CN104140831B - 一种低变质煤干馏提质的方法 - Google Patents

一种低变质煤干馏提质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低变质煤干馏提质的方法，其采用捣固炼焦工艺进行低变质煤的干馏提质，包括，(1)将煤饼推入焦炉内进行提质，控制结焦温度为450-1000℃，结焦时间为2-8小时，收集溢出的粗煤气，其中，所述煤饼内设置有导气结构；(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为900-1400℃，并维持8-24小时，得到所需的焦炭产品。本申请的低变质煤干馏提质的方法，改变捣固式焦炉内煤饼的结构，制造煤饼内挥发份溢出通道，加快挥发份溢出速度，减少了焦炉煤气(含焦油及粗苯)的重复燃烧，而且加快了结焦速度；并对其焦化工艺进行调整，减少挥发分穿越煤饼内高温区的分解损失，大幅度提升结焦过程中焦油、粗苯以及焦炉煤气的收率。

Description

一种低变质煤干馏提质的方法
技术领域
本发明涉及一种低变质煤提质的方法，具体涉及一种采用捣固式焦炉对具有结焦性和胶质层的低变质煤进行干馏提质的方法。
背景技术
低变质煤是煤化作用初期的产物，含水量和挥发分高、密度小、粘结性差、具有较强的化学反应性，但热稳定性差、发热量低、容易风化和发生自燃，其主要包括变质程度低的褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤黏煤以及部分气煤，全球的低变质煤资源超过5100亿吨，占世界煤炭总资源的49.1％。我国具有丰富的低变质煤资源，已探明的褐煤保有储量达1303亿吨，占全国煤炭储量的近13％，由于低变质煤水分高、灰分高、易风化和自燃、难以洗选和储存，使得低变质煤的开发和利用受到很大限制。近年来由于能源紧张、煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的低变质煤资源的开发和利用成为世界各国普遍关注的热点。
捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备,将炼焦配合煤按炭化室的大小,捣打成略小于炭化室的煤饼,将煤饼从炭化室的侧面推入炭化室进行高温干馏的过程。成熟的焦炭由捣固推焦机从炭化室内推出，经拦焦车、熄焦车将其送至熄焦塔,以水熄灭后再放到凉焦台,由胶带运输经筛焦分成不同粒级的商品焦炭。与顶装炼焦技术相比，在相同配煤比的情况下，捣固焦炉的焦炭质量好于顶装焦炉，且入炉煤的质量越差，焦炭质量提高的幅度越大。该工艺比顶装煤炼焦工艺配入更多的高挥发分或弱黏结性的低变质煤，是开发利用低变质煤资源的工艺手段之一。
但是采用传统捣固炼焦工艺对具有结焦性和胶质层的低变质煤进行处理时，由于其挥发分较高造成产焦率较低而产气率大，产生的焦炉煤气(含焦油及粗苯)不能及时排放，使得其在焦炉内重复燃烧，不仅浪费能源，还降低了焦化过程副产品的收率，导致整个焦化过程经济性较差，此外，采用低变质煤作为主焦煤炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。同时低变质煤直接用于制造煤气、生产氮肥或作动力燃料，在燃烧或气化过程中容易出现包煤、丢煤现象，也会带来气化后残渣包煤和排渣困难的情况。
发明内容
为解决现有技术中的具有结焦性和胶质层的低变质煤无法充分利用的问题，本发明提供一种低变质煤干馏提质的方法，其采用现有焦化设备并对现有焦化工艺进行改造，针对所述低变质煤进行提质，生产合格化工焦或冶金焦的同时可以大幅度增加焦油、粗苯和焦炉煤气的产率及产量。
为此，本申请采取的技术方案为，
一种低变质煤干馏提质的方法，采用捣固炼焦工艺进行低变质煤的干馏提质，包括，
(1)将煤饼推入焦炉内进行提质，控制结焦温度为450-1000℃，结焦时间为2-8小时，收集溢出的粗煤气，其中，所述煤饼内设置有导气结构；
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为900-1400℃，并维持8-24小时，得到所需的焦炭产品。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述导气结构的体积占所述煤饼体积的0.1％-15％。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述焦炭产品为冶金焦或化工焦；
所述导气结构为直径5mm-200mm导气孔，
或者，所述导气结构为直径5mm-200mm实心柱体。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述导气孔为设置于所述煤饼内部的具有柔软性和可塑性的高分子管道；所述高分子管道为塑料、橡胶和树脂管道中一种或几种，或者，所述实心柱体为木棒或竹棒。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述高分子管道为PET聚对苯二甲酸乙二醇脂管道、HDPE聚乙烯管道、PVC聚氯乙烯管道、LDPE低密度聚乙烯管道、PP聚丙烯管道、PS聚苯乙烯管道、PC聚碳酸酯管道中的一种或几种。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述煤饼由低变质煤经洗煤后形成的精煤、粗精煤、中煤、煤泥或浮选煤中的两种或两种以上混合形成，
其中，所述低变质煤的G值大于20，Y值大于10mm，
所述精煤、粗精煤、中煤、煤泥或浮选煤的性能指标如下，
