CN101768489A

CN101768489A - 改进型焦炭制备方法

Info

Publication number: CN101768489A
Application number: CN200810073039A
Authority: CN
Inventors: 王竹青; 石秀珍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-07

Abstract

改进型焦炭制备方法，以焦煤30-60％，煤泥10-40％，石油焦15-60％，混合后装入炉加热煅烧，待挥发成分经热脱出后，在减少氧化的条件下，降温得到焦炭。煅烧时不须洗煤，节水量较大，制成焦炭大块率提高，同时其中固定炭含量提高5-10％，燃烧值增加较大，灰分显著降低3-7％，制备时间缩短，环保效能提高，制备工艺简便实用，实施范围广。

Description

改进型焦炭制备方法

技术领域：

本发明涉及一种新型焦炭以及煅烧等生产制取，尤其是改进型焦炭制备方法。

背景技术：

焦炭，炼焦煤料在高温干馏作用下，经过热解、缩聚、固化、收缩等一系列复杂的物理化学过程而形成的固体燃料。含碳96％以上，热值约29×103kJ/kg。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。灰分是焦炭燃烧后的残留物，主要是氧化硅和氧化铝。焦炭灰分每增加1％，高炉焦比上升1.7％～2.2％，熔剂消耗增加2.5％～3.5％，生铁产量降低2.2％～3.0％，生铁成本提高0.7％～1.0％。焦炭灰分全部来自炼焦用煤，因此，常规必须合理降低经过洗煤的精煤灰分。硫分是生铁的主要有害物质，高炉炉料中的硫，80％来自焦炭，因此焦炭的硫分要严加控制，不宜超过0.6％～1.0％。水分波动会使入炉焦炭计量产生误差，影响高炉操作。一般要求控制在3％～5％，并力求稳定。挥发分的高低，是鉴别焦炭成熟程度的主要标志。正常焦炭的挥发分在1％左右。包括抗碎强度和耐磨强度等力学强度是高炉用焦极重要的物理性质。焦炭作为高炉内料柱骨架，除必须有足够的力学强度外，还要力求粒度均匀，以保证透气性。

焦炭以用途一般分为铸造焦、冶金焦、高硫焦三种。焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼(冶金焦)外，还用于铸造、化工、电石和铁合金，其质量要求有所不同。如铸造用焦，一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低；化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高；电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。

焦炭对高炉炼铁的作用是：(1)主要的热量来源。高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的71％。理论最低焦比为250kg/t，焦炭在风口燃烧掉55％～65％。(2)还原剂。焦炭还原作用是以C和CO形式来对铁矿石起还原作用。炉料到风口焦炭溶反应为25％～35％。(3)生铁的溶碳。在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9％左右，炼钢生铁在4.3％左右。生铁渗碳消耗焦炭7％～10％。(4)炉料的骨架作用。焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。

中国I级焦炭要求含硫低于1％，块度一般为25～75mm，M40≥80.0％，M10≤8.0％，灰分≤12.0，水分＞40mm4.0±1.0％。反应后强度CSR，58-66％，反应后指数CRI，25-28％，焦炭的挥发份应控制在0.5％～1.0％为宜。过高会有生焦存在，焦炭强度差；过低是由于炼焦过火的原因，这时焦炭裂纹多，易碎。焦炭含有K₂O+Na₂O有害杂质含量小于3.0Kg/t。

据统计，我国煤炭资源保有储量为10070亿吨，其中可开采储量为1891亿吨，但炼焦煤的储量占全国煤炭贮量的25.28％，主要炼焦煤种(焦煤和肥煤)的储量又在炼焦煤储量的40％以下。所以，仅靠提高主焦煤的配比来提高焦炭质量是不科学，也不经济的。现在我国焦炭生产能力已超过3亿吨。2006年上半年全国规模以上炼焦企业共生产焦炭1.2897亿吨，同比增长13.63％。按这种发展态势估计，我国炼焦煤资源很快就会出现供应紧张的局面。所以，我们应依靠炼焦科技进步，逐步减少主焦煤的配比，而又不影响焦炭质量，甚至有所提高，才能实现我国炼焦工业的可持续发展。

