符振宇

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶163411）

焦炭是以煙煤為主要原料，在隔絕空氣條件下通過室式焦?fàn)t加熱至950～1050℃干餾而得到的固體產(chǎn)物。根據(jù)原料煤的性質(zhì)、干餾的條件不同，可以形成不同規(guī)格和質(zhì)量的焦炭。本實驗主要是參考高爐煉鐵中焦炭的品質(zhì)對工業(yè)生產(chǎn)的影響因素分析方法[1-5]，結(jié)合造氣生產(chǎn)中焦炭原料在CO[6]生產(chǎn)中的影響因素，通過具體分析實驗數(shù)據(jù)為企業(yè)選擇合適的焦炭原料。

1 實驗部分

1.1 原料及設(shè)備儀器

山西焦炭、東北焦炭（含雞西，黑化集團(tuán)樣品）、蒸餾水、淀粉。

實驗設(shè)備儀器見表1。

表1 焦炭測試設(shè)備儀器Tab.1 The coke analysis instruments

1.2 原理與測試方法

焦炭的水分、揮發(fā)分、灰分的測試原理及方法相似，這里以灰分的測試原理和方法為例簡單介紹如下。

1.2.1 焦炭灰分實驗原理 稱取一定量的空氣干燥試樣，放入馬弗爐中。以一定的速度加熱到815±10℃灰化灼燒到質(zhì)量恒定，以殘留物的質(zhì)量占試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為焦炭的灰分。

1.2.2 測試方法

1.2.2.1 用預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿，稱取粒度為0.2mm 以下的空氣干燥試樣1±0.1g，稱準(zhǔn)至0.0002g，均勻地攤平在灰皿中，使其每平方厘米的質(zhì)量不超過0.15g。

1.2.2.2 將灰皿送入不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，關(guān)上爐門并使?fàn)t門留有15mm 左右的縫隙。在不少于30min 的時間內(nèi)將爐溫緩慢升至500℃，并在此爐溫下保持30min。

1.2.2.3 繼續(xù)升到815±10℃，并在此爐溫下灼燒1h。

1.2.2.4 從爐膛中取出灰皿，放在耐熱瓷板或石棉板上，在空氣中冷卻5min 左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。

1.2.2.5 進(jìn)行檢查性灼燒，每次20min，直到連續(xù)兩次灼燒的質(zhì)量變化不超過0.001g 為止。用最后一次灼燒的質(zhì)量為計算依據(jù)?；曳值陀?5%時，不必進(jìn)行檢查性灼燒。

1.2.2.6 結(jié)果計算

空氣干燥試樣的灰分按下式計算：

式中 Aad：空氣干燥試樣的灰分，%；m1：殘留物的質(zhì)量，g；m：試樣的質(zhì)量，g。

1.3 焦炭的灰熔點實驗原理與測試方法

1.3.1 灰熔點實驗原理 將焦炭灰制成一定尺寸的三角錐，在一定氣體介質(zhì)中，以一定的升溫速度加熱，觀察灰錐在受熱過程中的形態(tài)變化，觀察并記錄它的4 個特征熔融溫度：變形溫度（DT）、軟化溫度（ST）、半球溫度（HT）和流動溫度（FT）。

1.3.2 測試方法

1.3.2.1 取小于0.2mm 的試樣，按工業(yè)分析灰的測定方法灰化，然后用瑪瑙研缽研細(xì)。

1.3.2.2 取1～2g 焦灰放在玻璃板上，滴數(shù)滴淀粉溶液潤濕，并調(diào)成可塑狀，然后用小刀鏟入灰錐模型中擠壓成型，用小刀將模內(nèi)灰錐小心推出，放在灰錐托板上，在60℃下干燥備用。

1.3.2.3 將帶灰錐的托板放在剛玉舟上，取少量石墨（3.8g），放入剛玉舟中，在剛玉舟中部放10～15g石墨。

1.3.2.4 打開高溫爐爐蓋，把剛玉舟緩緩放入爐內(nèi)，至灰錐位于高溫帶并緊鄰熱電偶（相距2mm 左右）。

1.3.2.5 旋緊爐蓋，轉(zhuǎn)動高溫爐，使?fàn)t口對準(zhǔn)攝像機(jī)鏡頭，插上電源，打開高溫爐電源、電腦。進(jìn)入灰熔點測定程序，點擊開始進(jìn)入測定。

1.3.2.6 當(dāng)爐溫升到900℃時，調(diào)整爐口與鏡頭在一條直線上。儀器會自動記錄測試全過程，當(dāng)溫度升到1500℃時，試驗結(jié)束。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳含量分析

2.1.1 實驗數(shù)據(jù) 本次焦炭實驗主要測試焦炭的水含量、灰分、揮發(fā)分、固定碳含量見表2。

表2 水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳含量Tab.2 The content of moisture content,volatile matter,ash content,fixed carbon content

2.1.2 實驗數(shù)據(jù)分析

2.1.2.1 水含量分析 焦炭中的水主要是在焦炭生產(chǎn)中殘留在焦炭中的[2，3]，本次試驗是在干基條件下進(jìn)行測定，用于樣品固定碳的數(shù)據(jù)計算。從表2 可以看出，東北地區(qū)的焦炭水含量偏高，山西地區(qū)焦炭水含量較低，單從水含量上比較山西地區(qū)的焦炭品質(zhì)較好。

