CN102925178B

CN102925178B - 以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法

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Publication number: CN102925178B
Application number: CN 201210400639
Authority: CN
Inventors: 宋永辉; 史军伟; 兰新哲; 周军; 赵西成
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN102925178A

Abstract

一种以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法，首先将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分得到粉末，在粉末中加入水或无机酸，室温下反应去灰，然后进行固液分离、洗涤、干燥；接着按照低变质粉煤60%~95%，去灰后的液化残渣5%~40%的质量百分比，加水将二者混合搅拌均匀，在成型模具中加压成型，得到型煤；最后将制备好的型煤在室温下自然风干或烘干，在干馏装置中进行热解，经水熄焦或干熄焦后得到型焦，本发明工艺简单，可在目前的兰炭生产装置中进行生产，常温下成型，成型压力低，制备的型焦可达到甚至超过现有兰炭产品的性能指标，完全可满足铁合金、电石及气化等产业的应用要求。

Description

以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法

技术领域

本发明属于型焦技术领域，具体涉及一种以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法。

背景技术

我国富煤、贫油、少气的化石能源禀赋条件和可再生能源技术突破的历史进程，决定了我国能源消费结构必然以煤炭为主，并将维持相当长的阶段。我国煤炭资源中，低变质煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤）储量极为丰富，约占全国煤炭资源总量的51%左右。我国的陕、晋、宁、蒙、甘接壤地区煤炭储量约5000多亿吨，占全国的72%以上，主要为侏罗纪煤，具有低灰、低硫、低磷、低灰熔点和高发热量、高惰质组分含量、高氧化钙含量的特点，是优质的化工用煤和动力用煤。因此，如何实现这种煤资源的高效转化和综合利用是目前煤化工产业亟需解决的关键问题。

目前陕北低变质煤资源主要采用内热式直立炉生产工艺，通过中低温干馏工艺获得兰炭、煤气和焦油产品。实践表明，兰炭由于其具有低灰、低硫、低磷、高固定碳、高电阻率等特点，同时其出厂价格仅为冶金焦价格20%～30%，因此以兰炭取代冶金碎焦作为铁合金及电石行业的还原剂已经成为主要的应用方式。这对实现铁合金及电石行业节能减排，解决当前资源紧张、冶金焦价格居高不下等问题有着重要的现实意义。另外，兰炭发热量高、含硫低、化学反应性高、呈块状时热稳定性好、制粉时可磨性好，挥发分一般在10%以下，因此也广泛用于固定床或流化床、气流床气化。但是，目前兰炭生产主要采用内热式直立炉生产工艺，其原料主要为20mm~80mm的块煤，而实际煤矿生产中，随着综采水平的提高和下组煤开采比例的增多，这样的块煤仅占30％~40％左右，70%左右的粉煤难以有效利用，同时粉煤中含有的煤焦油资源也不能被回收利用，因此，粉煤热解问题已成为我国低变质煤资源热解转化的关键问题。

液化残渣是一种高硫、高碳和高灰的物质，液化原煤中未转化的煤有机体、矿物质以及催化剂，构成了煤液化残渣的主体。一般含有C、H、O、N、S等元素，C元素的含量高达70%-85%。不管采用哪种液化工艺和固液分离技术，都会产生约占原煤30%左右的液化残渣。我国神华集团是全球第一家将直接煤制油技术应用到工厂生产中的企业，其煤直接液化项目总建设规划为年产油品500万吨，建成投产后，每年用煤量970万吨，可生产各种油品320万吨，同时会产生约290万吨液化残渣，因此，煤液化残渣的高效利用也已成为煤液化需要解决的关键性问题，对我国煤直接液化技术的应用推广具有重要的战略意义。

