王永超

(山西沁新能源集團股份有限公司，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硫和硫化鐵硫為主。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理及脫硫效率[1-5]。

1 實驗部分

1.1 試驗樣品及設(shè)備情況

1) 本次試驗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準，在50 ℃干燥箱內(nèi)干燥2 h，對樣品進行檢驗，然后進行試驗。

2) 試驗儀器采用高溫真空管式爐，最高溫度可達到1 600 ℃。升溫速率可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、控制，在升溫過程中通入氮氣進行保護。

1.2 試驗方案

在真空管式爐中加熱煤樣充氮氣保護，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。完成后檢測殘留樣品的各項指標(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 ℃時開始收集氣體至1 600 ℃恒溫結(jié)束后停止氣體收集，氮氣按照150 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 ℃時開始收集氣體至恒溫結(jié)束后停止氣體收集，氮氣按照150 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 ℃時開始收集氣體至恒溫結(jié)束后同時結(jié)束氣體收集，氮氣按照150 mL/min充入。

2 實驗數(shù)據(jù)匯總

2.1 工況指標(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，原料中的硫分會降低。且隨溫度的升高，殘留率越低。溫度達到1 600 ℃恒溫結(jié)束后，殘留物的硫分為1.30%，殘留率為44.37%。

2) 恒溫時間越長，脫硫效果越明顯。在升溫達到1 600 ℃，恒溫60 min,硫分降低1.22%(殘留率為58.36%)；在升溫達到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個試驗中揮發(fā)分都降低至1.5%以下，且隨著溫度的升高，恒溫時間的延長，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。因為原料中部分有機組分分解，灰分相對升高。

5) 因通入氮氣保護，煤中的硫以氣體形式釋放時，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H2S的含量(體積分數(shù))為0.66%，1 600 ℃時H2S的含量(體積分數(shù))為0.55%。

4 結(jié)論

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

2) 因煤中含有一定量的CaO和MgO，煤氣中的部分硫會與無機礦物反應(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)同時并存。

3) 因每一種煤中有機硫、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，且溫度達到1 300 ℃以后，硫分的脫除效果更加明顯。