CN103992807B - 大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法，所述方法是在无粘结性原料煤中加入煤改性粘结剂和球化剂，对混合煤料进行调湿后送至高密度捣固成型机中压成密度为1.15~1.30g/cm3的大型煤饼，随后将捣固后的大型煤饼送至捣固焦炉炭化室，于850~1100℃炭化15~30h，得到气化用炭化型煤/焦。本方法实现了气化用炭化型煤/焦的大规模生产，生产的产品具有机械强度高、热稳定性好、产气率高和污染物排放少等特点，是优质的固定床气化原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种气化用炭化型煤/焦的生产方法，特别是一种以无粘结性粉煤为主要原料，制成大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法。
背景技术
Lurgi和BGL固定床气化技术经过大量工业化应用验证，国产化程度高、投资低且技术可靠，近60%的合成氨及甲醇产能以无烟块煤为原料，年耗无烟块煤近8000万吨。但由于机械化综采技术的推广，块煤产率大幅降低，而煤炭企业煤-化一体化进程更是减少了优质无烟块煤的社会供应量，造成无烟块煤供应紧张局面。将粉煤加工成气化用型煤是解决块煤供不应求的有效途径之一。
早有石灰碳化煤球、纸浆粘土煤球等技术，这些气化型煤多采用无机类粘结剂经冷压成型制成，存在灰分高、热强度和造气效果差等问题。
现有公开号为CN 101440295A公开了“一种煤气化型焦的制造方法”，是以无烟煤为主体原料，加入复合粘结剂陈化堆沤6~20小时后加压成型煤，再经中温和高温炭化制成型焦。公开号为CN 1718691A公开了一种“以焦粉为原料的气化用型焦及其生产方法”，是将混合煤料陈化堆沤后在8~12MPa压力下压制成型，200~240℃下干燥3~3.5小时制成型焦成品。这类气化用型焦一般都采用专用直立炭化炉或隧道窑等生产，存在产能小、热效率低等问题。
现有公开号为CN1560194A公开了“一种用传统焦炉生产型焦的方法”则是将高挥发分非焦煤半焦粉料配入煤沥青粘结剂后，在30MPa压力下制成45~120mm×45~120的小型焦坯，再与高挥发分非焦煤按1:1.2~1.5重量比混合后进入传统焦炉炭化。该方法的出炉产品中含有大量粉料，循环炭化造成能源利用率低，更重要的是粉料过多会造成推焦难等问题。
发明内容
本发明针对上述现有气化用型煤/焦生产存在的不足，提供一种以无粘结性粉煤为主要原料，利用大型捣固焦炉生产气化用炭化型煤/焦的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法，其所述方法如下：
将70~85wt%的煤料送入破碎机细碎，使90
wt%以上的煤料粒度≤3mm；
在所述煤料中加入80~150目的、3~20wt%的煤改性粘结剂和2~10wt%球化剂，搅拌混合为捣固煤饼料；
对捣固煤饼料进行调湿，水分控制在捣固煤饼料的8~25wt %；
将调湿的捣固煤饼料置于高密度捣固成型机中，捣固成型为大型捣固煤饼，所述大型捣固煤饼的长×宽×高为12000~18000mm×350~450 mm×3500~5500
mm，密度为1.15~1.30g/cm3；
将所述大型捣固煤饼置于焦炉炭化室中，于850~1100℃的温度下进行炭化，炭化时间为15~30h，炭化后进行推焦，推焦电流<300A，推出炉后的产品经水熄焦或干熄焦后，获得气化用炭化型煤/焦；
所述煤改性粘结剂是200～300目的褐煤30～50wt%、水25～45wt%、甲酸23～40wt%和碱金属化合物催化剂1～5wt%混合均匀，在高压反应釜中升温至340~400℃，反应20~40min获得；
所述球化剂是将40~50wt%腐殖酸钠和50~60wt%风化煤混合后在400~500℃下低温炭化3~5h获得。
基于上述技术方案，其改进的技术方案如下。
所述煤改性粘结剂和球化剂的用量进一步为5~8wt%和4~6wt%。
所述捣固煤饼料的湿度进一步调湿为混合煤料的12~14wt %。
所述原料煤是无粘结性的无烟煤、贫煤、长焰煤或褐煤中的一种或几种混合。
