DOC《粒度对石油焦硫含量分布及煅烧脱硫的影响研究》

粒度对石油焦硫含量分布及煅烧脱硫的影响研究 沈一帆,刘卫,张辉,刘云,袁明波,张念炳 (贵州师范大学 材料与建筑工程学院,贵阳 550025) 摘要:通过库伦滴定法分别测定不同粒度石油焦的硫含量及其煅烧后的硫含量.

结果表明,粒度对不同硫含量石油焦中硫含量有影响,且差异较大,硫含量2.54%石油焦可筛分出硫含量2.25%石油焦(粒径-0.5 mm),3.35%石油焦可筛分出硫含量2.33%石油焦(粒径-0.15 mm),硫含量5.98%石油焦筛分的作用较小;

粒度对石油焦脱硫具有明显差异,粒度+0.5 mm的2.54%石油焦脱硫效果较好,粒度+1 mm的3.35%石油焦脱硫效果较好,整个粒度范围内5.98%石油焦脱硫效果差异不大. 关键词:石油焦;

粒度;

煅烧;

脱硫 中图分类号:TF821;

TQ522.65 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2018)10-0000-00 Effect of Particle Size on Sulfur Distribution and Calcining Desulfurization of Petroleum Coke SHEN Yi-fan, LIU Wei, ZHANG Hui, LIU Yun, YUAN Ming-bo, ZHANG Nian-bing (College of Material and Civil Engineering, Guizhou Normal University, Guiyang 550025, China) Abstract:Sulfur content of petroleum coke with different size and calcined coke were determined by Kulun Titration. The results show that particle size has different influence on sulfur content of petroleum coke with different size. 2.54% sulfur petroleum coke can screen out 2.25% petroleum coke (particle size of -0.5 mm), 3.35% sulfur petroleum coke can screen out 2.33% petroleum coke (particle size of -0.15 mm), screening effect of 5.98% of petroleum coke is weak. Grain size has obvious desulfurization difference for petroleum coke with different sulfur content. 2.54% petroleum coke with grain size of +0.5 mm has good desulfurization effect. 3.35% petroleum coke with grain size of +1 mm has good desulfurization effect. For 5.98% petroleum coke, desulfurization efficiency varies little in the whole particle size range. Key words:petroleum coke;

granularity;

calcination;

desulfurization 在工业铝电解中,石油焦作为预焙炭阳极的主要原料,其质量对预焙炭阳极的性能有着重大的影响[1].石油焦中的硫含量主要取决于原油的硫含量.近年来,随着我国进口原油量不断增加,石油焦中的硫含量越来越高,将对我国的预焙炭阳极质量、电解铝工业经济效益以及环境污染问题造成严重影响[2-4].硫在石油焦中以硫化物、噻吩、亚砜、砜等多种形态赋存,其中主要为噻吩[5];

在煅烧过程中,石油焦中的硫会逐渐转化为SO

2、SO3以及各种硫酸盐[6].硫会造成预焙阳极表面的裂纹,影响电阻率,造成预焙阳极消耗增大;

高硫焦煅烧还会对电解槽、煅烧炉、余热系统设备造成侵蚀[7-8].因此,高硫焦脱硫对铝电解工业有重要的实用价值.已有报道的脱硫方法有:高温煅烧脱硫[9]、添加脱硫剂脱硫[10]、化学氧化脱硫[11]、钠化煅烧脱硫[12]等,其中,高温煅烧脱硫是已应用于工业生产的脱硫方法[13].目前,仍未见粒度对石油焦硫含量分布和脱硫效果影响方面的报道.本文拟开展粒度对不同硫含量石油焦中硫含量分布研究,探究粒度对石油焦脱硫效果的影响规律.

1 试验 1.1 试验原料 本试验所用石油焦均来自贵州某厂,试验选用了3种不同硫含量的石油焦,分别取500 g石油焦,放入球磨机磨碎,使粒度小于0.15 mm,再用三维混料机混匀后取样,用ICP-AES法测定试样中的硫含量,结果表明,3种石油焦的硫含量分别为2.54%(石油焦1#)、3.35%(石油焦2#)和5.98%(石油焦3#). 收稿日期:2018-05-06 基金项目:贵州省科学技术基金(黔科合J字[2015]2110号);

贵州省普通高等学校科技拔尖人才支持计划(黔教合KY字[2016]062);

贵州省科技计划(黔科合高G字[2012]4002) 作者简介:沈一帆(1994-),男,浙江台州人,硕士研究生;

通信作者:张念炳(1980-),男,贵州绥阳人,博士,教授. 1.2 试验方法 1.2.1 石油焦硫含量的测定 将石油焦1#、石油焦2#和石油焦3#进行筛分,将5 g不同粒度的石油焦研磨至-0.15 mm,采用H1-SDS5161测硫仪,使用库伦滴定法,在1

150 ℃条件下,将50 mg试样均匀地洒在瓷舟上,在试样上撒一层薄薄的三氧化钨催化剂,送入反应区进行反应,按法拉第定律计算试样硫含量. 1.2.2 煅后焦硫含量的测定 分别称取5 g筛分后不同粒度的石油焦,放置方式见图1,石油焦置于陶瓷坩埚内,用填埋焦填埋,放入KBF13Q气氛炉中内煅烧,升温速率5 ℃/min,煅烧至1

