煤沥青交联改性处理对碳结构的影响

沥青基炭制品的碳结构高度依赖前驱体沥青的性质。采用化学交联的方法对沥青进行改性处理时,尽管化学交联的反应机理为亲电取代反应,但交联剂、催化剂的种类不同,沥青改性程度存在差异,进而影响炭制品结构。以中低温煤沥青为原料,探索3种交联剂(对苯二甲醇(PXG)、苯甲醛(BA)、对苯二甲酰氯(TPC))、5种催化剂(对甲苯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、硼酸)对沥青交联改性后炭制品结构的影响。通过TG-DTG、FT-IR研究交联改性后沥青热稳定性及沥青官能团的变化;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异。结果表明:交联剂和催化剂的存在促进了沥青分子的交联,有效阻止了热转化过程中轻组分挥发,提高了沥青的结焦值、软化点、热稳定等指标。以PXG为交联剂,沥青支链上亚甲基CH_(2)的H不易被取代;而以硼酸为催化剂时,支链末端甲基上的H易被取代;以BA为交联剂,取代氢的位置明显发生在芳香环上;以TPC为交联剂、浓硫酸为催化剂时,交联产品的C=0官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应较多。无论与哪种交联剂相结合,浓盐酸为催化剂时,交联反应更易促进苯环上和支链上的C—H键发生取代反应。经过交联改性后的沥青,炭化过程中分子间较强的π-π相互作用减弱,有效阻止碳有序结构的形成,碳无序结构含量I_(D)/I_(G)增大。同时碳微晶层间距d_(002)明显增加,有序堆积平均堆积高度L_(c)减小,芳香层数降低,说明化学交联不仅影响有序碳结构排列,还可抑制碳微晶结构发育。其中硼酸作为催化剂时,催化效果更理想。获得的炭制品d_(002)在同组产品中最大。PXG、硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d_(002)达0.377 nm。本研究为进一步定向调控和构筑沥青基碳材料奠定基础。

中低温煤焦油转化利用技术研究进展

随着煤焦油深加工技术的发展,中低温煤焦油的综合利用受到关注。介绍了国内外中低温煤焦油利用的研究现状,对中低温煤焦油的分离、加氢改质利用,制燃料油、特种油品和高值化学品,煤焦油掺混加氢以及煤沥青利用的研发进行了综述和分析。基于中低温煤焦油馏分的构成特性,提出了中低温煤焦油“分质分级转化利用”技术路线,充分利用其分子特征结构,研究高效催化剂使煤焦油定向转化为目标产品。这为煤焦油高效清洁利用提供了多元化、高值化和精细化的途径。

煤液化固渣萃余物的组成结构及铁催化剂活性相回收

为解决大规模煤直接液化催化剂铁源供应问题,同时实现煤液化固渣萃余物的无害化分质利用,从固渣萃余物中回收铁催化剂的角度进行研究,探索采用物理磁选法进行铁催化剂富集回收的可行性。首先采用粒度分析、XRF、XRD、SEM、TG、SEM-EDX等表征手段对固渣萃余物进行全面的物化性质表征,确定铁催化剂的质量分数和存在形态。由分析可知,工业装置固渣萃余物主要由未反应煤中的炭及残炭、挥发分及灰分组成,其粒度均匀且没有团聚,其中铁元素质量分数为5.96%,铁物种仍以具有顺磁性的Fe1-xS活性相存在,被未反应煤、残余沥青掺杂、包裹,与各种元素Ca、Si、Al、O等均匀混杂分布在萃余物中。在此基础上,选用4种型式的磁选设备在不同磁场强度下进行磁选富集,并将富集后的样品作为催化剂用于煤直接液化反应,考察其直接液化反应性能。试验结果表明,湿式立环脉动高梯度磁选机一方面将所产生的高梯度磁场力作用于磁性催化剂细粉,同时脉动流体力在一定程度上消除了非磁性颗粒的机械夹杂。在清水作为分散介质及洗涤介质下,更有效地实现了固渣萃余物中铁催化剂细粉的精细分离。在640000 A/m外加磁场强度下,含铁催化剂物料富集率为10.48%,铁元素质量分数可达11.37%,高压釜萃取油产率为41.96%,与无催化剂时相比高7.17%,比固渣萃余物提高8.99%,可掺混至新鲜催化剂中实现有效回用,部分解决催化剂铁源短缺的问题。

