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。

掺杂秸秆的高硫煤气化脱硫行为研究

通过热重分析法研究高硫肥煤与玉米秸秆混合物的热解动力学,并利用Coats-Redfern法计算混合物的活化能、指前因子。通过对其混合物的热解实验,发现掺杂玉米秸秆对高硫煤有明显的脱硫作用。

利用高硫肥煤及低硫无烟煤配煤炼焦实践

国内焦煤等主要优质炼焦煤种十分紧缺,高硫煤资源因硫分高而在使用时受到限制。大比例配入低硫无烟煤时,通过煤种特性合理搭配高硫肥煤资源,在清洁型热回收捣固式炼焦炉中,采取加快结焦前期升温速度、中期炭化室温度保持恒温、适当延长焖炉时间的焦炉工艺,成功生产出CSR≥60%的焦炭产品,且配煤成本可大幅度降低。

北美焦煤和肥煤的配煤炼焦研究与实践

为缓解低灰、低硫焦煤与肥煤资源紧张现状,稳定焦炭生产,公司引进了北美焦煤与肥煤。通过开展单种煤煤质与炼焦特性、配煤炼焦试验研究,分析了配合煤煤质与焦炭质量的相关性关系。结果表明:北美焦煤与肥煤具有低灰、低硫的优质特性,但其热性质相对国内同类煤种差,其参与的配煤结构中配合煤的挥发分、黏结指数及灰成分指标,均与焦炭的机械强度、热性质具有较高的线性拟合度,均大于0.80。通过优化配煤结构,在7m顶装焦炉中应用北美焦煤或肥煤的比例可达8%~12%,并可稳定生产出CSR约为67.5%与CSR约为70%的合格焦炭。

利用显微热台对不同还原程度肥煤炼焦配伍性的研究

利用显微热台对煤炭在热演化过程中的变化进行研究,有助于揭示煤中不同组分的热演化特征。在分析实验用煤基本性质的基础上,利用显微热台实时观测了3种不同还原程度肥煤在氮气气氛中的热演化特征,并采用不同配煤方案分别进行了40 kg炼焦配煤试验,探究了焦炭强度与肥煤热演化关键温度区间的关系。结果表明:不同还原程度肥煤在400℃左右表面均发生变化,并可以在较宽的温度区间内提供较多的胶质体;弱还原程度肥煤热解温和、表面出现裂纹,中还原程度肥煤变化特征较为连续,强还原程度肥煤热解变化剧烈;以三种不同还原程度肥煤为基础的配煤方案均可以制备出高质量冶金焦炭。

无烟煤与气肥煤配煤制备中孔活性炭

以贵州无烟煤和山东气肥煤为原料,在不同的原料配比和炭化温度下制备了中孔发达的活性炭。通过测定氮气的吸附等温线,研究了炭化温度和原料配比对活性炭中孔率的影响。试验结果表明:活性炭中孔率随着炭化温度的升高呈增大趋势,原料配比对中孔率没有明显的影响。当无烟煤和气肥煤质量比为3∶1,炭化温度为700℃,在930℃下活化240 min,所制备的活性炭中孔最为发达,总孔容为0.837 6 mL/g,中孔孔容为0.395 5 mL/g,中孔率为47.22%,是相近烧失率商品活性炭的2.5倍。