300 ℃并保温30 min,然后冷却至室温,将样品取出,研磨,使粒度小于0.15 mm,然后秤取50 mg左右试样,按照1.2.1节的方法测定煅后石油焦的硫含量. 图1 煅烧试验装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of calcining experiment device

2 试验结果与讨论 2.1 不同粒度石油焦的硫含量分布 不同粒度3种石油焦的硫含量如图2所示.结果表明,石油焦1#在粒度-0.5 mm时,硫含量为2.25%~2.28%,波动较小,而粒度大于0.5 mm的石油焦1#,随着粒径的增加硫含量以较大幅度增长,从2.96%增长至3.67%;

石油焦2#在粒度-0.15 mm时,硫含量为2.33%~2.38%,波动较小,在+0.15-0.5 mm范围内,硫含量以较大幅度增长至3.5%左右,粒径+0.5 mm的石油焦2#硫含量稳定在3.5%左右;

石油焦3#的硫含量分布则比较均匀,整个粒度范围内,硫含量在5.86%~6.05%之间.综上所述,对3种不同硫含量的石油焦而言,粒度对其硫含量的分布影响有较大的差异,可以从粒径-0.5 mm的石油焦1#中筛分出含硫量2.25%左右的石油焦;

从粒径-0.15 mm的石油焦2#中筛分出硫含量2.33%左右的石油焦;

粒度对石油焦3#的硫含量分布影响不大. 图2 不同硫含量石油焦中硫含量分布 Fig.2 Sulfur content distribution in petroleum coke with different sulfur content 2.2 不同粒度煅后焦的硫含量分布 3种石油焦煅烧前后硫含量分布如图3所示.整个粒度范围内,煅后焦1#的硫含量均在2.33%~2.35%内波动;

粒径-0.5 mm的石油焦1#脱硫效果较差,粒径在0.5 mm以上的石油焦1#脱硫效果比较显著,且随着粒径的增大脱硫效果呈大幅上升趋势.结果表明,对粒径大于0.5 mm的石油焦1#进行煅烧脱硫效果较好. 粒径-2 mm的石油焦2#脱硫效果很差,但从粒径0.5 mm开始,随着粒径的增加,其脱硫率不断升高,粒径2 mm以上的石油焦2#有较明显的脱硫效果.因此最适宜石油焦2#的脱硫粒径为+1 mm. 在整体粒径范围内,石油焦3#都有比较明显的脱硫效果,其中0.25~1 mm的石油焦3#脱硫率最低,但相较其他粒度的石油焦3#脱硫效果差距不明显.粒度对石油焦3#的脱硫效果影响不大. 综上所述,不同粒度的3种石油焦的脱硫效果差异较大,粒径对于石油焦1#和石油焦2#的脱硫效果有较大影响,对石油焦3#的影响不大.因此,按照粒度对石油焦1#和石油焦2#加以细致区分,能够得到更好的脱硫效果. 图3 3种石油焦煅烧前后硫含量分布 Fig.3 Distribution of sulfur content before and after three kinds of petroleum coke calcinations

3 结论 1)粒度对3种石油焦中的硫含量分布有影响,且差异较大:从石油焦1#中可筛分出含硫量2.25%的石油焦(粒径-0.5 mm)和含硫量3.00%以上的石油焦(粒径+1 mm),从石油焦2#中可筛分出含硫量2.33%的石油焦(粒径-0.15 mm),对石油焦3#进行筛分效果不明显. 2)粒度对3种石油焦脱硫具有明显差异:粒度+0.5 mm的石油焦1#脱硫效果较好,粒度+1 mm的石油焦2#脱硫效果较好,整个粒度范围内石油焦3#脱硫效果均较好且差异不大. 参考文献 [1] RAYMOD C PERRUCHOUD,KIRSTINE L HULSE,WERNER K FISCHER,et al. Dust generation and accumulation for changing anode quality and cell parameters[J]. Light Metals,1999:509-516. [2] HASSAN AL-HAJ IBRAHIM,MOHAMMAD MONLA ALL. The effect of increased residence time on the thermal desulfurization of Syrian petroleum coke[J]. Periodica Polytechnica Chemical Engineering,2004,48(1):53-62. [3] 金艳春. 国内石油焦市场供需现状及预测[J]. 中国石油和化工经济分析,2016(3):57-60. [4] 吉延新,魏新伟,李宪磊,等. 石油焦质量下滑对预焙阳极的危害及控制[J]. 炭素技术,2010,29(1):52-55. [5] XIAO J,DENG S Y,ZHONG Q F,et al. Effect of sulfur impurity on coke reactivity and its mechanism[J]. Trans. Nonferrous Met. Soc. China,2014,24(11):3702-3709. [6] 杜鸿飞. 高硫石油焦硫形态转化及脱汞特性研究[D]. 南京:东南大学,2016:30-36. [7] 赵亚尧,田素兰,郭峻,等. 高硫焦的硫含量对预焙阳极产生的质量和环境影响[J]. 云南冶金,2010,39(3):43-46. [8] 王群,刘建刚. 探讨高硫石油焦在铝用预焙阳极生产中的合理应用[J]. 轻金属,2015(7):32-35. [9] PAUL C A,HERRINGTON L E. Desulfurization of petroleum coke beyond

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