面向工业气源中COS水解转化的催化剂研究进展

综述了COS水解催化剂载体与活性组分对其催化性能的调控作用、水解机理以及工业气氛中影响催化剂催化活性因素的研究现状。研究发现:氧化铝基复合载体负载碱金属活性组分所制备的COS水解催化剂能更好的提高催化剂的活性与稳定性,COS水解反应具有明显的碱催化特征,工业气氛中的CO_(2)与O_(2)气氛浓度对水解催化剂的抗氧耐酸性能有较大的影响,单质硫的生成和/或催化剂表面的硫酸盐化是催化剂失活的主要原因。通过对催化剂失活因素分析,定向调控催化剂的组成与结构制备高活性及高抗氧耐酸性能的新型COS水解催化剂与基于工业气源及水解热力学动力学条件优选下的水解催化反应工艺参数相结合来延长催化剂的寿命是未来的发展趋势。

高炉喷吹用烟煤配煤炼焦试验研究

为了扩大炼焦煤资源,优化配煤结构,结合烟煤配煤炼焦理论,通过高炉喷吹用烟煤的工业铁桶试验研究,分析了配加烟煤后配合煤的性能变化和所炼焦炭的质量。结果表明:适当增加1/3焦煤、减少气煤配比,烟煤配加质量分数控制在2%~3%,可以有效优化配煤结构,使配合煤的灰分、硫分及挥发分保持在稳定状态,改善焦炭的机械强度、热强度,提高焦炭的块度,同时还可以降低配煤成本,当烟煤配加质量分数为2%时,配煤成本可降低15.60元/t。

多段移动床干馏炉集气结构的优化研究

为考察移动床干馏炉内部集气结构对串气率的影响,以陕北低阶碎煤为试验对象,搭建移动床冷态试验装置,在不同进气流量下测定各层气量的流量分配比例,研究在不同位置增设集气结构对气体分布的影响。结果表明:气体经布气伞进入移动床后,有10%的气量无法通过集气主伞流出,而从卸料口泄漏导致串气。在布气伞下部0.6 m和1.2 m处、集气主伞上部0.6 m处分别增设一层集气伞,均可以降低串气比例。同时在上部与中部或中部与下部增加两层集气伞时,可以使串气率降低为0。当中部集气伞与主伞内的压差由0 Pa增加至80 Pa时,串气率由2.80%升高至5.22%,设计炉内结构时应考虑降低沿程阻力损失或者加设集气通道。

羰基硫水解催化剂最新研究进展

归纳了不同载体的性质对羰基硫水解催化剂的影响研究现状以及载体孔结构对羰基硫水解转化率的影响。综述了不同活性组分负载的作用及现状,探讨了羰基硫水解转化反应催化机理及机理间的协调作用。着重介绍了水解催化剂的氧中毒、硫中毒、氯中毒机理及最新抗中毒研究进展。对羰基硫水解催化剂未来的研究方向进行展望,为后续高效水解催化剂的开发提供理论支撑。

铜、铈离子交换顺序对Y型分子筛吸附脱除苯中噻吩性能的影响

【目的】利用双金属改性Y型分子筛对焦化苯中的噻吩进行深度脱除具有重要的意义。其中,金属离子交换顺序对分子筛脱硫性能的影响至关重要。【方法】采用Cu、Ce双金属,利用离子交换法制备出系列双金属改性吸附剂,采用静态吸附实验评价了吸附剂对苯中噻吩的脱除性能,并通过XRD、Py-FTIR、XPS、H2-TPR和N2吸脱附等手段表征了吸附剂的物化性质。【结果】结果表明,金属离子交换顺序会影响吸附剂的相对结晶度、离子交换度、金属含量以及L酸酸量。吸附剂的物化性质与脱硫性能进行关联发现,离子交换度越大,吸附剂的脱硫效率越高;同时吸附剂中Cu^(+)和Ce^(4+)含量越高,形成更多的L酸,其脱硫效率越高。利用双金属对Y型分子筛改性,先Ce后Cu进行交换时,金属Ce会对Cu的落位产生影响,Ce提高了Cu的还原性能。3种吸附剂脱硫效率由大到小为:CuCeY,CeCuY,Cu-CeY.CuCeY吸附剂的脱硫效率最高,可达97.3%,且其相对结晶度最高,离子交换度最大。此工作为高效脱硫吸附剂的制备起到了指导作用。

