炼焦煤进行配煤炼焦,这对降低配煤成本、保护优质炼焦煤资源具有重要意义。硫含量是限制高硫炼焦煤配煤炼焦的重要因素,利用高挥发分煤热解产生的大量含氢挥发分可以在高硫煤热解过程中进行原位供氢稳定含硫自由基,降低焦
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(U1910201,21878208,21808152); 山西省应用基础研究计划重点自然基金项目(201901D111001(ZD)); 山西省高等学校优秀青年学术带头人支持计划;
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受资源储量和环境保护的制约,优质炼焦煤已无法满足不断增加的能源消费需求,储量相对丰富的高硫炼焦煤资源的清洁高效转化利用势在必行。由于高硫煤具有良好的结焦性,可以在配合煤中使用部分取代配煤中的低硫炼焦煤进行配煤炼焦,这对降低配煤成本、保护优质炼焦煤资源具有重要意义。硫含量是限制高硫炼焦煤配煤炼焦的重要因素,利用高挥发分煤热解产生的大量含氢挥发分可以在高硫煤热解过程中进行原位供氢稳定含硫自由基,降低焦中硫含量,但同时高挥发分烟煤中大量的碱性矿物质会捕获含硫自由基,影响硫分的脱除,使对硫分的调控作用受限。此外,随着高炉逐渐大型化以及喷煤技术的发展,对冶金焦在高炉中的骨架作用要求更加严格,而高挥发分煤中存在的碱性矿物质是焦炭气化反应的催化剂,可能导致焦炭的热性质劣化,成为限制高挥发分煤配煤炼焦的重要因素。因此,减弱碱性矿物质对硫的捕获以及焦反应性的催化具有重要意义。煤热解过程中除有机质发生复杂的反应外,煤中存在的矿物质也会随着热解过程发生形态变化,通过煤种间矿物质的相互作用,弱化高挥发分煤中碱性矿物质捕获含硫自由基和催化气化反应效果,可以实现高挥发分煤对高硫煤热解过程中的硫变迁的有效调控。基于此,本论文进行了相关的研究工作,并得到如下主要结果。(1)对高挥发分煤进行重液分离,探讨不同分选密度下所得组分的性质差异及对高硫炼焦煤热解硫变迁和焦炭反应性的影响。结果表明,将低密度级组分代替原煤与高硫炼焦煤共热解可以有效提高热解脱硫率,用MHL-1.30组分代替原煤可使热解脱硫率由30.85%提高至34.77%,所得焦炭的反应性由37.96%降低至32.60%。麻黄梁长焰煤(MHL)低密度级分选组分中碱性矿物质含量较低、结构单元小、脂肪侧链较多,与高硫炼焦煤共热解能够提供更多的活性氢自由基以稳定含硫自由基,同时低含量的碱性矿物质对生成的含硫自由基的捕获能力较弱,因此可以代替原煤达到显著提高脱硫率的目的;低密度级组分催化指数(MCI)值较低,对焦炭反应性的催化作用较弱,因此配合煤焦的反应性较低。(2)选用煤中普遍存在的硅铝基矿物质(GL)与高硫炼焦煤和高挥发分煤共热解,研究添加不同比例GL对焦炭反应性的影响。结果表明,添加的GL可以有效降低焦炭的反应性,添加0.7%的GL可以使焦炭的反应性降低约4%。GL的添加有效减弱了配合煤中碱性矿物质对焦炭反应性的催化效果,在高挥发分煤碱含量较高时对焦炭反应性的降低效果更明显。通过10 kg焦炉实验验证了GL对焦炭反应性的改善效果在实际工业应用中具有可行性。(3)添加GL与高硫煤和高挥发分煤共热解,研究GL对高硫炼焦煤热解过程中硫变迁行为的影响。结果表明,GL不仅可以减弱碱性矿物质对含硫自由基的捕获,且有效促进了共热解过程的进行,导致含氢含氧气体释放量增多,进而引起含硫气体释放量的增多,有效提高了脱硫率,添加0.5%的GL可以使脱硫率提高约9.66%,有效降低了焦中硫含量。
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