根据GB/T 15224.2—2010《煤炭质量分级》,硫质量分数1.76%~2.50%的煤为高硫煤,1.26%~1.75%的为中高硫煤,0.76%~1.25%的为中硫煤,0.31%~0.75%的为低硫煤,而≤0.30%的为超低硫煤。
合理利用高硫炼焦煤对于扩大炼焦煤资源,降低配煤成本具有重要的现实意义。
当前,为降低生产成本、扩大炼焦煤的资源,行业内许多焦化企业增加了中高硫焦煤的使用量。然而,增加中高硫煤的配入比例,会出现焦炭中硫含量超标问题,进而降低生铁质量、增加炉渣碱度。
因此,在稳定焦炭质量的前提下进一步提高中高硫炼焦煤的配入比例,实现降本增效以及扩大炼焦煤资源是炼焦行业面临的重要问题。
研究煤中不同形态硫的迁移规律可为研究热解过程中硫的变化规律提供基础。
有研究人士通过选取具有代表性的高硫、中高硫、中硫和低硫炼焦煤为研究对象,实验研究煤热解硫转化迁移、硫形态分布和脱硫率的影响因素,讨论煤中赋存形态不同硫组分在热解过程中的转化迁移行为,为炼焦实际生产增配高硫煤比例提供相关理论基础及依据。
X射线光电子能谱(XPS)分析图显示,不同硫含量煤的XPS谱图存在一定差异,经拟合分峰,煤中硫化物大致存在脂肪族类、噻吩类、亚砜类、砜类、硫酸盐键类和硫化铁类等赋存形态的硫化物。
其中,噻吩类硫占比最大,均高于40%;硫酸盐类硫占比随煤硫含量降低而明显升高。
考虑到焦炭质量指标中要求硫含量越低越好,亦即煤热解过程硫化物转化迁移至煤气和液体焦油产物中的比例越高,越利于降低焦炭中的硫含量。因此,除确定不同硫含量炼焦煤热解的硫形态分布外,还基于硫形态分布计算热解气体和液体中硫质量之和占总硫的比例,以考察煤热解对焦炭硫含量的影响。
实验结果表明:煤种是影响煤热解硫转化迁移、硫形态分布和脱硫率的关键因素。气肥煤和肥煤较焦煤利于硫化物向气相产物中迁移,且占比相近;气肥煤中有更多的硫化物转化迁移至液体产物,肥煤和焦煤较少且占比接近;脱硫率与煤种紧密相关,顺序为气肥煤>肥煤>焦煤,相同煤种自身硫含量对其热解硫转化迁移及脱硫率影响不大。
煤中赋存形态不同硫组分的热解转化迁移脱离由易到难排序为硫化物类和硫化铁类硫、砜类硫、亚砜类硫;噻吩类硫和硫酸盐类硫的热解转化迁移脱离难易程度与煤中硫含量存在一定的关联,高硫煤的噻吩类硫较易转化脱离而硫酸盐类硫较难,中高硫煤的情况却相反。
此外,有研究学者考察了高硫炼焦煤中硫的热变迁行为,结果表明硫的迁移不仅与硫赋存形态有关,还受化学结构不同的高硫炼焦煤热解挥发分释放特性的影响,煤结构及有机硫的赋存形态决定了有机硫脱除率。