CN103980973A - 半焦钝化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半焦钝化方法，包括如下步骤：(1)预冷：将500-700℃的原料半焦冷却至103-107℃；(2)水合与冷却：对预冷后的半焦进行加湿，使半焦的含湿量达到6wt％-8wt％，同时，对半焦进行冷却，使半焦的温度进一步降低至47-53℃；(3)氧化：将水合与冷却得到的半焦在有氧环境中平铺堆放，使半焦层厚度为10厘米，使半焦在敞开环境中暴露的时间保持在2小时以上。本发明的方法工艺过程简单、易于控制，并且可以降低产品的粉化程度，所使用的设备简单、设备投资成本低。

Description

半焦钝化方法

技术领域

本发明涉及半焦精制的方法，具体地，本发明涉及半焦钝化的方法。

背景技术

低阶煤通过高温隔绝氧气热解后产生的固体产品为半焦，液体产品为煤焦油，气体产品为热解煤气。其中，固体产品半焦由于其仍具有很高的化学活性，在有氧环境中，会从环境中吸收水分并发生缓慢氧化而导致自燃，因此，在长距离输送前，需要对其进行钝化处理。

目前，根据公开的文献和专利报导，对半焦进行钝化的研究较少。中国发明专利CN103060047A公开了一种半焦钝化工艺及半焦钝化塔，其解决了现有半焦钝化工艺的成本、配套设备投资和场地面积要求均较高的问题，该专利所公开的半焦钝化工艺具体包括将半焦原料进行预冷却、喷水调节、反应和冷却，基于原料半焦可与空气中的氧和水发生缓慢水合氧化反应的原理实现半焦钝化。该专利所公开的半焦钝化塔由上至下依次为预冷却区、喷水调节区、反应区和冷却区。

总体来看，现有的半焦钝化工艺存在以下缺点：

首先，现有的半焦钝化工艺过程复杂，控制参数较多，且参数精度要求高。

其次，现有的半焦钝化系统复杂，设备投资大，运行维护难度大。

再次，现有的半焦钝化系统在运行过程中会进一步粉化产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有半焦钝化方法的工艺复杂、控制参数较多且参数精度要求高，以及半焦钝化系统复杂、设备投资大、运行维护难度大等问题，提供一种半焦钝化的新方法。

本发明提供了一种半焦钝化方法，该方法包括如下步骤：

(1)预冷：将500-700℃的原料半焦冷却至103-107℃；

(2)水合与冷却：对预冷后的半焦进行加湿，使半焦的含湿量达到6wt％-8wt％，同时，对半焦进行冷却，使半焦的温度进一步降低至47-53℃；

(3)氧化：将水合与冷却得到的半焦在有氧环境中平铺堆放，使半焦层厚度为10厘米，使半焦在敞开环境中暴露的时间保持在2小时以上。

前述的半焦钝化方法，所述原料半焦的挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的40wt％以下。

前述的半焦钝化方法，所述预冷步骤是直接利用喷淋水对半焦进行激冷。

前述的半焦钝化方法，氧化步骤中，所述有氧环境是通氧环境或自然有氧环境。

前述的半焦钝化方法，水合与冷却步骤中，使用喷雾系统对半焦进行加湿。

前述的半焦钝化方法，水合与冷却步骤中，使半焦与冷却介质间接接触而对半焦进行冷却。

前述的半焦钝化方法，所述冷却介质是冷却循环水。

与现有技术相比，采用本发明的半焦钝化方法至少具有如下有益效果：本发明的工艺过程简单，整个过程易于控制；本发明的工艺所使用的设备简单、投资成本低；采用本发明的工艺可以减少产品与设备的摩擦，从而降低产品的粉化程度。