另外，焦炭除以木材为原料煅烧制得的传统工艺外，还有一种即由石油制得的石油焦。石油焦(Petroleum coke)是延迟焦化装置的原油经高温蒸馏裂解将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的产品，从外观上看，焦碳为形状不规则，大小不一的黑色块状或颗粒，有金属光泽，焦碳的颗粒具多孔隙结构，主要的元素组成为碳，占有80wt％以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素。石油焦的产量约为原料油的25-30％。其低位发热量约为煤的1.5-2倍，灰分含量不大于0.5％，挥发分约为11％左右，品质接近于无烟煤。石油焦具有其特有的物理、化学性质及机械性质，本身是发热部份的不挥发性碳，挥发物和矿物杂质硫、金属化合物、水、灰等，这些指标决定焦炭的化学性质。主要用于制取炭素制品，如石墨电极、阳极弧，提供炼钢、有色金属、炼铝之用；制取炭化硅制品，如各种砂轮、砂皮、砂纸等；制取商品电石供制作合成纤维、乙炔等产品；也可做为燃料。依据石化行业标准SH0527-92规定的延迟石油焦，产品按用途分为1、2和3号三个牌号，各牌号又按质量分为A、B两种。制备过程为，减压渣油经快速升温至500℃，进入焦炭塔，发生焦化反应，生成的焦炭聚结于塔内，用高压水切割除焦。合格品中较低级的3B延迟石油焦硫含量不大于3.0％，挥发分不大于20％，灰分不大于1.2％，水分3％，真密度不大于2.13g/cm²，块粒8mm以下粉焦量不大于25％，硅含量不大于0.08％，钒含量不大于0.015％，铁含量不大于0.08％。

与制备焦炭相关的可能选择的原料还包括：肥煤、焦煤、煤泥等。

中国专利200610117253.2一种用普通炼焦煤生产的一级冶金焦及其生产方法公开一项技术包括，其组成成分的重量百分比为：肥煤：15～20％，1/3焦煤：10～20％，焦煤：40～50％，气煤：15～25％，石油焦：5～8％。其中：配合煤颗粒度≤3mm部分占总量75％以上，石油焦的灰份(Ad)≤0.55％，石油焦硫份(St，ad)≤0.50％，石油焦的挥发份(Vdaf)≤11.5％。利用本发明在普通炼焦煤中添加石油焦可生产出低灰、低硫，冷热强度具佳的冶金一级焦。然而，这种技术的工业应用价值较低。

发明内容：

本发明发明目的在于提出一种节约能源，提高原料利用率，以及制成焦炭产品品质质量的焦炭，以及包括其生产方法，即改进型焦炭制备方法。

实现本发明发明目的的措施在于：以焦煤30-60％，煤泥10-40％，石油焦15-60％，混合后装入炉加热煅烧，带挥发成分经热脱出后，在减少氧化的条件下，降温得到焦炭。

本发明的优点在于：煅烧时不须洗煤，节水量较大，制成焦炭大块率提高，同时其中固定炭含量提高5-10％，燃烧值增加较大，灰分显著降低3-7％，制备时间缩短，环保效能提高，制备工艺简便实用，实施范围广。

具体实施方式：

实施例1：以焦煤30-60％，煤泥10-40％，石油焦15-60％，混合后装入炉加热煅烧，带挥发成分经热脱出后，在减少氧化的条件下，降温得到焦炭。

焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。焦煤分两类，第一类焦煤的干燥无灰基挥发分Vdaf＞10％～28％，黏结指数G＞65，胶质层最大厚度，y≤25mm。这部分煤的结焦性特别好，可以单独炼出合格的高炉焦。另一类焦煤的干燥无灰基挥发分Vdaf＞20％～28％，黏结指数G＞50～65，结焦性比前者差。焦煤具有中等挥发分和较好的黏结性，是典型的炼焦煤，在加热时能形成热稳定性很好的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但产生的膨胀压力大，使推焦困难，必须配入气煤、瘦煤等，以改善操作条件和提高焦炭质量。在炼焦配合煤中焦煤可以起到焦炭骨架和缓和收缩应力的作用，从而提高焦炭机械强度，是优质的炼焦原料。

煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物，是煤炭生产过程中的一种产品，根据品种的不同和形成机理的不同，其性质差别非常大，可利用性也有较大差别，大致有炼焦煤选煤厂的浮选尾煤、煤水混合物产出的煤泥和矿井排水夹带的煤泥、矸石山浇水冲刷下来的煤泥几种类型。炼焦煤选煤厂的浮选尾煤煤泥，一般是一种废弃物，其性质与洗选矸石或中煤类似，因煤质不同，浮选煤泥的品质有较大差别，如淮南的气煤，浮选工艺的抽出率只有30％～40％，这种煤泥灰分比较低，煤质与洗中煤比较接近；平顶山的煤是肥煤或1/3焦，浮选精煤的抽出率可达70％～80％，浮选尾煤的灰分就较高，煤质与洗选矸石接近，根据煤泥回收工艺的不同，煤泥的物理性质差别较大，如用压滤机回收的煤泥，其颗粒分布比较均匀，它的粘性、持水性都比较弱，利于降低水分，例如平顶山八矿选煤厂的压滤煤泥，在旱季堆放接近半年以后，抓斗抓起时出现扬尘，总含水率已接近10％，另一种是煤泥沉淀池或尾矿场，根据固体颗粒在水中自然沉淀的原理，实现固液分离而产出的煤泥。这种工艺有粒度分级的功能，粗颗粒易沉淀，大都集中在煤泥水入口附近，细颗粒在中间位置，极细颗粒在末端。末端煤泥具有高粘性和高持水性，又细又软，晾晒几个月，表面似已干燥，内部含水率几乎不降，这种煤泥是最难处理的；煤水混合物产出的煤泥，如动力煤洗煤厂的洗选煤泥、煤炭水力输送后产出的煤泥，这种煤泥有的比原煤质量都好，数量少时常常掺到成品煤中；矿井排水夹带的煤泥、矸石山浇水冲刷下来的煤泥，收集起来都属于煤矿的脏杂煤泥，其特点是数量不多，质量不稳定，但一般都比浮选尾煤质量好。