煤液化残渣诱导缩聚制备冶金焦的影响因素

煤液化残渣所含沥青质和重油在热解时可产生大量自由基,如不能被及时稳定和缩聚将转化为大量焦油和气体,形成孔隙结构,从而影响所制冶金焦密度。为此,拟引入添加剂诱导其高效缩聚,提高聚合物密度,再经炭化后制备优质冶金焦。通过系统研究不同添加剂(糠醛、甲醇、呋喃和羟基丙酮)、温度(350、400、450、500和550℃)、停留时间(0、30、60和120 min)和添加量(0、4、8和16 g)对所制聚合物缩聚率、结构性质、密度、热稳定性和表面性质影响,获得煤液化残渣诱导缩聚的最优试验条件。在最优条件下,分别探讨所制聚合物和炭化物的表面形貌、微晶结构和元素变化情况,获得煤液化残渣诱导缩聚机理。结果表明,添加剂(糠醛)的诱导缩聚效果最佳,其次是羟基丙酮,因而理想添加剂至少应含有1个醛基或酮基。不同添加剂可促进煤液化残渣缩聚,提高所制聚合物比表面积、孔容、平均孔径和真密度。温度和停留时间对煤液化残渣/糠醛聚合物热稳定性和表面性质影响较大,温度升高和停留时间延长可促进煤液化残渣所含酚类基团和芳香物中H参与缩聚反应,提高聚合物的缩聚程度。煤液化残渣/糠醛(焦炭)整体呈片层密实状,并含更多无定形碳。

干熄焦放散气代替部分焦炉加热燃气的燃烧过程模拟研究

以JN-70型焦炉混合煤气加热为研究对象,利用Ansys Fluent软件对干熄焦放散气代替部分燃气的燃烧过程进行稳态模拟研究,分析了干熄焦放散气的配入对立火道内压力场、温度场、浓度场的影响。结果表明,在空气中配入5%干熄焦放散气时,立火道的最高温度不变,高向加热的均匀性有所提高,且烟气中的NOx浓度变化不大。因此,焦炉燃烧室配入干熄焦放散气替代部分燃气具有一定的可行性。

烟气干法熄焦在低阶煤热解工艺中的应用研究

以烟气为干法熄焦介质,可以回收半焦热量用于原煤的干燥,从而提高热解系统热效率。通过中试考察了烟气流量、停留时间对半焦温度的影响,分析了热解工业装置冷却段运行数据。结果表明,采用烟气干法熄焦,半焦显热回收率达到93.8%,影响冷却效果的主要因素是烟气流量,其次是半焦入口温度。

煤直接液化油渣萃余物组成、性质分析及应用场景探讨

煤直接液化油渣用洗油萃取后再经离心分离、常减压闪蒸等工艺处理,分离沥青质后可得到不同等级的沥青产品以及萃余物,将萃余物大规模利用,可以大大提高企业的经济效益。分析了萃余物的族组成、性质,在此基础上讨论了萃余物应用于配煤气化、循环流化床锅炉掺烧、炭灰分离的可行性。分析认为:萃余物更适合通过配入原料煤应用于干粉煤气化。

关于7.63m焦炉上升管结石墨原因分析及治理对策的研究

德国伍德公司开发的7.63 m特大型复热式焦炉在生产过程中上升管根部结石墨严重,成为制约焦炉正常生产的突出矛盾。从焦炉加热水平、焦炉加热制度、装煤量等因素综合分析影响上升管根部结石墨的成因,研究制定降低上升管根部结石墨速率的方法及自动清除上升管根部石墨的装置,达到避免因上升管根部结石墨影响焦炉生产的目的。