高硫肥煤碳结构研究与光谱学表征

煤结构是煤化学的重要研究内容,优质肥煤在我国属于稀缺炼焦煤种。碳是煤结构的基本骨架,是构成煤中有机质及形成焦炭的主要元素。研究高硫肥煤中的碳结构对认知肥煤结构与性质,提高低品质炼焦煤利用效率具有重要意义。采集并制备山东东滩(DT)和山西水峪(SY)、霍州(HZ)、高阳(GY)四个矿区的肥煤样品,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X-射线光电子能谱(XPS)对煤中碳结构进行谱学表征和联合解析,结合煤质分析结果,计算不同肥煤样品的碳结构参数。研究结果表明:SY,HZ,GY和DT四种肥煤的芳香度fa-XRD依次增大,芳香层片的延展度L c和堆垛高度L a依次减小,山西煤的芳香碳结构层片在排列规整度和芳香环缩合程度上强于东滩煤。DT和GY煤中芳香烃结构主要以苯环五取代、苯环四取代和苯环三取代形式存在,SY与HZ煤中芳香结构以苯环二取代和苯环四取代为主。DT和GY煤含有较多的支链和较高的芳环缩合度。四种肥煤中脂肪结构均是以亚甲基为主,DT,SY,HZ和GY煤的亚甲基占脂肪结构的比例分别为46.27%,48.89%,44.21%和41.85%,煤中含有较多的烷基侧链。GY与DT煤中甲基含量略高于次甲基,SY和HZ煤则相反,这主要与不同煤样在成烃期间长脂肪族结构发生断裂的程度有关。SY,HZ,GY和DT煤的芳碳率分别为0.83,0.81,0.74和0.68,芳氢率分别为0.51,0.43,0.34和0.29,煤中芳构化程度依次减小,芳香环缩合度依次升高。DT和HZ煤的氧化程度较高,DT煤含有较多的C—O结构,判断DT煤中存在较多不易被热分解或不易起化学反应的非活性氧。

鄂尔多斯盆地紫金山地区煤孔隙分形规律及其主控地质因素分析

通过对鄂尔多斯盆地东北缘紫金山地区气-肥煤样的孔隙结构测试,在重点阐述主煤层孔隙发育特征及分形规律的基础上,分析其主控地质因素,并挖掘了分维特征所暗示的煤层气可采潜力信息。结果表明:紫金山地区煤孔隙率整体偏低,孔隙结构以微孔为主,过渡孔与大孔次之,中孔最少,其中微孔孔容及孔比表面积贡献率最大,反映主煤层有利于煤层气的储集。基于压汞曲线将本区煤孔隙划分三种类型,结合压汞参数分析,指出8+9~#煤开放孔较多、孔喉分布比较集中且相对较大,比4+5~#煤更有利于煤层气渗流。基于压汞数据分形分析,将研究区煤样吸附孔与渗流孔界限确定为100 nm。孔隙分形特征受变质程度影响较大,4+5~#煤以深成变质作用为主,8+9~#煤则受到相对较强的区域岩浆热变质作用。其中深成变质作用有利于煤吸附能力的增加,而区域岩浆变质作用能够有效的改善煤孔隙结构,增强孔隙连通性,提高煤层的解吸、扩散、渗流能力。此外,分形特征还受灰分产率与煤岩组分的影响。结合含气性等参数分析,在资源量相近时,8+9~#煤具有较高的可采性。

不同变质程度肥煤的比较研究

对不同变质程度肥煤的煤质指标、胶质层指数、基氏流动度和奥亚膨胀度进行分析,并对其单种煤成焦光学组织特征进行比较。结果表明,不同变质程度的肥煤具有明显不同的煤质特征,低变质程度肥煤具有高挥发分、高流动度和高膨胀的特点,单种煤成焦光学组织以细粒镶嵌结构为主;高变质程度肥煤具有低挥发分、低流动度和低膨胀的特点,单种煤成焦光学组织以粗粒镶嵌结构为主。

1/3焦煤和肥煤参与配煤炼焦的比较

对1/3焦煤和肥煤进行煤质分析,并对其单种煤的成焦光学组织、焦炭强度及参与配煤后对焦炭性能的影响进行比较。结果表明,当肥煤的胶质体质量一般或较差时,在配合煤中的作用与优质1/3焦煤相当,生产中两种煤可进行互换,但应针对调节焦炭冷、热性能的不同需要确定不同的配比。

气肥煤的工艺性质研究

通过对气肥煤工业指标、反射率指标、基氏流动度、奥亚膨胀度、单种煤成焦光学组织和与无烟煤成焦的焦炭光学组织结构等方面进行全面分析,同时与常用肥煤相关指标进行比较,结果表明,气肥煤变质程度较低,单种煤成焦光学组织以细粒镶嵌结构为主,不利于其在配煤炼焦中的配用.但气肥煤胶质体丰富,流动性好,形成的胶质体在煤粒间的铺展性好,可促进煤粒间的黏结,有利于改善焦炭质量,在配煤炼焦中应合理应用.

