添加褐煤、肥煤热溶物配煤炼焦对焦炭质量的影响研究

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本文分别对锡林郭勒褐煤和肥煤进行热溶实验,探究两种不同变质程度的煤在不同溶剂下的热溶性能,并通过红外光谱、元素分析仪、流变仪、同步热分析仪、扫描电镜和核磁氢谱等仪器分析表征热溶物的组成及结构,探究热溶规律;添加热溶物配煤炼焦,研究配入热溶物对焦炭质量的影响。研究结果表明:不同煤阶煤的热溶过程受溶剂影响显著,煤阶较高的肥煤热溶收率远高于低阶褐煤;此外,溶剂的极性、结构等差异也会明显改变热溶效果,褐煤在极性溶剂1-甲基萘加10%甲醇(1-MN+MT)中热溶收率最高,达到44.8%,肥煤在极性溶剂甲基萘油(CMNO)中热溶收率最高,达到79.3%。褐煤热溶物和肥煤热溶物组分也有所差异,褐煤热溶物H/C较高,以芳香烃为主,并含有一定的脂肪烃结构和含氧官能团。而肥煤热溶物以芳香结构为主体,取代度较高,支链化程度较低,含有一定量的脂肪烃结构和少量含氧官能团,且热溶对褐煤热溶物结构影响更为显著。通过对热溶物的动态粘弹性和黏结性能测定发现,褐煤热溶物较原煤黏结性能显著增强,且对于同一种煤的热溶物,其软化温度降低,黏结性能增加。通过对热溶物的结构分析发现,经不同溶剂萃取,热溶物的芳香性和取代度有所差别,同时,侧链及支链化程度也有所差异;褐煤热溶物芳香性总体上较低,只有0.63或0.62,脂肪烃侧链结构丰富,取代度较高,支链化程度也高。肥煤变质程度较高,稠环体系较大,经热溶萃取,其热溶物芳香性降低至0.65,接近于褐煤热溶物,取代度和支链化程度有所增加。总体而言,两者热溶物结构差异性较原煤减小。添加不同热溶物配煤炼焦后发现,褐煤热溶物同肥煤热溶物一样,都可以在热解成焦过程中会产生液相胶质体,增加配合煤的黏结性和热塑性,改善半焦界面结合状态,显著提升焦炭质量,其中分别以HM-CMNO和FM-1-MN的热溶物效果最佳,相对基准焦,PRI(CO2反应性)分别降低了4.9%和3.4%;CSR(反应后强度)分别提升了10.8%和6.8%;MSI0.2(显微强度)分别增加了9.2%和5.5%,这是因为这两种热溶物芳香性较低,含有大量脂肪烃结构及侧链烷烃,支链化程度高,能在热塑性阶段产生大量胶质体,提升焦炭质量,而在同一条件下,配入肥煤热溶物的焦炭优于褐煤热溶物的焦炭质量,这是因为肥煤热溶物中活性组分分子量分布较宽,可以形成大小适中的胶质体,提升焦炭质量;添加热溶处理的褐煤配煤炼焦,同添加褐煤的焦炭相比,可有效改善焦炭质量,即热溶处理对褐煤有一定的提质作用;而热不溶物对提升焦炭质量则无明显效果。且煤的挥发分与其成焦率呈负相关性,即挥发分增加,成焦率下降。
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