高硫煤焦化过程硫迁移机理及添加剂作用效果研究

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目前,由于炼焦煤资源短缺及价格飞涨,导致焦化成本大幅增加,因此,使用高硫煤炼焦受到了广泛的关注。然而,高硫煤焦化后制得焦炭具有较高硫含量,导致高炉生产过程中的硫负荷大幅增加,给冶金工业生产带来诸多不利。使用添加剂改善高硫煤焦化过程中硫迁移可以降低硫含量过高对冶金工业生产的影响。首先研究了高硫煤焦化过程中硫迁移机理。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和光电子能谱(XPS)的方法对硝酸处理后的混合煤(HHC)和桐梓煤(TZC)进行测试,并分析煤样表面结构中C、S、O、N等官能团的存在形态及差异。实验结果表明:HHC与TZC中C官能团均以C-C和C-H为主,而TZC中COOH官能团所占比例大于其在HHC中的比例,因此TZC的亲水性强于HHC;通过比较HHC与TZC中的含O官能团发现,TZC中C-O所占比例明显多于HHC,且均以C-O、C=O、COOH为主;由于煤样经过硝酸处理,所以含N官能团均以N-5和N-6为主,但酸洗引进了NO3;S官能团在TZC和HHC中均以噻吩类和硫砜类的存在形式为主,但HHC中硫氧化物和无机硫较高。以CaO、Fe2O3、La2O3为添加剂进行配煤炼焦实验,分析了添加剂对焦炭冶金性能的影响和焦炭中的硫分布。结果表明:添加剂对焦炭落下强度影响不大,CaO和Fe2O3恶化了焦炭耐磨强度,La2O3可以改善焦炭耐磨强度指标。CaO和Fe2O3增加了焦炭反应性,降低了其反应后强度。添加剂增加了焦炭的缚硫率,焦炭中无机硫主要以CaS的形式存在。通过研究不同添加剂对焦炭的水分、灰分、挥发分、固定碳和硫分的影响表明:添加剂的加入导致炼焦过程中气体逸出过程发生改变,CaO和Fe2O3的加入加速了煤热解过程中水分的逸出速率。利用XRD、SEM对高硫煤配加添加剂焦化制得焦炭样品进行表征,以原煤焦化产物为基准,计算了焦炭微晶结构参数并结合SEM微区分析,研究了添加剂对焦炭的微晶结构和气孔形貌特征的影响。结果表明:(1)Fe2O3和La2O3有利于CaO向CaS转化;焦炭的微晶参数La变化不大,添加La2O3使Lc变大,CaO与Fe2O3使Lc变小,外添加矿物主要影响类石墨微晶纵向结构参数。(2)CaO由于物理作用和熔聚特性造成焦炭气孔增多;Fe2O3与C生成(Fe,C)造成气孔壁粉化与蚀孔;La2O3促使焦炭结构致密。(3)添加剂改变了焦炭的微晶结构与气孔形貌,导致焦炭的反应性发生改变。最后,通过多添加剂(Al2O3、Fe、TiO2、MnO、CaCl2、B2O3、Fe2O3)配比实验研究,确定出合理的复合添加剂,并分析验证复合添加剂的可行性。
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