中低煤阶煤的生物气生成特征

为得到中低煤阶煤的生物气生成特征,以龙口褐煤和淮南肥煤为产气母源进行生物气生成模拟试验,在控制其他影响因素相同的情况下,同时进行7组试验,其中6组试验组分别添加褐煤和肥煤样品为底物,通过统计和分析生物气的产气量、产气速率,探讨中低煤阶煤的生物气生成特征。结果表明:90 d的煤生物气生成模拟试验中,褐煤和肥煤试验组的生物甲烷气生成量和生气速率总体表现为煤阶越低,生气累积量和生气速率越大;在试验组生物气生成整体上经历了3个阶段:第一个阶段是迅速上升期,第二阶段是平稳下降期,第三阶段为趋于稳定期。但第一个阶段的不同煤阶煤样生气特征存在差异:淮南肥煤较龙口褐煤生气较早。生物气生成前期,生物产甲烷菌种主要以培养基中营养液为主要原料,生气速率较高,到生物气生成后期,生物产甲烷菌种消耗煤中有机质产气,从而导致生气速率降低。

山西高硫气肥煤结构表征与分子模型构建

气肥煤是炼焦煤的主要煤种之一,研究高硫气肥煤的结构并构建分子结构单元模型,对气肥煤脱硫提质,优化炼焦配煤,节约优质炼焦煤资源具有重要意义。选择山西高阳矿区高硫气肥煤,利用FTIR,(13)C CP/MAS-NMR, XPS等测试分析方法表征煤中碳、氧、氮、硫赋存特征,结合煤质分析结果,计算芳香结构、脂肪结构和杂原子结构参数,并构建高阳高硫气肥煤分子结构单元模型。研究结果表明:与芳环上π电子形成的羟基π氢键是高阳高硫气肥煤最主要的羟基结构,占比为73.20%,羟基自缔合氢键、醚氧键与羟基形成的氢键含量较高,占羟基总量的24.38%,游离羟基含量仅占2.42%,煤中缔合结构以多聚体形式为主。含氧官能团主要以共轭羰基和酚羟基的形式存在,芳基醚和羧基含量较少。亚甲基是最主要的脂肪烃结构,占比为41.85%,甲基、次甲基占比分别为29.86和28.29%。芳香烃结构主要有苯环五取代、苯环三取代和苯环四取代三种形式,占比分别为41.42%, 30.65%和19.82%。芳氢率和芳碳率分别为0.34~0.35和0.73~0.77,芳核平均结构尺寸Xb为0.43。煤中噻吩、(亚)砜、硫醇(醚)和无机硫含量分别为35.90%, 27.61%, 18.40%和18.09%。氮主要以吡啶和吡咯结构存在,质子化吡啶和氮氧化物较少。通过对煤结构的表征,设计分子结构单元中有芳香烃碳原子118个,羧基和羰基共5个,脂肪烃碳原子35个,氧、硫、氮原子各8、 2、 2个;根据煤中杂原子结构解析结果,确定分子结构模型单元中包含噻吩、亚砜、吡啶、吡咯、酚羟基、醚氧键等官能团。以此研究为基础构建分子式为C(165)H(128)O8N2S2的高阳高硫气肥煤分子结构单元模型。

