高硫石油焦配煤可磨性规律及粒度分布研究.pdf

第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 2月 应用化工 A p p l i e d C h e mi c a l I n d u s t u Vo 1 ． 43 No ． 2 F e b ． 2 0 1 4 高硫石油焦配煤可磨性规律 及粒度分布研究 刘仁科， 李寒旭 安徽理工大学 化学 __I 程学院 ， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘要 选取 H G I 相差较大的两种高硫石油焦 B、 C和一种淮北煤 A按不同比例进行配煤， 测定煤样、 高硫石油焦 样和配煤样品的 H G I ， 采用行星式球磨机将样品 0 ． 6 31 ． 2 5 mm 磨制5 m i n ， 并分析粒度分布。结果表明， 在难磨 的石油焦中配人一定比例的易磨煤可以提高配煤的 H G I ； 难磨石油焦 B与A煤混配后的 H G I 与配煤比例能够很好 地遵循线性可加原则， 易磨石油焦 C与 A煤混配后的 H G I 与配煤比例线性关系很差 ； 随着配煤中石油焦的比例增 加 ， 大颗粒所 占的比例增多 。 关键词 高硫石油焦 ； 配煤； H G I ； 粒度分布 中图分类号 T Q 5 2 ； T Q 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 4 0 2 0 2 8 8一 o 4 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e g r i n d i n g b e h a v i o r a n d p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f h i g h- s ul f ur p e t r o l e u m c o k e b l e n d i n g c o a l L I U Re n k e L l Ha n x u C o l l e g e o f C h e mi c a l E n g i n e e r i n g ， A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a A b s t r a c t T w o h i g h s u l f u r p e t r o l e u m c o k e B， C w h i c h H G I e x i s t e d l a r g e r d i f f e r e n c e a n d a H u a i b e i c o a l A a n d t h e i r b l e n d i n g s ． T h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f p u l v e r i z e d c o a l w a s a n a l y z e d b y L a s e r P a rt i c l e S i z e A n a l y z e r o n H G I e x p e r i m e n t a l s a mp l e s 0 ． 6 3～1 ． 2 5 m m a f t e r t h e p l a n e t t y p e b a l l m i l l g r i n d i n g 5 mi n ． T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t b l e n d i n g w i t h a c e r t a i n p r o p o r t i o n o f c o a l g r i n d a b i l i t y o f c o a l c a n i mp r o v e t h e HGI o f b l e n d e d c o a l s ． T he HGI o f h a r d g r i n d pe t r o l e u m c o k e B b l e n de d wi t h c o a l A c a n we l l f o l l o w a l i n e a r a d d i t i v e p r i n c i p l e wi t h b l e n di ng r a t i o， bu t g r i n d a bi l i t y p e t r o l e u m c o k e C b l e n d e d wi t h c o a l A h a v e p o o r l i n e a r r e l a t i o n s h i p wi t h t h e b l e n d i n g r a t i o； wi t h t h e i nc r e a s e i n t h e p r o p o r t i o n o f pe t r o l e u m c o k e i n t h e b l e n d i n g p r o p o rti o n l a r g e r pa r t i c l e s i nc r e a s e ． Ke y wo r d s h i g h s u l f u r p e t r o l e u m c o k e ；c o a l b l e n d i n g ；HGI ；p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n 随着我国炼油工业加工高硫原油比例的不断上 升， 高硫石油焦 硫含量大于 3 ％ 的产量逐年增加。 