CN101550372B

CN101550372B - 一种煤料生产炭化型煤的方法

Info

Publication number: CN101550372B
Application number: CN2009100743963A
Authority: CN
Inventors: 张永发; 梁言; 杨力; 孙亚玲
Original assignee: SHANXI ZHONGYUAN COAL CLEANING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANXI ZHONGYUAN COAL CLEANING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-05-16
Filing date: 2009-05-16
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2029-05-16
Also published as: CN101550372A

Abstract

一种煤料生产炭化型煤的方法是在煤料中加入粘结剂混合均匀后，在50℃～250℃的温度下搅拌，同时加入球化剂；然后在300～1000KN的压力下成型；按程序升温炭化，生成炭化型煤。本发明在煤料中加入粘结剂和球化剂，并调整煤料粒度和配比参数，通过调节小球体尺寸及其连接特性，进而控制裂纹生成和收缩特性，实现产品的强度和粒度的性能指标控制，提高炭化型煤的整球率和强度，改善显气孔率，获得了优质的炭化型煤产品。

Description

一种煤料生产炭化型煤的方法

技术领域

本发明涉及一种煤料生产炭化型煤的方法，尤其是一种以弱粘结性的无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉为主要原料的经成型和炭化制备的炭化型煤的方法。

背景技术

现有文献CN1153810公开了一种用无烟煤生产的铸造型焦及其制造方法。该铸造型焦由无烟煤、焦粉、石油焦、焦煤、焦油沥青和高温焦油组成。其重量百分比为：无烟煤或贫煤：48％～57％；焦粉：12％～18％；石油焦：10％～26％；焦煤或肥煤：6％～11％；焦油沥青：6％～8％；高温焦油：2％～3％。其制造方法是：1)粉碎原料，2)，配料，3)搅拌混合料，4)模压成型，5)炭化，6)熄焦。本发明的优点是强度高、灰份低、含硫量少、气孔率低和粒度均衡。

现有文献CN1470604公开了一种铸造型焦的生产方法及其使用的设备系统，该方法包括配料、粉碎、冷搅拌、热搅拌、成型和炭化结焦。其原料组份及重量份数为：无烟煤：45～65份；焦粉：7～20份；石油焦：8～20份；焦煤或肥煤：10～30份；煤焦油沥青：5～10份。其生产方法包括下列步骤：①粉碎原料：将无烟煤、焦粉、石油焦、焦煤或肥煤和煤焦油沥青按下列粒度要求粉碎：无烟煤：≤3mm；焦粉：≤1mm；石油焦：≤1mm；焦煤或肥煤：≤2mm；煤焦油沥青：≤1mm；②配料：将粉碎好的各种原料放置在各储料斗中，并经给料器按所述配比定量送到皮带输送机上；③搅拌混合料：由皮带输送机送来的混合料在冷搅拌机搅拌2～4分钟，接着由皮带输送机把混合料送到定量分料刮板机分料至各热搅拌机中搅拌4～6分钟，搅拌中加入过热蒸汽；④模压成型：将热搅拌后的料温达100～150℃的混合料送入成型机中模压成型，得到型煤。⑤炭化：将型煤经转载进入储料仓，由储料仓送入炉后自动卸车装入特制炭化炉，温度由600℃连续升到1200℃，经8～12小时后降温；⑥熄焦：将炭化炉烧结的焦送入熄焦池

上述生产方法都存在着如下两点不足：一、无烟煤配入量低＜65％，且需要添加石油焦和焦粉等辅料：二、炭化过程中型煤块中裂纹自由生成，无控制手段，产品强度底，质量差。

发明人在查阅了现有公开文献的基础上，对现有炭化型煤的生产方法以及存在的问题和产生的原因进行分析如下：

1)以无烟粉煤和贫煤粉煤为主的成型块热解成焦机理和收缩特性到目前还不清楚，没有系统的理论基础，生产中带有经验性。

2)煤料中配入高比例的粘结剂时，煤料的挥发分则高，其挥发分高有利于炭化时煤气的自给，但炭化过程中容易变形甚至融结成大块，影响型煤出炉操作，另外，因挥发分大量析出，导致收缩量增加，进而促进裂纹的产生和延伸，使型煤产品质量降低；相反，煤料的挥发分低时，煤气产量降低，以致不能够自足，但可降低收缩及其引起的裂纹。

