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冶炼焦的热解特性及其影响因素

  冶炼焦的热解特性及其影响因素对于理解焦炭的形成过程以及优化炼焦工艺至关重要。以下是对冶炼焦热解特性及其影响因素的详细分析:

  一、冶炼焦的热解特性

  冶炼焦的热解过程是指炼焦煤在隔绝空气条件下高温加热时发生的化学反应过程。这一过程主要经历以下三个阶段:

  干燥和脱吸附阶段(低于400℃):

  在此阶段,煤的外形几乎无变化。主要进行的是:在120℃左右将吸附的水脱除;在200℃左右时析出CH4、CO2和N2等气体。

  活泼热解阶段(400~550℃):

  也被称为半焦生成阶段。煤样伴随着温度的不断升高要经历熔融、流动、膨胀、固化等状态,在此状态下形成三相(包括气、液、固)同在的胶质体。

  生成包含气态烃、CO2和CO等气体的煤气;形成的半焦较原煤具有固定碳含量高、挥发分低等特点;还有少量焦油生成,其在450℃达到最大值。

  半焦缩聚阶段(550℃以上):

  主要进行的是半焦通过热解形成焦炭;析出的焦油量特别少;煤气的量在增加,尤其是煤气中的H2含量增幅明显。

  二、影响冶炼焦热解特性的因素

  原料煤的影响:

  煤化程度:煤化程度对煤的热解影响很大,它直接影响煤开始热解的温度、热解产物、热解反应活性、黏结性和结焦性等。随着煤化程度的加强,煤开始热解的温度逐渐升高。煤化程度低的煤(如褐煤)热解时,煤气、焦油和热解水产率高,但由于没有黏结性(或很小),不能结成块状焦炭;中等变质程度的烟煤,热解时煤气、焦油产率高而热解水少,黏结性强,能形成强度高的焦炭;煤化程度高的煤(贫煤以上),煤气量少,基本没有焦油,由于没有黏结性,故生成大量焦粉。

  岩相组成:不同煤岩成分其热解产物及产率也不同。煤气产率以稳定组为最高,丝质组最低,镜质组居中;焦油产率以稳定组为最高,丝质组最低,镜质组焦油产率居中;焦炭产量丝质组最高,镜质组居中,稳定组最低。

  外界条件的影响:

  热解最终温度:因煤热解的终点温度不同,热解产品的组成及产率也不同。焦炉的生产实践表明,温度为800℃时氨的产率最高;700~800℃之间最适宜生产贵重的芳烃、苯、甲苯和二甲苯,此时产率最高。焦饼中心温度过高不利于化学产品的回收。

  炉顶空间温度和容积:从化学产品的产率和质量来说,炉顶空间温度以750℃左右为宜。炉顶空间温度超过900℃,焦油中含的游离碳、萘、蒽、沥青增加,密度增大,含酚减少。在平煤操作良好、荒煤气导出顺利的条件下,炉顶空间容积应尽可能小,以减少荒煤气在此停留的时间,使二次热解适当。

  升温速度:随着加热速度的增加,气体开始析出的温度和气体析出速度最大时的温度迅速提高。对于煤中硫的释放,加热速率会影响有机硫之间的相互转化以及有机硫与无机硫(黄铁矿)或气相中硫的二次反应。

  气氛的影响:

  通常情况下煤的热解都在惰性气氛下进行,但惰性气氛不参与煤的热解反应,有机质自身产生的活性氢不能满足硫释放的需求,热解产生的一些活性硫可能与煤中有机质相结合而形成更稳定的形态硫而滞留于焦中,脱硫率低。

  对于还原性气氛,由于还原性气氛参与反应,在热解过程中,活性硫很容易从气氛介质中捕获氢形成H2S而释放。在氧化性气氛下,硫的脱除率也要高于惰性气氛。

  综上所述,冶炼焦的热解特性及其影响因素涉及多个方面。为了优化炼焦工艺和提高焦炭质量,需要综合考虑原料煤的特性、外界条件以及气氛等因素的影响。

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