硫含量较高， 导致其利用范 围较为狭 窄 引。因此 ， 拓宽高硫石油焦的应用研究受到了关注和重视。 许多研究认为 ， 石油焦具有含碳 量高 、 灰分低 、 发热量高等特点 ， 采用气流床气化制取合成气是 一 项有效 、 清洁利用高硫石油焦 的途径。而气流床 气化温度高、 停留时间短， 对人炉原料的粒度具有严 格的控制， 原料的可磨性指数是气化炉设计和制粉 系统运行的重要参数。国内外许多学者针对单煤 、 混煤可磨性变化规律以及影响煤的可磨性大小因素 和预处理等方面做了大量研究工作。但目前为止， 国内外对高硫石油焦可磨性指数进行深人的研究还 未见报道。 本文探讨了高硫石油焦及不同比例配煤可磨性 指数变化规律和采用球磨机磨制后粒度分布， 找出 不同种类高硫石油焦 在配煤 中较佳的掺配 比例 ， 同 时为高硫石油焦配煤气化的磨制系统提供理论指 导 收稿日期 2 0 1 3 1 0 ． 1 5 修改稿日期 2 0 1 3 1 1 ． O 5 作者简介 刘仁科 1 9 8 7一 ， 男， 安徽濉溪人， 安徽理工大学硕士研究生， 师从李寒旭教授， 主要从事洁净煤技术方面的研 究。电话 0 5 5 4 6 6 6 8 0 9 0 ， Em a i l l r k w mn 1 6 3 ． c o rn 通讯联系人 李寒旭 1 9 6 3一 ， 男 ， 安徽理工大学教授， 博士生导师， 从事煤化工和煤气化领域的研究。Em a i l l h x t y x l 6 3． c o n 第 2期 刘仁科等 高硫石油焦配煤可磨性规律及粒度分布研究 1 实验部分 A， 煤样、 石油焦样的工业分析和元素分析见表 1 。 1 ． 1 材料与仪器 高硫石油焦 B、 C 硫含量均大于 3 ％ 和淮北煤 表 1 煤样、 石油焦样的工业分析、 元素分析 Ta b l e 1 Pr o x i ma t e a n d u l t i m a t e a n a l y s i s o f c o a l a n d p e t r o l e u m c o k e s a m p l e s H M -6 0型哈氏可磨性指数测定仪； B T 一2 0 0 3激 光粒度分析仪。 1 ． 2 实验方法 1 ． 2 ． 1 配煤原煤 、 石油焦在 空气 中充分干燥 ， 制 样至 0 ． 6 3～1 ． 2 5 mm， 将石油焦 B 、 c分别与 A煤按 质量比为 1 3 ， 1 2 ， 1 1进行配煤 ， A、 B配煤方案记 为 A B I 、 A B 2 、 A B 3， A、 C配煤 方案记 为 A C 1 、 A C 2、 AC3。 1 ． 2 ． 2 哈 氏可磨性指数测定称取 5 0 g样品 ， 放 人哈氏可磨性指数测定仪中， 用孔径为 0 ． 0 7 1 m m 的筛子在振筛机上筛分 2 0 m i n 。称量筛上和筛下物 的质量并查标准曲线， 得出各单样和配煤的 H G I 。 当筛下物与筛上物质量之和小于 4 9 ． 5 g 时， 也就是 实验过程中样品的质量损失大 于 0 ． 5 g ， 实验失败 ， 必须重新实验。 1 ． 2 ． 3 球磨机磨制及粒度分布测定称取 5 0 g样 品， 放人行 星式球磨机 中， 设定球 磨机频 率为 2 5 0 H z 、 时间为 5 mi n 。采用激光粒度分布仪测定单 样及配煤样品的粒度分布。 2 结果与讨论 2 ． 1 B、 C石油焦和 A煤 的 HGI 淮北煤 A和石油焦的 HG I 值见表 2 。 表 2 A、 B、 C单样的 HGI 测定结果 Ta b l e 2 HGI M e a s u r e m e n t r e s u l t s o f s i n g l e s a m p l e s 样 品名称H G 1 7 4 ．1 3 3 2 ． 7 3 7 3 ． 9 7 由表 2可知， 石油焦 B 、 C的 H G I 值分别为 3 2 ． 7 3 ， 7 3 ． 9 7 ， 在煤的哈氏可磨性指数分级中， 石油 焦 B属于难磨等级， C属于中等可磨等级， 从石油焦 B、 C的外观形状上看， 石油焦 B为弹丸焦 、 C为海绵 焦。研究表明 ， 弹丸焦 的形成是 由于重 质原油 的开采加工比重逐渐增大， 导致原料密度大、 粘度 大、 残炭值高、 酸值高、 胶质、 沥青质含量高、 重金属 尤其是 N i 、 V能够促进弹丸焦的生成。E l l i s 等 对 比研究了弹丸石油焦和海绵石油焦 的性质 ， 结果表 明， 弹丸焦的硬度明显高于海绵焦 ， 与本实验得出的 结果一致。而 A煤的H G I 值为 7 4 ． 1 3 ， 与海绵焦 c 的H G I 值几乎相等， 而远远高于弹丸焦B ， 属于中等 可磨煤等级。 2 ． 2 B、 C石油焦与 A煤配煤比例与 HGI 的关系 各配煤的可磨性指数见表 3 。 表 3 B、 C石油焦与 A煤配煤实验结果 Ta b l e 3 E x p e r i me n t a l r e s u l t s o f B，C p e t r o l e u m c o k e a n d c o a l b l e n d i n g 由表3可知， 在 A B配煤中， A煤与 B石油焦的 可磨性指数相差 4 1 ． 