2.1.2.2 揮發(fā)分含量分析 揮發(fā)分越少，固定碳含量就越高，從表2 可以看出，雞西樣品的揮發(fā)分均為1.40%，黑化樣品為1.10%，山西樣品為1.63%。從揮發(fā)分含量來看東北地區(qū)的的焦炭品質(zhì)較好。

2.1.2.3 灰分含量分析 灰分是影響焦炭灰熔點的最重要因素，從表2 可以看出，雞西樣品的灰分含量最高達(dá)到16.45%，黑化樣品為14.00%，而山西樣品僅為12.37%，東北地區(qū)焦炭的灰分偏高，直接導(dǎo)致固定碳含量偏低。從灰分含量來看山西焦炭品質(zhì)較好。

2.1.2.4 固定碳含量分析 固定碳是對焦炭品質(zhì)優(yōu)劣評判的重要指標(biāo)[5]。由表2 實驗數(shù)據(jù)可以看出，山西焦炭固定碳含量最高達(dá)85.79%，而東北地區(qū)的焦炭固定碳含量都低于85.00%。從焦炭的固定碳含量來看東北地區(qū)焦炭的固定碳含量偏低，山西焦炭的固定碳含量較高。從固定碳含量來看山西焦炭品質(zhì)較好，東北地區(qū)焦炭的品質(zhì)稍差。

2.2 灰熔點分析

灰熔點是由某一組分部分地開始軟化到所有組分全部熔融之間的一個溫度范圍，分為變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動溫度4 個溫度特征。通常將由焦炭灰制成的灰錐在受熱發(fā)生軟化變形時的溫度看做焦炭的灰熔點[1-4]?；胰埸c是焦炭品質(zhì)評判的最重要指標(biāo)，在一氧化碳生產(chǎn)過程中，焦炭的灰熔點低，將限制氣化溫度的提高，降低氣化爐的生產(chǎn)能力；同時容易發(fā)生結(jié)疤現(xiàn)象，減少通風(fēng)面積，增大燃料層阻力，使氣體分布不均勻，浪費原料，影響操作，因此，灰熔點越高越好。

2.2.1 實驗數(shù)據(jù)

表3 灰熔點Tab.3 Ash fusion point

2.2.2 實驗樣品灰錐的圖像 實驗樣品圖片為用智能灰熔融測試儀高溫加熱后樣品灰錐的情況。見圖1～4。

圖1 雞西樣品1Fig.1 Jixi sample1

圖2 雞西樣品2Fig.2 Jixi sample2

圖3 山西樣品Fig.3 Sanxi sample

圖4 黑化樣品Fig.4 Heihua sample

2.2.3 灰錐樣品在測試過程中的圖像 樣品在灰熔融測試中記錄下的四個溫度特征圖像見圖5～8。

圖5 雞西樣品1 測試圖像Fig.5 The test image of Jixi sample1

圖6 雞西樣品2 測試圖像Fig.6 The test image of Jixi sample2

圖7 黑化樣品測試圖像Fig.7 The test image of Heihua sample

圖8 山西樣品測試圖像Fig.8 The test image of Sanxi sample

2.2.4 灰熔點的結(jié)果分析 由表3 中可知，東北地區(qū)的焦炭灰熔點不到1400℃，而山西地區(qū)的焦炭灰熔點大于1500℃。從圖片1～8 中可以看出，東北地區(qū)焦炭灰熔點較低，樣品灰錐不到1500℃就全部熔融，結(jié)焦較為嚴(yán)重，而山西焦炭的灰錐在1500℃時只有錐尖有一點變形。從灰熔點來看，山西焦炭品質(zhì)最好，東北地區(qū)焦炭與山西焦炭相比有明顯的差距。

3 結(jié)論

綜合上面實驗的數(shù)據(jù)及結(jié)果分析本次研究可得到以下結(jié)論：

（1）針對單一指標(biāo)：在揮發(fā)分含量上東北地區(qū)焦炭品質(zhì)較好，在灰分含量、固定碳含量上山西地區(qū)較好。

（2）從焦炭的灰熔點上來看，山西地區(qū)的焦炭優(yōu)勢較為明顯，生產(chǎn)CO 的焦炭原料對灰熔點要求較高，根據(jù)實驗結(jié)果可知選擇山西地區(qū)的焦炭作為原料較為合適。

（3）本次研究主要是選擇生產(chǎn)CO 的焦炭原料，其中焦炭的固定碳含量和灰熔點是本次研究的最重要的兩項指標(biāo)。通過實驗研究分析可知山西地區(qū)焦炭是最適合的生產(chǎn)原料。

［1］GB/T［S］.2001-1991 焦炭工業(yè)分析測定方法.

［2］周師庸，趙俊國.煉焦煤性質(zhì)與高爐焦炭質(zhì)量［M］北京：冶金工業(yè)出版社，2005.161-173.

［3］徐成裕，鄧新軍，傅鋼強(qiáng).焦化裝置焦炭塔技術(shù)問答［M］北京：中國石化出版社，2006.145-147.

［4］GB/T［S］.2006-1994 焦炭機(jī)械強(qiáng)度的測定方法.

［5］王曉琴.煉焦工藝［M］北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2010.5-7.

［6］孫福楠.一氧化碳生產(chǎn)方法的研究現(xiàn)狀［J］.低溫與特氣，1997，（1）：12-16.