附图说明

图1是本发明所采用的装置的示意图。

图2是本发明所采用的装置中的刮板输送机主视图。

图3是本发明所采用的装置中的刮板输送机侧视图。

具体实施方式

低阶煤，特别是褐煤，在热解炉内通过高温热解去除部分挥发份后形成半焦，这种半焦由于其仍含有部分挥发份和较为发达的孔道结构而具有一定的化学活性，其挥发份含量越高，孔道结构越发达，其化学活性就越高。当这种半焦暴露在自然环境中，会从环境中缓慢吸收湿份和氧气而放出热量，当热量因半焦堆积而无法释放出来时，就会引起堆放的半焦温度升高，而半焦温度的升高会进一步促进半焦与环境中的氧气的氧化反应，最终引发剧烈的燃烧反应。

本发明的半焦钝化，是利用冷却介质间接或直接地将从热解炉出来的高温半焦温度降低至105℃左右，然后利用喷淋水，将半焦的湿度增加到饱和，将半焦吸收水分过程中产生的热量利用冷却介质将其带走。吸收水分后的半焦在强制通氧或者是自然有氧环境中，使其缓慢发生氧化反应，过程中产生的热量利用冷却介质带走，使其温度始终控制在一定范围内。当半焦在有氧环境中停留一定时间后，其表面的官能团与氧气结合成了相对稳定的络合物，不再吸收环境中的氧气，这样就达到了钝化的目的。

为了充分了解本发明的目的、特征和功效，下面结合图1对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于此。本发明的装置和工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。

本发明中，在热解炉中进行高温热解的原煤干燥基挥发份含量为38-45wt％。经干燥后的原煤在热解炉内进行热解，热解温度为500-700℃，停留时间15-25min，压力2-3Kpa，根据小试实验测得的半焦挥发份含量与热解温度的关系，本领域技术人员可以确定工业运行时的热解温度，以热解温度来控制半焦的挥发份。

从热解炉1排出的高温半焦，即原料半焦，其温度为500-700℃，其挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的40wt％以下。先对原料半焦进行预冷，使其温度降低至103-107℃，在一种具体实施方式中，将原料半焦输入激冷盘2，在激冷盘2中直接利用喷淋水对半焦进行激冷。

其中，挥发份是指去除水份后的原煤在隔绝空气的条件下，加热至900℃的过程中所析出的有机物总称，包括裂解小分子的煤气和大分子的煤焦油；原煤干燥基是指煤不含水的状态；通过实验研究，将半焦的挥发份含量降至原煤干燥基挥发份含量的40wt％以下时，半焦的自燃倾向显著降低，即自然堆放一段时间后，其堆层表面以下10cm处的温度明显要低。降低挥发份，即降低了半焦中与氧气发生氧化反应的反应物。

预冷后，对半焦进行加湿处理，以使半焦发生水合反应，使半焦的含湿量达到6wt％-8wt％，即半焦吸水饱和，其不再从空气中吸收水份。半焦在吸收水分的过程中会产生热量，因此，加湿的同时使半焦与冷却介质间接接触，以便将半焦吸收水份过程中产生的热量带走，并使半焦的温度进一步降低至47-53℃。

在一种具体实施方式中，预冷后的半焦被送入带有水夹套和喷雾系统的刮板输送机3，在刮板输送机3内，利用喷雾系统对干燥半焦进行加湿，同时，利用水夹套里的冷却循环水将半焦在吸收水分的过程中产生的热量带走，并将半焦的温度进一步降低至50℃左右。刮板输送机3内的水夹套结构如图2和3所示，喷雾系统，即雾化喷头，安装在刮板机物料入口顶板中央。

之后，将水合与冷却得到的半焦在有氧环境中平铺堆放，使半焦层厚度为10厘米，使半焦在有氧环境中暴露的时间保持在2小时以上。优选地，有氧环境为敞开的自然有氧环境，其通风应当良好，以便空气能够很好地与平铺的半焦接触，使得半焦颗粒表面与空气中的氧发生弱氧化反应，产生钝化，并且，反应过程中产生的热量能够快速地被流通的空气带走，使半焦处于室温状态，不至于因半焦层温度升高，加速弱氧化速度，从而使得弱氧化反应失控。