4 ， 随着 B石油焦在配煤中比例 的增加， H G I 值逐渐降低； 在 A C配煤中， A煤与 c 石油焦的可磨性指数几乎相等， 随着 c石油焦在配 煤中比例的增加， H G I 值呈升高趋势， 配煤 A C 3 即 c在配煤中占5 0 ％ 的H G I 值接近c石油焦。两组 配煤的H G I 值均小于各自的加权平均值。 因此， 针对 B石油焦等可磨性较差的焦样， 可 以选取不同比例石油焦掺配到可磨性相对较好的煤 中， 然后去磨制， 在达到气化炉粒度要求范围， 同时 又能够节省能量。 赵亮等_ 1 H 研究表明 ， 混煤的可磨性 与单煤不 呈线性关系， 并非两个组分煤种加权平均， 而是趋向 于难磨的煤， 可磨性差异越大的两种煤掺混时， 混煤 的可磨性更加趋向于难磨煤种。混煤粉碎时， 由于 各单煤的机械性质不同， 相互之间必然产生影响， 使 得混煤的粉碎过程不同于各单煤。混煤的 H G I 与 单煤的 H G I 及混配 比例有关 ， 对于两种不同 H G I 煤 种混合粉碎时， 混煤中难磨煤对易磨煤的破碎有促 进和阻碍两种可能。两种相近的煤种进行混合时， 2 9 0 应用化工 第 4 3卷 混煤的可磨性指数趋近 于线性 ． 当两种相差较大 的 煤种混合时 ， 混煤的哈 氏可磨性指数具有非线性 的 关系。配煤的可磨性指数与配煤煤种可磨性指数相 差不大1 4 ； C石油焦与 A 煤配煤的可磨性指数随着配煤比例的线性关系较 差， 相关度 R仅为 0 ． 2 5 0 4， 而 A煤与 C石油焦的可 磨性指数几乎相等。即石油焦配煤可磨性的线性关 系为当两者可磨性指数相差较 2 m -t 性能够较好的 遵循线性可加原则， 反之相反。此结论与文献所述 不一致， 可能是由于文献中配煤所指不同煤种之间 的混配结果， 本文中配煤是不同种类的高硫石油焦 与煤进行配煤的结果， 石油焦的产生及机械性质与 煤不同所致。 2 ． 3 B、 C石油焦与 A煤配煤球磨后的粒度分布 可磨性指数测定的理论依据是磨碎定律， 即将 固体物料磨碎成粉消耗的能量与其新产生的表面积 成正比。不同煤种的机械性质、 矿物质含量不同， 因 此不同煤的破碎机理不同， 采用相同的能量去破碎 ， 得到的粒度分布是不同的。本文探讨了不同可磨性 指数 的石油焦 、 煤及其配煤在相同条件下磨制后的 粒度分布 ， 见图 3 、 图 4 。 舞 I 叮 粒度／ t z r f l 图 3 A B配煤磨制后的粒度分布 F i g ． 3 Th e g ri n d i n g p a r t i c l e s i z e d i s t ri b u t i o n o f AB b l e n d i n g s a mp l e s 由图 3可知， 在 A B配煤 中， B石油焦和 A煤及 配煤的粒度分布趋势相近， 随着 B石油焦的比例增 加， 球磨5 ra in后粒度分布中大粒径颗粒占的比例 逐渐增加， 当完全是 B石油焦时， 大颗粒所占比例 远远大于单一的 A煤和 A B配煤。此结果与 A B配 煤的可磨性指数规律一致， 即可磨性指数大的样品 磨制后的粒度也小。同时也再一次表明， 难磨煤或 石油焦中配人一定比例的易磨煤， 在磨制过程中， 两 种煤之间相互破碎， 破碎后的粒度趋向于小粒径， 达 到气化炉用煤的粒度要求。 粒度， m 图4 A c配煤磨制后的粒度分布 F 4 T h e g ri n d i n g p a r t i c l e s i z e d i s t ri b u t i o n o f AC b l e n d i n g s a mp l e s 由图4可知， 在 A c配煤中， 随着配煤中 C石油 焦的比例增加， 大粒径颗粒占的比例逐渐增加， 并不 明显， 配煤 A C I 、 A C 2 、 A C 3的粒度分布曲线几乎重 合， 虽然 C石油焦与 A煤的可磨性指数几乎相等， 但是单一 c石油焦磨制后的粒度却明显大于 A煤。 混煤的破碎特性并不等同于单煤， 实验结果可以看 出， 即使可磨性指数相差不大的两个单样， 经过相同 能量破碎后的粒度分布可能相差较大。 3 结论 I 不同种类 的高硫石油焦由于产生的条件不 第 2期 刘仁科等 高硫石油焦配煤可磨性规律及粒度分布研究 2 9 1 同， 可磨性指数也不 同， 弹丸石油焦 B的可磨性指 数 3 2 ． 7 3 远小于海绵石油焦 C 7 3 ． 9 7 。配人一 定比例可磨性指数相对较高 的 A煤 7 4 ． 1 3 ， 配煤 的可磨性指数增加， 即在可磨性差 的石油焦中配人 合适的煤 、 选择合适的混配 比例可 以提高混煤 的可 磨性指数。 2 采用可磨性指数相差很大的 A煤与石油焦 B进行配煤时， 配煤 的可磨性指 数呈 现出很好 的线 性关系， 计算值几乎等于其实验值 ； 而可磨性指数几 乎相等A煤与石油焦 c进行配煤时， 配煤的可磨性 指数与配煤 比例线性关系很差 ， 且两组配煤的可磨 性指数均小于各 自的加权平均值 。 3 经过球磨机在相 同条件 磨前粒度 0 ． 6 3～ 1 ． 2 5 fi lm 磨制 5 ra i n 的粒度分布可知， A B 、 A C配煤 均随着石油焦在配煤 中比例增大， 大颗粒所 占的比 例逐渐增加 。可磨性指数大的样品磨制后的粒度也 较小。在难磨石油焦 中配人一定 比例的易磨煤 ， 在 磨制过程中， 两种煤之间相互破碎 ， 破碎后的粒度趋 向于小粒径。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] Z h a n X L． Z h o u Z J ， Wa n g F C． 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