我国煤炭资源虽然丰富，但是煤源和煤种分布不均，除华北、华东地区外，其它省区炼焦煤源很少，尤其是炼焦所用的主焦煤、肥煤等储量较少，而且日趋紧缺，难以满足冶金工业的发展需要。为此人们一直在努力开发能大量利用丰富的低变质粉煤的技术，而发展型煤与型焦技术也是一种提高低变质粉煤利用率和减少环境污染的重要途径。型焦产品可用为工业或民用块状燃料和气化原料，也可代替常规焦炭用于炼铁和铸造等工业。因此，发展型煤与型焦技术对我国具有十分重要的现实意义。经检索，现有公开的专利CN102533373A所提及的方法与本发明有一定的相似性，但是根本工艺存在着大的差别：1）该专利主要目的是煤炭液化残渣的综合利用，而本发明主要立足于低变质煤粉的综合利用；2）该专利主要原料为褐煤以及褐煤直接液化后产生的残渣，本发明主要原料为低变质煤粉，包括长焰煤、弱粘煤及不黏煤，不包括褐煤，另外所用液化残渣为我国神华集团直接液化的残渣；3）该专利中液化残渣的掺混比例为15%~50%，而本发明中液化残渣的掺混比例为 5％～40%，而且本技术中掺混的液化残渣必须经过除灰处理，以保证型焦产品的灰分含量可满足铁合金、电石及气化等行业的应用要求。

本发明以低变质粉煤与液化残渣作为主体原料，在不加入其他粘结剂和添加剂的条件下，利用中低温干馏的工艺生产型焦，产品性能可以达到甚至超过目前的兰炭产品，既可实现低变质粉煤资源的有效利用，同时也解决了液化残渣的堆存与污染问题。该技术充分利用了液化残渣良好的结焦性，保证了型焦良好的强度，进一步扩大了低变质煤干馏后固体焦的利用范围，是一种行之有效的利用途径，对我国直接液化及煤中低温干馏工艺的技术进步具有重要的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法，该方法工艺简单，可在目前的兰炭生产装置中进行生产，常温下成型，成型压力低，制备的型焦可达到甚至超过现有兰炭产品的性能指标，完全可满足铁合金、电石及气化等产业的应用要求。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法，包括如下步骤：

步骤一，将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，称取70～100g的粉末，在粉末中加入80～200ml水或者质量浓度为5%～10%的无机酸，室温下反应去灰，然后进行固液分离、洗涤、干燥；

步骤二，按照低变质粉煤60%~95%，去灰后的液化残渣5%~40%的质量百分比，加入低变质粉煤和去灰后的液化残渣总质量5-15%的水将二者混合搅拌均匀，在成型模具中加压成型，得到型煤，其中所述低变质煤粉包括长焰煤、弱粘煤及不黏煤；

步骤三，将制备好的型煤在室温下自然风干或在100℃左右烘干，在干馏装置中于500℃～750℃进行热解，经水熄焦或干熄焦后得到型焦。

优选地，步骤一中所述筛分后液化残渣粉末的平均粒径在5mm以下。

优选地，步骤一中所述无机酸为氢氟酸。

优选地，步骤一中所述室温下反应时间为1h~2h。

优选地，步骤二中按照低变质粉煤70%~95%，去灰后的液化残渣5%~30%的质量百分比配料。尤其是按照低变质粉煤95%，去灰后的液化残渣5％的质量百分比配料，或者按照低变质粉煤90%，去灰后的液化残渣10％的质量百分比配料。

优选地，步骤二中所述加压成型的压力为6Mpa~10Mpa。

优选地，步骤三中所述热解时间为1h~4h，得到的副产品为焦油和煤气。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）解决了目前我国晋陕蒙宁地区兰炭产业中大量低变质粉煤（包括长焰煤、弱粘煤及不黏煤）资源的利用问题，可利用现有的、技术成熟的内热式低温干馏装置与工艺直接进行生产；

（2）以低变质粉煤作为主体原料，煤直接液化残渣作为粘结剂，无需再加入其他添加剂，可制备出性能满足铁合金、电石及气化行业应用的型焦产品；

（3）弥补了现有粉煤热解技术的不足，同时实现了液化残渣的综合利用，扩大了低变质煤热解焦的使用领域，解决了煤洁净转化过程中存在的关键难题，对推动我国煤化工产业的健康可持续发展具有重要意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

所用原料陕西榆林孙家岔煤（SJC）和神华集团的煤直接液化残渣（DLR）及去灰后的液化残渣（Q-DLR）的元素分析与工业分析结果如表1所示。

表1工业分析及元素分析

Figure 201210400639X100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例1：将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，使其平均粒径为5mm以下，然后称取70g粉末，加入80ml质量分数为10%的氢氟酸溶液，不断搅拌，室温反应2h后，液固分离，将滤饼在100℃下左右烘干3h。准确称取冷却后的去灰液化残渣3g，与平均粒径为0.5mm左右的低变质煤粉末12g一起放入烧杯中，加入2.1g水，搅拌均匀，装入模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤（Φ30mm×20mm），自然风干后，装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高温干馏炉中，以2°C/min的升温速率升温至700°C，然后保温30min，取出反应器，冷却至室温，制备的型焦抗压强度为2350N/ball。在同等条件下，纯焦煤、肥煤、1/3焦煤的抗压强度测试结果分别为2360N/ball、1860N/ball和2700N/ball。另外，现有块状兰炭的抗压强度为1560N/ball。

