煤的热溶及其热溶物在炼焦配煤中的应用基础研究

提高焦炭质量，特别是改善焦炭的热性能，对于高炉炼铁具有明显的节能减排效果。基于我国炼焦煤资源不足，扩大炼焦煤源是炼焦行业发展的主要方向，本项目从煤的有机质组成与结构，特别是煤分子结构中的非共价键作用对其黏结性和结焦性影响规律这一科学问题出发，通过对煤在温和条件下的热溶解聚，热溶物用于炼焦配煤增黏剂，从而改善焦炭热性能，增加储量丰富的低硫低灰的弱黏煤在炼焦配煤中用量，扩大炼焦煤源。利用萘残油或甲苯与甲醇之间的协同作用，采用萘残油（甲苯）-甲醇为混合溶剂，针对不同变质程度的煤种，辅之以少量添加剂的增溶和供氢功能，以提高煤的热溶产率。热溶物采用溶剂分级，对各级分采用仪器分析表征热溶物的结构以及黏结性和结焦性分析，最终通过坩埚焦来评价添加热溶物配煤炼焦的综合性能，从而将热溶物组成、结构、性质与其炼焦性能相关联，揭示煤的有机质组成与结构对其黏结性和结焦性影响规律和配煤炼焦机理。

采用胜利、先锋褐煤，神府次烟煤和肥煤等几种不同变质程度的煤进行热溶解聚研究，通过对热溶物和热不溶物的性能和结构进行分析表征，探讨了在温和条件下煤的热溶解聚机理，并对不同热溶物的利用进行初步探索，结果表明，褐煤在甲醇-强碱体系能接近完全转化，主要因为醇解过程中能提供游离的OH-，能够促进褐煤中醚、酯键的水解；氯化-1-丁基-3-甲基咪唑离子液体200℃对先锋褐煤的热溶抽提率高达80%，其主要原理是破坏褐煤中的离子键和氢键。离子液体中阴离子种类对先锋褐煤的解离和溶解相比于阳离子种类起主要作用，顺序依次为Cl->H2PO4->Br-=OH->BF4->BrO3->PF6-；褐煤和次烟煤在1-甲基萘和甲基萘油中均具有良好的热溶效果，且甲基萘油的热溶效果更佳,这主要是由于甲基萘油中含有少量含N的极性组分。1-甲基萘中添加甲醇等极性溶剂，可以明显提高褐煤和次烟煤的热溶效果。甲基萘油中添加甲醇后对褐煤可以进一步提高其热溶物产率，但对神府次烟煤却降低了其热溶效果；神府煤与生物质具有良好的共液化和共热溶协同作用，主要是由于生物质在低温热解形成的自由基中间体，能促进神府煤在较低温度下的液化和热溶；神府煤热溶物具有较高液化活性，油收率高，且对液化加氢催化剂失活影响不显著，表明热溶物加氢液化可以采用高活性催化剂，实现高效液化和催化剂的循环利用；热溶物配煤炼焦研究表明，热溶物的组成、结构对其黏结性和结焦性能影响较大，极性溶剂的热溶物黏结性能低于非极性溶剂热溶物，主要由于二者含氧官能团以及芳烃组分含量不同。添加热溶物配煤炼焦，可以明显改善焦炭质量。因而可以通过在炼焦配煤中配入热溶物，同时可以配入弱粘煤等非炼焦煤，扩大炼焦煤源。高硫肥煤通过热溶处理后，热溶物硫含量低，且为有机硫。同时由于热溶物的性能由于原肥煤，其配入炼焦可以改善配合煤的黏结性和结焦性，所含的有机硫可以在炼焦过程中大部分转入煤气而脱除，从而可以降低明显焦炭中的硫含量。可见热溶物是配煤炼焦过程有效的增黏剂，对于提高焦炭质量和扩大炼焦煤源具有重要意义，但其热塑性与黏结性及其结焦性之间的关系尚需进一步深入研究。神府次烟煤通过水热/水蒸气处理，可以改变其缔合结构，特别是有效脱除其部分含氧官能团，从而改善其抽提性能和粘结性能，用于配煤炼焦，替代部分炼焦煤如气煤，表明次烟煤的水热/水蒸气处理是一种扩大炼焦煤源的有效手段。