过渡性肥煤煤质分析与配煤试验研究

系统研究过渡性肥煤的煤质特性和结焦性能,以及其在炼焦配煤中的作用及适配性。试验结果表明:过渡性肥煤是一种介于肥煤和焦煤二者之间的过渡性煤种,既具有肥煤的强黏结性工艺性质,又具有焦煤的煤岩相结构,单种煤结焦性能好,其结焦性能处于肥煤和焦煤之间,单种煤所炼焦炭的冷、热态强度好,但略差于典型焦煤所炼焦炭的冷、热态强度。用15%的2^(#)T FM替代焦煤时,焦炭质量可满足大型高炉使用要求,并可在一定程度上降低焦炭灰分和硫分。通过配用一定比例的过渡性肥煤,可以提高焦炭质量,降低焦煤配用量,降低配煤成本,节约优质焦煤资源,扩大炼焦煤的使用范围。

提高马钢焦炉K3系数的生产实践

通过分析影响马钢焦炉K3系数的因素,采取优化焦炉生产组织、提高设备保产能力、加强炼焦过程监控、全面对标找差、强化炉体维护等具体措施,使得焦炉K3系数得到了稳定提升。

基于“以废治废”模式的强化煤化工废水生物处理研究进展

在“以废治废”的模式下,煤化工各环节副产品及废弃物可为强化煤化工废水生物处理提供直接或间接的外源材料,实现在地化、资源化、高值化利用。针对这些原材料,从共代谢物质、吸附材料、导电材料、无机膜生物反应器四个角度总结了国内外最新研究进展,同时结合企业实际进行应用展望。

盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响

超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇。其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选。盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主。若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能。以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐(KCl)和碱(KOH)的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响。研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主。随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量。三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g^(−1)的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g^(−1);在10 A·g^(−1)的高电流密度下,容量保持率高达79.4%。该电极材料的内阻仅为0.67Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间。当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度。

焦化除尘灰在球团回转窑生产中应用

通过开展球团回转窑使用焦化除尘灰研究,焦化除尘灰在球团回转窑生产使用的混合煤粉中的配比能够达到15%,回转窑工艺生产顺行,球团质量稳定。同时,解决了焦化除尘灰堆存造成的环境污染问题,为焦化除尘灰有效处理提供了新的途径。焦化除尘灰配入混合煤粉有效降低了燃料成本,降低了球团的生产成本。

鞍钢焦化工序大型炉窑热平衡分析

总结分析了鞍钢焦化工序四个大型炉窑的热平衡测试和计算结果,精准掌握了炼焦解冻系统、焦炉、干熄焦系统及化产管式炉的能量消耗和分配情况,为炼焦全流程的节能降耗提供了数据支撑。炼焦各炉窑测试后,通过采取调整解冻系统中加热煤气量和烟气回流比,优化焦炉运行中的焦饼中心温度和空气过剩系数等参数,降低干熄焦系统中的气料比,改善管式炉中的保温效果等措施,实现了各炉窑能效的精准提升,为全面降低炼焦工序能耗提供了有效支撑。

焦炉煤气脱碳法及甲烷化法制液化天然气的生命周期环境影响分析

作为焦化副产品,焦炉煤气富含氢气和甲烷,采用焦炉煤气制液化天然气(LNG)已成为当前焦炉煤气利用的主要途径之一。为系统评估焦炉煤气制LNG工艺的能源消耗和环境影响,尤其是碳排放,本文采用生命周期评价方法对脱碳法和甲烷化法两种焦炉煤气制LNG工艺进行系统评价。结果表明,无论采用哪种方法,LNG生产阶段均为焦炉煤气制LNG工艺生命周期环境负荷的控制阶段;在脱碳法工艺中,中压蒸汽是环境影响贡献的关键物质,可通过干熄焦回收红焦余热副产蒸汽补充LNG生产消耗来降低环境负荷;在甲烷化工艺中,电力为主要贡献物质,在碳排放中占比41.09%,若采用可再生能源电力(太阳能发电、风电、水电)替代后环境影响显著降低;相比于脱碳法,采用甲烷化工艺环境性能更优,主要源于甲烷增产优势。本文研究结果可从生命周期角度为焦化行业焦炉煤气的综合利用提供理论支持。