实施例2：将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，使其平均粒径为5mm以下，然后称取100g粉末，加入180ml水，不断搅拌，室温反应1h后，液固分离，将滤饼在100℃下左右烘干3h。准确称取冷却后的去灰液化残渣5g，与平均粒径为0.5mm左右的低变质煤粉末95g一起放入烧杯中，加5g水，搅拌均匀，装入模具中，在8Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤（Φ30mm×20mm），自然风干后，装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高温干馏炉中，以2°C/min的升温速率升温至700°C，然后保温60min，取出反应器，冷却至室温，制备的型焦抗压强度为2300N/ball。

实施例3：将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，使其平均粒径为5mm以下，然后称取80g粉末，加入200ml质量浓度为5%的氢氟酸，不断搅拌，室温反应1.5h后，液固分离，将滤饼在100℃下左右烘干3h。准确称取冷却后的去灰液化残渣10g，与平均粒径为0.5mm左右的低变质煤粉末90g一起放入烧杯中，加10g水，搅拌均匀，装入模具中，在10Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤（Φ30mm×20mm），自然风干后，装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高温干馏炉中，以2°C/min的升温速率升温至700°C，然后保温60min，取出反应器，冷却至室温，制备的型焦抗压强度为2380N/ball。

实施例4：将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，使其平均粒径为5mm以下，然后称取80g粉末，加入160ml质量浓度为8%的氢氟酸，不断搅拌，室温反应2h后，液固分离，将滤饼在100℃下左右烘干3h。准确称取冷却后的去灰液化残渣40g，与平均粒径为0.5mm左右的低变质煤粉末60g一起放入烧杯中，加10g水，搅拌均匀，装入模具中，在10Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤（Φ30mm×20mm），自然风干后，装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高温干馏炉中，以2°C/min的升温速率升温至700°C，然后保温60min，取出反应器，冷却至室温，制备的型焦抗压强度为2280N/ball。

实施例5：将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，使其平均粒径为5mm以下，然后称取100g粉末，加入100ml质量浓度为6%的氢氟酸，不断搅拌，室温反应2h后，液固分离，将滤饼在100℃下左右烘干3h。准确称取冷却后的去灰液化残渣30g，与平均粒径为0.5mm左右的低变质煤粉末70g一起放入烧杯中，加15g水，搅拌均匀，装入模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤（Φ30mm×20mm），自然风干后，装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高温干馏炉中，以2°C/min的升温速率升温至700°C，然后保温60min，取出反应器，冷却至室温，制备的型焦抗压强度为2310N/ball。

Claims

1.一种以低变质粉煤制备铁合金、电石及气化行业用型焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将粉碎后的煤直接液化残渣经过筛分，称取70～100g的粉末，在粉末中加入80～200mL质量浓度为5%～10%的氢氟酸，室温下反应去灰，然后进行固液分离、洗涤、干燥；

步骤二，按照低变质粉煤60%～95%，去灰后的液化残渣5%～40%的质量百分比，加入低变质粉煤和去灰后的液化残渣总质量5-15%的水将二者混合搅拌均匀，在成型模具中加压成型，得到型煤，其中所述低变质煤粉包括长焰煤、弱粘煤及不黏煤；

2.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤一中所述筛分后液化残渣粉末的平均粒径为在5mm以下。

3.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤一中所述室温下反应时间为1h～2h。

4.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤二中按照低变质粉煤70%～95%，去灰后的液化残渣5%～30%的质量百分比配料。

5.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤二中按照低变质粉煤95%，去灰后的液化残渣5%的质量百分比配料。

6.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤二中按照低变质粉煤90%，去灰后的液化残渣10%的质量百分比配料。

7.根据权利要求1、5或6所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤二中所述加压成型的压力为6Mpa～10Mpa。

8.根据权利要求1所述制备型焦的方法，其特征在于，步骤三中所述热解时间为1h～4h，副产品为焦油和煤气。