煤种 灰分 挥发分 硫分 水分
粗精煤 <20％ >25％ <2％ <15％
中煤 <30％ >20％ <1％ <15％
精煤 <15％ >25％ <2％ <15％
浮选煤或煤泥 <30％ - <1％ <15％
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述煤饼由40-50wt％的所述粗精煤、20-30wt％的所述中煤和20-30wt％的所述浮选煤或所述煤泥组成；或者，
所述煤饼由40-60wt％的所述粗精煤和60-40wt％的所述浮选煤或所述煤泥组成；或者，
所述煤饼由40-60wt％的所述精煤和60-40wt％的所述中煤组成。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述步骤(1)和步骤(2)的总反应时间控制在12-40h。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述煤饼的成型方法为，将形成所述煤饼的煤粉装入捣固设备的过程中，所述高分子管道随所述煤粉一并加入，从而在煤饼捣固成型后，其内部具有无规则分布的高分子管道。
上述低变质煤干馏提质的方法中，所述煤饼的成型方法为，将形成所述煤饼的煤粉与所述高分子管道混合均匀，并装入捣固设备中成型，制备得到其内部具有无规则分布的高分子管道的煤饼；或者，将形成所述煤饼的煤粉装入捣固设备中成型后，向成型的煤饼中插入木棒或竹棒，制备得到其内部具有导气结构的煤饼。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本申请的低变质煤干馏提质的方法中，改变捣固式焦炉内煤饼的结构，制造煤饼内挥发份溢出通道，加快挥发份溢出速度，减少了焦炉煤气(含焦油及粗苯)的重复燃烧，而且加快了结焦速度；并对其焦化工艺进行调整，减少挥发分穿越煤饼内高温区的分解损失，大幅度提升结焦过程中焦油、粗苯以及焦炉煤气的收率，使焦炉可以大规模使用成本较低的低变质煤炭资源，有利于低变质煤的高效利用，提高了开发和利用低变质煤资源的经济性。
(2)本申请的低变质煤干馏提质的方法中，由于内置占所述煤饼体积的0.1％-15％的导气孔，使产生与出气量达到平衡，从而可以在炼焦过程中将焦炉煤气较多较快的引出焦炉，避免了焦炉煤气(含焦油及粗苯)在焦化炉内的重复燃烧造成的焦炉煤气(含焦油及粗笨的损失)，采用本申请的工艺对低变质煤进行干馏提质，其焦油、粗苯和焦炉煤气的产率相对于其它工艺均提高了20％以上，或者，所述煤饼内设置有占所述煤饼体积的0.1％-15％的木棒或竹棒，当煤饼温度升到一定范围后，木棒或竹棒燃烧后形成了导气孔道，引导焦炉煤气向外逃逸，达到上述的作用。
(3)本申请的低变质煤干馏提质的方法中，所述导气孔为设置于所述煤饼内部的具有柔软性和可塑性的高分子管道，在煤饼受热过程中，引导形成的粗煤气溢出，并且随着结焦温度的升高，粗煤气的溢出量增多，高分子管道受热逐渐气化或融化，进一步为粗煤气的外溢提供了更多的溢出通道。从而加速了粗煤气的溢出速度，减少了焦炉煤气(含焦油及粗苯)的重复燃烧。
具体实施方式
本申请适用于所有的低变质煤，尤其适用于G值大于30，Y值大于10的具有结焦性及胶质层的低变质煤，G指的是粘结指数(GR.I)，Y指的是胶质层最大厚度。为便于说明，下述实施例中采用由山西省忻州市静乐县的气煤为原煤，经洗煤后得到的精煤、粗精煤、中煤、浮选煤及煤泥为例，进行说明。其中，所述精煤、粗精煤、中煤、煤泥或浮选煤的性能指标如下，
煤种 灰分 挥发分 硫分 水分
粗精煤 <20％ >25％ <2％ <15％
中煤 <30％ >20％ <1％ <15％
精煤 <15％ >25％ <2％ <15％
浮选煤或煤泥 <30％ - <1％ <15％
实施例1
煤饼的制备
由65wt％精煤和35wt％浮选煤及煤泥的混合物进行混合，得到所需煤粉，将煤粉装入捣固机的过程中，加入若干PC聚碳酸酯管，用捣固锺锤打混有PC聚碳酸酯管的煤粉形成内部设置有PC聚碳酸酯管的煤饼，其中，形成的煤饼中PC聚碳酸酯管所占体积为煤饼体积的10％，且PC聚碳酸酯管的直径为100-150mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为450℃，结焦时间为8小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1000℃，并维持24小时，得到所需的冶金焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，225.55Nm3/t焦炭、41.35kg/t焦炭、11.28kg/t焦炭。
实施例2
煤饼的制备
将50wt％粗精煤、50wt％浮选煤和煤泥的混合物，混合均匀形成所需的煤粉，将煤粉装入捣固机的过程中，加入若干PET管，用捣固锺锤打混有PET管的煤粉形成内部设置有PET管的煤饼，其中，形成的煤饼中PC聚碳酸酯管所占体积为煤饼体积的7％，且PET管的直径为5-50mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为800℃，结焦时间为4小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1000℃，并维持16小时，得到所需的化工焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，225.73Nm3/t焦炭、41.38kg/t焦炭、11.29kg/t焦炭。
实施例3
煤饼的制备