在一种具体实施方式中，从刮板输送机3输出的半焦利用皮带4输送至仓库的游走卸料小车5中，游走卸料小车5在支撑架上的轨道上实现来回游走，使半焦在支撑架下的区域实现平铺堆放，游走卸料小车5由行程开关控制。当半焦平铺堆放层6堆至10厘米厚后，游走卸料小车5切换至相邻轨道上，使半焦在平行区域堆放，当该区域的半焦平铺堆放层6达到10厘米厚后，游走卸料小车5又切换至相邻轨道上，如此游走，使得每个区域表面10厘米厚的半焦平铺堆放层6在敞开环境中暴露的时间保持在2小时以上。其中，根据游走卸料小车5的卸料速度和每个区域的面积，并根据体积＝底面积×高度，本领域技术人员能够合理确定游走卸料小车5的卸料时间，从而使半焦平铺堆放层6的厚度为10厘米。

原煤经过低温热解，去除了部分挥发份后，仍含有部分挥发份，和部分活性官能团，如带有不饱和双键、羰基、羧基等，这些活性官能团，在低温有氧的条件下会生成过氧化合物，这种过氧化合物是种相对稳定的化合物，即其在低温，如室温状态下，会保持稳定，但随着温度的升高，这种过氧化合物会进一步分裂，生成CO，甲醛和自由基如苯基自由基，并放出热量。自由基是种非常活泼的基团，会轻易引发自由基联锁反应，温度越高，反应越剧烈，反应放热速率就越快，特别是半焦从空气中吸收水分与氧气反应同时进行时，会更加促进半焦与氧气的反应。当反应放热速率高于散热速率时，半焦表面的温度就会升高，当温度达到半焦着火点后就会引发自燃。本发明最重要的一点就是将半焦的水合反应与弱氧化反应分开进行，控制半焦在有氧环境中的弱氧化速率，将水合和弱氧化过程中产生的热量及时带走，始终保持半焦处于低温状态，当半焦表面的活泼官能团都形成了相对稳定的过氧化合物后，其就不再与空气中的氧发生反应了，不会放热，这样就达到了钝化目的。

性能评价

对一褐煤进行干燥、热解处理，使水分和部分挥发份脱除，得到450-480℃的半焦，测定其挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的52wt％，全水含量1-2％，温度冷却至50℃左右，在自然通风条件下成堆堆放于仓库内，2小时内出现局部自燃现象。

将采用本发明的热解工艺得到的挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的40wt％，全水含量1-2％，温度冷却至50℃左右的半焦，在自然通风条件下成堆堆放于仓库内，一周内出现局部自燃现象。

采用本发明的钝化工艺对挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的40wt％，全水含量6-8％，温度保持在室温状态的半焦进行自然通风，平铺堆层达到2小时以上后置于仓库内，长达两个月时间均未出现自燃闷烧现象，这说明已经达到了半焦钝化的目的。

Claims (7)

1.一种半焦钝化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)预冷：将500-700℃的原料半焦冷却至103-107℃；

(2)水合与冷却：对预冷后的半焦进行加湿，使半焦的含湿量达到6wt％-8wt％，同时，对半焦进行冷却，使半焦的温度进一步降低至47-53℃；

(3)氧化：将水合与冷却得到的半焦在敞开环境中平铺堆放，使半焦层厚度为10厘米，使半焦在有氧环境中暴露的时间保持在2小时以上。

2.根据权利要求1所述的半焦钝化方法，其特征在于，所述原料半焦的挥发份含量为原煤干燥基挥发份含量的40wt％以下。

3.根据权利要求1或2所述的半焦钝化方法，其特征在于，所述预冷步骤是直接利用喷淋水对半焦进行激冷。

4.根据权利要求1-3任一项所述的半焦钝化方法，其特征在于，氧化步骤中，所述有氧环境是通氧环境或自然有氧环境。

5.根据权利要求1-4任一项所述的半焦钝化方法，其特征在于，水合与冷却步骤中，使用喷雾系统对半焦进行加湿。

6.根据权利要求1-5任一项所述的半焦钝化方法，其特征在于，水合与冷却步骤中，使半焦与冷却介质间接接触而对半焦进行冷却。

7.根据权利要求6所述的半焦钝化方法，其特征在于，所述冷却介质是冷却循环水。