所述高密度捣固成型机的捣固功为650~920J/kg，捣固时间为8~12min。
所述碱金属化合物催化剂为碳酸钠、碳酸钾或氧化钠中的一种或几种。
本方法在现有技术的基础上，针对现有气化用型煤/焦生产存在的不足，提供了一种以无粘结性粉煤为原料，利用大型捣固焦炉生产气化用炭化型煤/焦的方法。
无粘结性的粉煤是非炼焦煤的混合物，在大型焦炉炭化室难以形成焦饼，可能会引起推焦难，甚至在推焦过程中损坏炭化室炉墙。采用本发明方法，在基础原料煤胶质层厚度=0的情况下，通过添加一定量的煤改性粘结剂和球化剂，使得型煤在炭化热过程中仍能形成结构稳定的焦饼，没有塌焦现象，最终形成了高冷强度（落下强度SI4 25≥90）、高热稳定性（热稳定性TS+6≥90）、较高反应活性（CRI≥40）和良好造气性能的气化用炭化型煤/焦。
采用本方法生产的气化用炭化型煤/焦是由人工配煤技术制成的，因此可对产品的固定碳含量、粒度、灰熔融特性、机械强度、热稳定性和反应性等气化特性进行调整，以满足不同固定床气化炉对原料的要求。
采用本方法生产的气化用炭化型煤/焦是一种清洁的固定床气化原料。原煤中易于在气化中生成的酚、氨类在炭化过程中大量脱出，因而气化冷凝水中污染物含量大幅降低，尤其是具有高度毒性危害的氰化物、硫化物等，环境危害大幅降低，可直接进行生化处理，降低了固定床气化冷凝水处理成本。
采用本方法，大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦，极大地提高了气化用炭化型煤/焦的生产规模，产能可达百万吨级。
附图说明
图1是本发明准备入炉的大型捣固煤饼。
图2是本发明即将出炉的气化用炭化型煤/焦。
图3是本发明气化用炭化型煤/焦产品。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施一种大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法是按下列步骤进行的。
（1）首先选取无粘结性的无烟煤、贫煤、长焰煤或褐煤中的一种，或者是上述煤种中的几种按一定比例混合在一起，然后将煤料在粉碎机上破碎，破碎后粒度≤3mm的煤料质量占总煤料质量的90 wt%以上。
（2）将70~85wt%的上述煤料，80~150目的、3~20wt%的煤改性粘结剂和2~10wt%球化剂搅拌混合，获得捣固煤饼料。
在实际选取试验中，原料煤选取长焰煤时，所述煤改性粘结剂和球化剂的用量进一步选取5~8wt%和4~6wt%之间，其效果更为突出。
（3）对捣固煤饼料进行调湿，水分控制在捣固煤饼料的8~25wt
%，进一步调湿为捣固煤饼料的12~14wt %较好。
（4）将调湿的捣固煤饼料置于捣固功为650~920J/kg的高密度捣固成型机中，捣固成型为大型捣固煤饼，捣固时间为8~12min，其大型捣固煤饼的长×宽×高为12000~18000mm×350~450 mm×3500~5500
mm；捣固密度为1.15~1.30g/cm3。
（5）将大型捣固煤饼送入焦炉炭化室，在850~1100℃的温度下进行炭化，炭化时间为15~30h，炭化后进行推焦，推焦电流<300A，推出炉后的产品经水熄焦或干熄焦后，获得气化用炭化型煤/焦。
在上述方法中，所采用的煤改性粘结剂是由200～300目的褐煤30～50wt%、水25～45wt%、甲酸23～45wt%和碱金属化合物催化剂1～5wt%混合均匀，在高压反应釜中升温至340~400℃，反应20~40min制得。其中的碱金属化合物催化剂为碳酸钠、碳酸钾或氧化钠中的一种或几种混合均可。
所述球化剂是将40~50wt%腐殖酸钠和50~60wt%风化煤混合后在400~500℃下低温炭化3~5h制得。
实施例1
A、煤改性粘结剂的制备
按质量份取300目的内蒙褐煤粉煤35wt%、水32wt%、甲酸31wt%和碳酸钾、氧化钠或氧化钾2wt%混合均匀，在高压反应釜中升温至350℃反应30min制得。待反应结束后，将反应釜冷却至室温，过滤出的固体产物即为煤改性粘结剂。
利用粘结指数测定仪按照GB/T 5447—1997对型煤粘结剂进行测定，产品的粘结指数为92。
B、球化剂的制备