3)型煤块导热性能差，在炭化过程中对加热速度敏感，如加热速度有波动时，导致生成大量的裂纹，使型煤块破碎，加热速度的选择很重要。

发明人研究发现，弱粘结性的煤料成型块炭化时形成非中间相过程中生成的惰性煤料聚集小球体，而且有小球体生成时炭化型煤的强度等指标明显得到改善。受球墨铸铁添加球化剂使产品强度和耐磨性等质量指标大大改善的技术启示，发明人提出了球化剂和球化结构炭化型煤的理念。即加入球化剂后弱粘结性煤料的煤粒间的热解和缩聚反应及其收缩作用力发生了明显的改变。在煤粒中间，热解和缩聚反应由四种类型组成：①煤料颗粒本身进行热分解和缩合反应，表面结构不断变化；②粘结组分(活性组分)进行裂解和缩聚；③粘结剂和煤料颗粒组分在接触界面上进行共炭化作用；④在有球化剂的局部区间，粘结剂与球化剂发生界面反应。

以上四种热解和缩聚反应使得煤粒与煤粒之间或煤粒和粘结组份之间接触的地方，除了产生物理化学上的胶结作用外，还存在化学键的结合。当加入球化剂后，由于球化剂与粘结剂界面作用力和煤料颗粒与粘结剂界面作用力的不同，使得固化物料的收缩不是以平面方式向低温区推进，而是由于球化剂两侧作用力较大，球化剂部位的作用力较小，同时这种反应产生的界面作用力大小不同于粘结剂和无烟煤界面的作用力，这样使收缩面成弧形，由于多个球化剂的作用，使物料固化时形成了小球。由于煤塑性体固化和富集小球的生成，在随后的升温过程中，小球在进一步的加热和缩聚过程中，因为发生了分子结构的有序化、紧密化，这样增加了自身的强度，但收缩以小球为中心进行，同时，小球和小球之间的收缩也在进行，这两种收缩形成了型煤块的总体收缩，这种收缩分散了应力，消除了裂纹，得到了具有不同物理化学性质和机械性质的炭化型煤。

发明内容

基于上述现有弱粘结性煤料生产炭化型煤存在的诸多问题，本发明主要解决弱粘结性煤料在生产炭化型煤的过程中，弱粘结性煤料配入量低的问题，在炭化过程中容易产生裂纹的问题以及炭化型煤的落下强度低的问题。其目的是提供一种煤料生产炭化型煤的方法。

根据本发明上述要解决的主要问题和要实现的目的，发明人基于球化剂和球化结构炭化型煤这一理念，进行了煤料(无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉)生产炭化型煤中加入球化剂的研究，并提出一种煤料生产炭化型煤的方法，其具体的技术方案如下：

一种煤料生产炭化型煤的方法是在100份的煤料中加入7～18份粘结剂混合均匀后，在50℃～250℃的温度下充分搅拌混合，同时加入9～20份球化剂；然后将搅拌均匀的混合物料在300～1000KN的压力下压成型煤；最后将型煤装入炭化炉，以1～10℃/min的升温速率加热到750～1100℃，恒温1～3小时生成炭化型煤。

上述煤料生产炭化型煤的方法中，所述的煤料是粒度小于2mm的无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉。粘结剂是1～6份的煤焦油和6～12份的沥青混合均匀制得。球化剂是2～7份的石油沥青，3～5份的煤沥青，3～5份的炭黑和1～3份的水玻璃，混合均匀，在500℃～850℃的温度下，经缩聚3～10小时制得。