石油焦为3B延迟石油焦。延迟石油焦是指延迟焦化装置生产的生焦，也称普通焦。目前还没有相应的国家标准。现国内生产企业主要依据原中国石化总公司制定的行业标准SH0527-92生产。

对不同焦煤煤种，分组进行选择粉碎煤工艺，对于硬度较高的焦煤进行细破碎，对硬度较低的焦煤粉碎到可有较大的粒度。焦煤粉碎能够提高的结焦性和减少焦炭裂纹，进而提高焦炭质量。要通过试验，优化出本企业的最佳配气煤度的方案，来指导炼焦优化生产。

焦煤、煤泥和石油焦的调湿是在装炉之前除掉一部分水分，控制水分在6％左右。如煤的水分能稳定在6％左右，其焦炭产量可提高7.7％，装炉密度可提高4％-7％，转鼓指数D150提高0.8％-1.5％。煤脱湿可使用流化床技术，用焦炉烟道气与湿煤进行热交换；也可以使用干熄焦发电机抽出的蒸汽为热源，在回转式多管干燥机内间接热交换。脱湿有显著的节能、环保和经济效益，要保证水分低，且稳定，同时可以提高焦炭质量。

在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂，配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种。配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂，可以改善焦炭的机械强度和焦炭的反应性，抗裂剂使用工艺适用于高流动性的高挥发性煤种，可以改善煤的结焦性能，可增大焦炭块度，提高强度、改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应后强度。这样可以扩大炼焦煤源或减缓半焦收缩，增大焦炭块度。

将焦煤、煤泥制成方型、长型、球型等压块状，在焦炉外进行对原料捣固，配入30％～50％的型煤时，其煤的密度可达800kg/m³，同时可以允许增加10％～15％的弱粘结性煤的用量，使其密度提高到950-1150kg/m3，可使焦炭M40提高1％-6％，M10降低2％-4％，反应后强度CSR，提高1％-6％。在焦炭质量变化不大的条件下，煤捣固可以多配5％-20％弱粘结性的气肥煤、气煤，这样可少用主焦煤。型煤制块后煅烧炼焦提高装炉煤料的密度，显著改善焦炭质量。

延长结焦时间包括降低结焦速度和闷炉，即焦饼在焦炉内成熟之后，再经过一段时间闷炉，达到提高焦炭质量的目的。对于粘结性能好的煤，延长结焦时间可以提高焦炭的强度。实践表明，延长结焦时间1小时，可提高焦炭M401％。

结焦后的原料采用惰性气体熄灭红热焦炭的干法熄焦。干熄焦与湿法焦对比，焦炭M40可提高3％～8％，M10降低0.3％～0.8％，焦炭反应必降低，粒度均匀。进而改善了高炉炼铁技术经济标，焦比降低2％，产量提高1％。

本发明实施例煅烧时不须洗煤，节水量较大，制成焦炭大块率提高，同时其中固定炭含量提高5-10％，燃烧值增加较大，灰分显著降低3-7％，制备时间缩短，环保效能提高，制备工艺简便实用，实施范围广。

Claims

1.改进型焦炭制备方法，其特征在于，以焦煤30-60％，煤泥10-40％，石油焦15-60％，混合后装入炉加热煅烧，带挥发成分经热脱出后，在减少氧化的条件下，降温得到焦炭。

2.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，对不同焦煤煤种，分组进行选择粉碎煤工艺，对于硬度较高的焦煤进行细破碎，对硬度较低的焦煤粉碎到可有较大的粒度。

3.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，焦煤、煤泥和石油焦的调湿是在装炉之前除掉一部分水分，控制水分在6％左右。

4.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂，配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种。

5.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，将焦煤、煤泥制成方型、长型、球型等压块状，在焦炉外进行对原料捣固，配入30％～50％的型煤时，其煤的密度可达800kg/m³，同时可以允许增加10％～15％的弱粘结性煤的用量，使其密度提高到950-1150kg/m³，可使焦炭M40提高1％-6％，M10降低2％-4％，反应后强度CSR，提高1％-6％。

6.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，延长结焦时间包括降低结焦速度和闷炉，即焦饼在焦炉内成熟之后，再经过一段时间闷炉。

7.如权利要求1所述的改进型焦炭制备方法，其特征在于，结焦后的原料采用惰性气体熄灭红热焦炭的干法熄焦。