王永超

(山西沁新能源集團(tuán)股份有限公司，山西 長治 046500)

引 言

山西省擁有高硫煤資源量842.022億 t，占全省煤炭資源總量的12.78%。高硫煤主要分布于河?xùn)|煤田離柳礦區(qū)和鄉(xiāng)寧礦區(qū)、霍西煤田襄汾礦區(qū)、西山煤田杜兒坪礦區(qū)的太原組煤以及沁水煤田南部的太原組煤中。高硫煤中的硫以有機(jī)硫和硫化鐵硫?yàn)橹?。本文基于高硫煤高溫碳化脫硫技術(shù)，研究高硫煤高溫碳化脫硫機(jī)理及脫硫效率[1-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)樣品及設(shè)備情況

1) 本次試驗(yàn)煤樣使用山西某煤礦9#+10#高硫精煤，按照焦化廠生產(chǎn)高硫焦入爐煤粒度組成為標(biāo)準(zhǔn)，在50 ℃干燥箱內(nèi)干燥2 h，對(duì)樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，然后進(jìn)行試驗(yàn)。

2) 試驗(yàn)儀器采用高溫真空管式爐，最高溫度可達(dá)到1 600 ℃。升溫速率可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制，在升溫過程中通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。

1.2 試驗(yàn)方案

在真空管式爐中加熱煤樣充氮?dú)獗Ｗo(hù)，按不同升溫速率(5 ℃/min、20 ℃/min)分別升溫至1 350 ℃、1 600 ℃，并在不同的升溫階段收集氣體。完成后檢測(cè)殘留樣品的各項(xiàng)指標(biāo)(水分Mad、灰分Ad、揮發(fā)分Vdaf、硫份Std、固定碳Fcd等)的變化情況及所收集氣體組分的含量。

1) 按5 ℃/min升溫速率升溫至1 350 ℃，恒溫30 min，然后以5 ℃/min繼續(xù)升溫至1 600 ℃，恒溫30 min。升溫到1 350 ℃時(shí)開始收集氣體至1 600 ℃恒溫結(jié)束后停止氣體收集，氮?dú)獍凑?50 mL/min充入。

2) 按20 ℃/min升溫速率升溫至1 600 ℃，恒溫120 min，在升溫至1 600 ℃時(shí)開始收集氣體至恒溫結(jié)束后停止氣體收集，氮?dú)獍凑?50 mL/min充入。

3) 按5 ℃/min升溫速率升溫至1 350 ℃，恒溫120 min，在升溫至1 350 ℃時(shí)開始收集氣體至恒溫結(jié)束后同時(shí)結(jié)束氣體收集，氮?dú)獍凑?50 mL/min充入。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

2.1 工況指標(biāo)(見表1)

2.2 氣體組分(見第106頁表2)

表2 氣體組分 %

3 數(shù)據(jù)分析

1) 在高溫碳化條件下，原料中的硫分會(huì)降低。且隨溫度的升高，殘留率越低。溫度達(dá)到1 600 ℃恒溫結(jié)束后，殘留物的硫分為1.30%，殘留率為44.37%。

2) 恒溫時(shí)間越長，脫硫效果越明顯。在升溫達(dá)到1 600 ℃，恒溫60 min,硫分降低1.22%(殘留率為58.36%)；在升溫達(dá)到1 600 ℃，恒溫120 min，硫分降低1.63%(殘留率為44.37%)。

3) 在高溫碳化條件下，原料中的揮發(fā)分明顯降低，在3個(gè)試驗(yàn)中揮發(fā)分都降低至1.5%以下，且隨著溫度的升高，恒溫時(shí)間的延長，揮發(fā)分越低。

4) 在隔絕空氣高溫條件下碳化，原料中的灰分明顯升高。因?yàn)樵现胁糠钟袡C(jī)組分分解，灰分相對(duì)升高。

5) 因通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，煤中的硫以氣體形式釋放時(shí)，主要與氫結(jié)合生成H2S。在1 350 ℃～1 600 ℃，H2S的釋放量逐漸變小。1 350 ℃時(shí)H2S的含量(體積分?jǐn)?shù))為0.66%，1 600 ℃時(shí)H2S的含量(體積分?jǐn)?shù))為0.55%。

4 結(jié)論

1) 高溫條件下，煤中硫分會(huì)降低，在正常煉焦工藝中，硫分的殘留率在85%～90%，9#+10#煤中有機(jī)硫含量達(dá)到97%，在煉焦過程中，部分有機(jī)硫在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)間分解脫除，環(huán)鏈有機(jī)硫易與煤氣中的H2反應(yīng)生成H2S，但多環(huán)有機(jī)硫穩(wěn)定，無法脫除。

2) 因煤中含有一定量的CaO和MgO，煤氣中的部分硫會(huì)與無機(jī)礦物反應(yīng)形成復(fù)合物，從煤氣中轉(zhuǎn)移到焦炭中，起到“固硫劑”的作用，因此在高溫的碳化工藝中，脫硫和固硫反應(yīng)同時(shí)并存。

3) 因每一種煤中有機(jī)硫、硫酸鹽硫、硫鐵礦硫以及堿金屬(CaO和MgO)含量均不同，因此在相同的碳化工藝條件下，硫分的轉(zhuǎn)化率各不相同。

4) 溫度越高，殘留物中硫的含量越低，且溫度達(dá)到1 300 ℃以后，硫分的脫除效果更加明顯。