本发明通过在弱粘结性煤料(无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉)和粘结剂混合物中添加球化剂，实现了煤料成型块分段炭化的过程。第一阶段基于小球控制软熔粘结和固化的特性。在炭化过程中，小球体是由煤料惰性粒子粘结聚合而成，软熔固化结束时，小球体的形成也结束，其尺寸大小及其相互连接状况也基本形成。第二阶段通过小球体对裂纹生成和抑制的特性。在炭化过程中，随炭化温度的升高，小球体开始收缩，由于大量的小球体存在使收缩应力充分分散，减少和克服了裂纹的生成。这样通过调整球化剂特性、煤料粒度、粒度分布、粘结剂添加量、成型压力、入炉温度、升温速率等参数，可调节小球体的大小尺寸及小球体之间的连接等特性，进而可调节炭化型煤产品的裂纹生成和收缩率等特性。经过前后两个阶段的控制，即前期对小球的生成和发展控制，后期对裂纹生成和收缩量的控制，实现了对炭化产品强度和粒度等指标的控制，生产出了优质的炭化型煤。

本发明通过添加球化剂，使该方法具有如下突出的实质性特点和显著的进步。

(1)本发明通过添加粘结剂和球化剂，实现了对煤料生产炭化型煤过程中的产品质量控制，使得煤料的配入量大于80％，产品成本降低8％～10％。

(2)本发明通过添加球化剂，使得炭化后型煤的整球率由一般的65％～80％提高到98％以上。炭化后型煤的落下强度由一般的SD₄ ⁵⁰＞93％提高到了SD₄ ⁸⁰＞95％，显气孔率＜30％，大大提高了炭化型煤的产品性能。

(3)本发明通过优化原料配比和添加球化剂，生产炭化型煤，为无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉的深加工提供了新的途径。

附图说明

图1是煤料中无球化剂所生产的炭化型煤的断面图

图2是煤料中添加球化剂后生产出的炭化型煤的断面图

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步详细描述本发明提出的一种煤料生产炭化型煤的方法，本专业的普通技术人员在阅读了本发明的具体实施例后，能够理解和实施本发明，而本具体实施例是对本发明的详细说明，并不对本发明作出任何限制。

实施例1

首先，根据无烟粉煤的粘结性，确定粘结剂的配比，即将2份的煤焦油和7份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据无烟粉煤的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将2份的石油沥青，3份的煤沥青，3份的炭黑和1份的水玻璃，混合均匀，在500℃～650℃的温度下，经缩聚5小时制得球化剂。

最后，将100份的无烟粉煤粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的9份粘结剂混合均匀后，在80℃～150℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的9份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择300～400KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以1～2℃/min的升温速率加热到750～850℃，恒温2～2.5小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)4.28％，硫分(SQg)0.62％，挥发份(Vt)1.39％，灰分(Ag)9.23％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)95.50％，显气孔率(Ps)28.5％。

实施例2

首先，根据无烟粉煤的粘结性，确定粘结剂的配比，即将3份的煤焦油和8份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据无烟粉煤的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将3份的石油沥青，4份的煤沥青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均匀，在600℃～750℃的温度下，经缩聚7小时制得球化剂。

最后，将100份的无烟粉煤粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的11份粘结剂混合均匀后，在100℃～250℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的13份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择500KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以2～5℃/min的升温速率加热到800～900℃，恒温1.5～2小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)4.10％，硫分(SQg)0.73％，挥发份(Vt)1.36％，灰分(Ag)8.70％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)94.80％，显气孔率(Ps)32.0％。

实施例3

首先，根据贫煤粉煤的粘结性，确定粘结剂的配比，即将3份的煤焦油和9份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据贫煤粉煤的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将4份的石油沥青，4份的煤沥青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均匀，在600℃～850℃的温度下，经缩聚8小时制得球化剂。

最后，将100份的贫煤粉煤粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的12份粘结剂混合均匀后，在100℃～250℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的14份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择400～550KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以6℃/min的升温速率加热到850～950℃，恒温3小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)3.99％，硫分(SQg)0.70％，挥发份(Vt)1.45％，灰分(Ag)9.58％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)95.00％，显气孔率(Ps)34.0％。