将45wt%腐殖酸钠和55wt%风化煤混合均匀后在500℃下低温炭化3.5h制得。
C、大型捣固焦炉生产气化用炭化型煤/焦
（1）将37wt%的无烟煤和45wt%的长焰煤混合后送入破碎机细碎，粒度≤3mm的煤料质量达到占总煤料质量的90wt%以上；
（2）在破碎后的煤料中加入100目的13wt%的煤改性粘结剂和5wt%的球化剂，并充分搅拌混合，获得捣固煤饼料；
（3）对捣固煤饼料进行调湿，水分控制在捣固煤饼料的13wt
%；
（4）调湿后的捣固煤饼料在高密度捣固成型机中压成大型捣固煤饼，高密度捣固成型机的捣固功达750J/kg，捣固时间为10min，煤饼密度达1.23g/cm3，大型捣固煤饼尺寸长×宽×高为15000×400
mm×4000 mm。
（5）将大型捣固煤饼送至焦炉炭化室，于950℃炭化20h后，观察捣固煤饼收缩良好，煤饼边线距炉墙约14mm缝隙，具备推焦条件，炭化型煤/焦经推焦车推出，此时推焦电流最大值为220A，出炉后产品经水熄焦或干熄焦后得到气化用炭化型煤/焦。
采用该方法，焦炉单孔装填量达29.52吨，生产炭化型煤/焦20.10吨。所得气化用炭化型煤/焦质量指标检测结果见表1。
表1 气化用炭化型煤/焦质量指标分析
气化用炭化型煤/焦在进行了3.0Mpa加压固定床气化评价试验，试验结果分别见表2。煤气产率和粗煤气中有效成分（CO+H2）略高于优质无烟煤；气化强度较典型无烟煤气化强度高出7.3%；CH4含量明显低于无烟煤气化产物。
表2 气化用炭化型煤/焦气化特性分析
| 检验项目 | 单位 | 气化用炭化型煤 | 无烟煤 |
| 最高温度 | ℃ | 1250 | 1250 |
| 碳转化率 | % | 99.24 | 98.92 |
| 煤气产率 | Nm3/kg型煤 | 2.81 | 2.58 |
| 气化强度 | kg/m2▪h | 993.63 | 875.89 |
| H2 + CO | % | 69.26 | 68.53 |
气化冷凝废水由谱尼国际测试中心测试，检测结果见表3，具有高度毒性危害的氰化物、吡啶和硫化物等未检出，其他指标亦达到生化处理要求。
表3 气化用炭化型煤/焦气化废水检测结果
| 检验项目 | 典型冷凝废水/mg▪L-1 | 试样/mg▪L-1 |
| BOD | 4600～10500 | 未检到 |
| COD | 8000～21000 | 2830 |
| 挥发酚 | 4300～5700 | 44 |
| 固定酚 | 1300～1900 | 308 |
| 挥发氨 | 3300～10640 | 430 |
| 固定氨 | 190～330 | 326 |
| 吡啶 | 107～570 | 未检到 |
| 氰化物 | 40～60 | 未检到 |
| 硫化物 | 137～268 | 未检到 |
| 碱度 | 19000～24000 | 24 |
以上结果表明生产的气化用炭化型煤/焦具有产气率高、气化强度大、反应活性好、污染物排放少等特点，是优质的固定床气化原料。
实施例2
A、煤改性粘结剂制备
按质量份取250目的新疆褐煤粉煤38wt%、水28wt%、甲酸32wt%、碳酸钠1wt%和碳酸钾1wt%混合均匀，在高压反应釜中升温至370℃反应25min制得。反应结束后，将反应釜冷却至室温，过滤出的固体产物即为煤改性粘结剂。
利用粘结指数测定仪按照GB/T 5447—1997对型煤粘结剂进行测定，产品的粘结指数为90。
B、球化剂制备
将50wt%腐殖酸钠和50wt%风化煤混合均匀后在450℃下低温炭化4h制得。
C、大型捣固焦炉生产气化用炭化型煤/焦
（1）将55wt%的贫煤和25wt%的褐煤混合后送入破碎机细碎，粒度≤3mm的煤料质量达到占总煤料质量的90wt%以上；
（2）在破碎后的煤料中加入120目的14wt%的煤改性粘结剂和6wt%的球化剂，并充分搅拌混合，获得捣固煤饼料；
（3）对捣固煤饼料进行调湿，水分控制在捣固煤饼料的12wt
%；
（4）调湿后的捣固煤饼料在高密度捣固成型机中压成大型捣固煤饼，高密度捣固成型机的捣固功达800J/kg，捣固时间为10min，煤饼密度达1.21g/cm3，大型捣固煤饼尺寸长×宽×高为14000mm×400 mm×3600 mm。
