府谷低灰煤与粘结剂共热处理制备炼焦煤的研究

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我国的低变质烟煤储量丰富,具有低灰、低硫、高发热量的特点,但含氧量高、挥发分高、无粘结性的特点决定其只能作动力用煤使用,与此同时,低变质烟煤的开发过程中往往产生大量的粉煤,这又会造成严重的环境污染和资源浪费,因此低变质不粘煤的提质与综合利用已成为我国能源研究的重点。目前,国内外学者针对不粘煤的提质主要采用水热处理、加氢改性、低温热处理以及冷压/热压成型四种方法,常用方法为最后两种,而目前尚未见将不粘煤增粘和制成型煤提质相结合的工艺。本文首先以府谷不粘煤和中温沥青为原料冷压成型制得型煤,对其进行低温热处理实现增粘的目的,成功将不粘煤提质和粉煤成型结合在一起,并进行了工艺条件的优化以及粘结性作用机制的探究;最后,为了验证热处理改性后的型煤是否能够单独成焦,对其进行高温炭化,以制备高机械强度的型焦为标准进行了最佳工艺条件的探究,同时研究了炭化温度对热解产物的影响规律。(1)通过卧式炉热解反应器对型煤进行低温热处理,研究了热处理温度、热处理时间、沥青添加比例、成型压力对粘结性指数和挥发分的影响,以制备粘结性指数最高的型煤为标准,确定了最佳工艺参数:热处理温度360℃、热处理时间25 min、中温沥青添加量40 wt%、升温速率10℃/min、成型压力30 MPa。最佳工艺参数下的型煤粘结性指数为53.33,挥发分37.9%,根据国标,型煤已被提高到44号气煤的水平,不粘煤成功被改质到炼焦煤等级。(2)低温热处理条件下粘结性的提高有三个方面的原因:(1)煤沥青在较低温度时发生软化、熔融,促进了可溶物的生成,使得府谷粉煤的流动性增强。(2)不粘煤羧基、羟基等含氧官能团在低温热处理时发生脱落使得型煤氧含量降低、粘结性提高。(3)型煤在热处理过程中脂肪链发生断裂、支链化程度增加,这是影响型煤粘结性的另一个重要的因素。(3)利用立式红外加热炉对型煤进行高温炭化实验,研究了炭化终温、炭化时间、升温速率对型焦机械强度和收率的影响,以制备较高机械强度的型焦为标准,确定了最佳工艺参数:炭化温度800℃,炭化时间为90 min、炭化气氛为N2,升温速率为50℃/min,在此工艺条件下制成的型焦的机械强度最高:抗压强度达到8.10 MPa,落下强度达到99.54%。(4)炭化过程中,对于气体产物来说,型煤释放了大量的氢气和甲烷、少量的CO和CO2;炭化升温过程使得型煤中脂肪族侧链快速断裂、型焦芳环结构缩合程度不断加深、含氧基团几乎完全脱除,而且型煤的脂肪结构和含氧管能团的断裂是同时进行的,二者同时完成脱除的温度为800℃;炭化终温的升高使型焦的微晶结构趋于有序化,逐渐与石墨的微观结构接近,型焦的品质逐渐趋近高炉焦炭、型煤的收缩程度逐渐加深;沥青的软化熔融使得炭化后煤的大颗粒完全消失,型焦的表面呈现出少量孔隙的团聚状态,型焦的比表面积和孔体积较小,孔结构不规整。
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