峰峰肥煤的固体高分辨核磁共振研究

用固体ＣＰ，ＣＰ／ＭＡＳＴＯＳＳ和偶极去相（ＤＤ）等实验技术对我国峰峰肥煤在不同处理阶段所得的三个固体样品进行了分析。得到了十二种煤的结构参数，并计算了三个样品的芳香簇团大小，获得了各个样品的结构特征及变化规律。发现脱灰煤、吡啶抽提残煤和加氢后吡啶不溶物，这三种样品的芳香度（ｆａ）和桥头碳（ｆＢａ）值均随样品中碳含量增加而增大，脂碳含量则呈减小趋势。三个样品中平均芳碳原子数分别为１８，１８和１９。

开滦肥煤物化特性的研究

为研究稀有肥煤难选的物化特性,以开滦集团钱家营选煤厂入选肥煤为研究对象,对其进行显微组分分析、孔隙度分析、X射线衍射物相分析、煤化程度分析以及密度粒度分析测定。结果表明:该煤的显微组分中惰质组约占1/3,致使煤样不易浮;裂隙中富集异质细泥与煤形成竞争性吸附,造成原煤难选;煤样中存在较多粘土类矿物并呈致密嵌布,将加大浮选难度;煤样中含有大量烷烃、醇类化合物和高岭土等物质;煤泥中间密度含量较大,实际可浮性较差;细泥-0.074mm含量大,属于高灰细泥,因此认为该煤样的天然可浮性难浮。

长时间存放对不同变质程度肥煤结焦行为的影响

通过对长时间堆放后不同变质程度肥煤粘结指数、胶质层指数、基氏流动度、奥亚膨胀度等指标的变化分析比较,结果表明,肥煤经长时间存放后,胶质层指数变化不明显,粘结指数、基氏流动度、奥亚膨胀度等性能指标呈下降趋势,不同温度下的流动度整体向低温区移动,且变质程度越低,下降幅度越大。肥煤经长期周转、运输后,应检测流动度、膨胀度指标,确定能否继续发挥肥煤作用,在配煤炼焦中应合理应用。

肥煤与聚乙烯废塑料共热解行为的热失重分析

为探索废塑料和煤共焦化工艺,采用溶液混合法制备了含聚乙烯(PE)的肥煤试样,并用热重分析方法研究了肥煤、PE废塑料及二者混合煤样的热解行为及其热解动力学特性。结果表明,混合煤样的热解反应主要发生在400～510℃。添加2%PE废塑料能改善肥煤的热解行为。随PE废塑料添加量的增加,热解活化能增大。

原平气肥煤炼制优质冶金焦的探讨

为获得低灰、低硫、低挥发分、高强度的冶金焦炭,以山西原平气肥煤为主煤源,配入适量太原西山瘦煤进行20kg小焦炉试验,结果表明,所得焦炭粒度组成较好,工业分析、机械强度等均达一级冶金焦指标。在此基础上,进行了捣固炼焦试验,所得焦炭反应性明显降低,分别由原来的66.5%和71.5%降到47.5%和48.1%,反应强度明显提高,分别由原来的5.22%和3.5%提高到30.5%和29.7%。大焦炉生产应用表明,配入10%原平气煤后,所得焦炭各项性能测定结果较好,达到了降低成本,提高经济效益的目的。

LS1/3焦煤替代XT高硫肥煤的配煤炼焦试验

为降低配煤成本和扩大炼焦煤资源,济钢开展了以LS1/3焦煤替代XT高硫肥煤的配煤炼焦试验研究工作。结果表明:在现行配煤结构下,以LS1/3焦煤替代7%XT高硫肥煤是可行的,焦炭质量指标保持稳定,配合煤成本降低10.5元/t。

唐钢炼焦肥煤和瘦煤应用浅析

通过40kg试验焦炉对唐钢肥煤、瘦煤资源进行优化配比,找出不同质量肥煤和瘦煤配合结焦规律以及对焦炭强度指标的影响,从而确定肥煤、瘦煤最佳配比:肥煤38%,焦煤37%,1/3焦煤12%,瘦煤13%。实际生产后,焦炭强度M40由原来的80.4%上升到81.0%。