（5）将大型捣固煤饼送至焦炉炭化室，于950℃炭化18h后，观察捣固煤饼收缩良好，煤饼边线距炉墙约16mm缝隙，具备推焦条件，炭化型煤/焦经推焦车推出，此时推焦电流最大值为210A，出炉后产品经水熄焦或干熄焦后得到气化用炭化型煤/焦。
采用该方法，焦炉单孔装填量达20.16吨，生产炭化型煤/焦13.56吨。所得气化用炭化型煤/焦质量指标检测结果见表4，机械强度和热稳定性等指标达到了《GB/T
9143-2008 常压固定床气化用煤技术条件》要求。
表4 气化用炭化型煤/焦质量指标分析
气化用炭化型煤/焦在常压Φ2.6m气化炉上进行了工业化制气，制气结果分别见表5。煤气产率略高于优质无烟煤；粗煤气中有效成分（CO+H2）与优质无烟煤相当。
表5 气化用炭化型煤/焦气化特性分析
| 检验项目 | 单位 | 气化用炭化型煤 | 无烟煤 |
| 最高温度 | ℃ | 1200 | 1200 |
| 固定碳 | % | 68.80 | 72.00 |
| 碳转化率 | % | 92 | - |
| 煤气产率 | Nm3/kg型煤 | 2.28 | 2.16 |
| 气化强度 | kg/m2▪h | 500.60 | 544.50 |
| H2+ CO | % | 67.89 | 68.53 |
气化冷凝废水检测结果见表6，具有高度毒性危害的氰化物、吡啶和硫化物等未检出，其他指标亦达到生化处理要求。
表6 气化用炭化型煤/焦气化废水检测结果
| 检验项目 | 典型冷凝废水/mg▪L-1 | 试样/mg▪L-1 |
| BOD | 4600～10500 | 未检到 |
| COD | 8000～21000 | 2950 |
| 挥发酚 | 4300～5700 | 50 |
| 固定酚 | 1300～1900 | 315 |
| 挥发氨 | 3300～10640 | 435 |
| 固定氨 | 190～330 | 332 |
| 吡啶 | 107～570 | 未检到 |
| 氰化物 | 40～60 | 未检到 |
| 硫化物 | 137～268 | 未检到 |
| 碱度 | 19000～24000 | 26 |
以上结果表明生产的气化用炭化型煤/焦具有产气率高、有效成分高、热稳定性高和污染物排放少等特点，是优质的固定床气化原料。
Claims (5)
1.一种大型捣固煤饼在焦炉上生产气化用炭化型煤/焦的方法，其所述方法如下：
将70~85wt%的煤料送入破碎机细碎，使90 wt%以上的煤料粒度≤3mm；
在所述煤料中加入80~150目的、3~20wt%的煤改性粘结剂和2~10wt%球化剂，搅拌混合为捣固煤饼料；
对捣固煤饼料进行调湿，水分控制在捣固煤饼料的8~25wt %；
将调湿的捣固煤饼料置于高密度捣固成型机中，捣固成型为大型捣固煤饼，所述大型捣固煤饼的长×宽×高为12000~18000mm×350~450 mm×3500~5500 mm，密度为1.15~1.30g/cm3；
将所述大型捣固煤饼置于焦炉炭化室中，于850~1100℃的温度下进行炭化，炭化时间为15~30h，炭化后进行推焦，推焦电流<300A，推出炉后的产品经水熄焦或干熄焦后，获得气化用炭化型煤/焦；
所述煤改性粘结剂是200～300目的褐煤30～50wt%、水25～45wt%、甲酸23～40wt%和碱金属化合物催化剂1～5wt%混合均匀，在高压反应釜中升温至340~400℃，反应20~40min获得；
所述球化剂是将40~50wt%腐殖酸钠和50~60wt%风化煤混合后在400~500℃下低温炭化3~5h获得；
所述煤料是无粘结性的无烟煤、贫煤、长焰煤或褐煤中的一种或几种混合。
2.如权利要求1所述的方法，其所述煤改性粘结剂和球化剂的用量进一步为5~8wt%和4~6wt%。
3.如权利要求1所述的方法，其所述捣固煤饼料的湿度进一步调湿其为捣固煤饼料的12~14wt %。
4.如权利要求1所述的方法，其所述高密度捣固成型机的捣固功为650~920J/kg，捣固时间为8~12min。
5.如权利要求1所述的方法，其所述碱金属化合物催化剂为碳酸钠、碳酸钾或氧化钠中的一种或几种。
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