实施例4

首先，根据贫煤粉煤的粘结性，确定粘结剂的配比，即将3份的煤焦油和11份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据贫煤粉煤的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将4份的石油沥青，4份的煤沥青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均匀，在600℃～850℃的温度下，经缩聚4小时制得球化剂。

最后，将100份的贫煤粉煤粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的14份粘结剂混合均匀后，在150℃～250℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的14份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择600KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以7～9℃/min的升温速率加热到850～1100℃，恒温1.5小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)4.05％，硫分(SQg)0.68％，挥发份(Vt)1.41％，灰分(Ag)9.05％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)93.80％，显气孔率(Ps)36.0％。

实施例5

首先，根据焦粉的粘结性，确定粘结剂的配比，即将5份的煤焦油和10份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据焦粉的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将5份的石油沥青，5份的煤沥青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均匀，在600℃～850℃的温度下，经缩聚8小时制得球化剂。

最后，将100份的焦粉粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的15份粘结剂混合均匀后，在60℃～150℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的16份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择700KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以8℃/min的升温速率加热到1000～1100℃，恒温2小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)3.80％，硫分(SQg)0.58％，挥发份(Vt)1.32％，灰分(Ag)8.35％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)96.2％，显气孔率(Ps)29.6％。

实施例6

首先，根据焦粉的粘结性，确定粘结剂的配比，即将6份的煤焦油和12份的沥青混合均匀制得粘结剂。

其次，根据焦粉的粘结性以及型煤在炭化过程中的收缩等因素，确定球化剂的配比，即将6份的石油沥青，5份的煤沥青，5份的炭黑和2份的水玻璃，混合均匀，在500℃～650℃的温度下，经缩聚5.5小时制得球化剂。

最后，将100份的焦粉粉碎至粒度小于2mm的细料，干燥后加入制得的18份粘结剂混合均匀后，在60℃～150℃的温度下充分搅拌混合，同时加入制得的18份球化剂；将搅拌均匀的具有较好粘结并呈塑性的混合物料输送至成型设备成型，在成型过程中，成型压力的选择直接影响型煤的密度和炭化后的强度，通过对成型压力与型煤密度和炭化后强度的分析，本工艺选择900KN的成型压力；将成型后的型煤装入炭化炉炭化，整个炭化过程分为型煤干燥、预热和软化，开始热分解，热解和粘结，固-胶体固化，型煤收缩五个阶段，而影响各阶段的主要因素是升温速率，本工艺选择以8～10℃/min的升温速率加热到950～1050℃，恒温3小时后生成炭化型煤。并对炭化型煤进行工业分析，全硫测定和机械强度测定，得到其质量指标为：水份(Wt)3.63％，硫分(SQg)0.54％，挥发份(Vt)1.28％，灰分(Ag)8.75％，落下强度(SD₄ ⁵⁰)97.3％，显气孔率(Ps)30.5％。

Claims

1.一种煤料生产炭化型煤的方法，其特征是在100份的煤料中加入7～18份粘结剂混合均匀后，在50℃～250℃的温度下充分搅拌混合，同时加入9～20份球化剂；然后将搅拌均匀的混合物料在300～1000KN的压力下压成型煤；最后将型煤装入炭化炉，以1～10℃/min的升温速率加热到750～1100℃，恒温1～3小时生成炭化型煤；

所述球化剂是2～7份的石油沥青，3～5份的煤沥青，3～5份的炭黑和1～3份的水玻璃，混合均匀，在500℃～850℃的温度下，经缩聚3～10小时制得。

2.权利要求1所述的煤料生产炭化型煤的方法，其特征在于煤料是粒度小于2mm的无烟粉煤、贫煤粉煤或焦粉。

3.权利要求1所述的煤料生产炭化型煤的方法，其特征在于粘结剂是1～6份的煤焦油和6～12份的沥青混合均匀制得。