将煤粉装入捣固机的过程中，加入若干HDPE管，用捣固锺锤打混有HDPE管的煤粉形成内部设置有HDPE管的煤饼，其中，本实施例中煤粉组成为精煤60wt％、中煤40wt％，形成的煤饼中PC聚碳酸酯管所占体积为煤饼体积的4％，且PC聚碳酸酯管的直径为80mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为550℃，结焦时间为6小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1100℃，并维持14小时，得到所需的化工焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，220.52Nm3/t焦炭、40.43kg/t焦炭、11.03kg/t焦炭。
实施例4
煤饼的制备
将粗精煤、浮选煤、煤泥和PP管相混合，形成所需的煤粉，将煤粉装入捣固机的过程中，加入若干PP管，用捣固锺锤打混有PP管的煤粉形成内部设置有PP管的煤饼，其中，本实施例中煤粉中煤的组成为粗精煤70wt％和浮选煤及煤泥30wt％，形成的煤饼中PP管所占体积为煤饼体积的12％，且PC聚碳酸酯管的直径为120mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为500℃，结焦时间为7小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1000℃，并维持13小时，得到所需的冶金焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，219.80Nm3/t焦炭、40.30kg/t焦炭、10.99kg/t焦炭。
实施例5
煤饼的制备
将粗精煤、浮选煤、煤泥、和中煤和LDPE管混合均匀，形成所需的煤粉，将煤粉装入捣固机的过程中，加入若干LDPE管，用捣固锺锤打混有LDPE管的煤粉形成内部设置有LDPE管的煤饼，其中，本实施例中煤粉中的煤组成为粗精煤50wt％、中煤30wt％和浮选煤及煤泥20wt％，形成的煤饼中LDPE管所占体积为煤饼体积的15％，且PC聚碳酸酯管的直径为150-200mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为700℃，结焦时间为5小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1200℃，并维持15小时，得到所需的化工焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，222.99Nm3/t焦炭、40.88kg/t焦炭、11.15kg/t焦炭。
实施例6
煤饼的制备
将混合均匀的煤粉装入捣固机的过程中，加入若干PS管，用捣固锺锤打混有PS管的煤粉形成内部设置有PS管的煤饼，其中，本实施例中煤粉组成为精煤80wt％、中煤20wt％，形成的煤饼中PS管所占体积为煤饼体积的6％，且PC聚碳酸酯管的直径为10-60mm。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为1000℃，结焦时间为2小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1400℃，并维持8小时，得到所需的冶金焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，218.16Nm3/t焦炭、40.00kg/t焦炭、10.91kg/t焦炭。
实施例7
煤饼的制备
将混合均匀的煤粉装入捣固机的过程中，用捣固锺锤打煤粉形成煤饼后，向所述煤饼中插入直径为50-100mm的木棒，形成具有导气结构的煤饼，其中，本实施例中煤粉组成为精煤80wt％、中煤20wt％，形成的煤饼中木棒所占体积为煤饼体积的6％。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，控制结焦温度为1000℃，结焦时间为2小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气。
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为1400℃，并维持8小时，得到所需的冶金焦。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，218.16Nm3/t焦炭、40.00kg/t焦炭、10.91kg/t焦炭。
对比例1
煤饼的制备
将浮选煤、煤泥和、精煤进行混合，形成制作煤饼的煤粉，用捣固锺锤打形成煤饼，其中煤粉组成为精煤65wt％和浮选煤及煤泥35wt％。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，逐步提升结焦温度至1400℃，结焦时间为24小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气，并得到的焦炭产品。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，187.01Nm3/t焦炭、34.29kg/t焦炭、9.35kg/t焦炭。
对比例2
煤饼的制备
将浮选煤、煤泥和、粗精煤进行混合，形成制作煤饼的煤粉，在将煤粉装入捣固机的过程中，用捣固锺锤打煤粉形成煤饼，其中，煤粉组成为粗精煤50wt％、浮选煤及煤泥50wt％。
炼焦工艺
(1)将上述煤饼推入焦炉内进行结焦，逐步提升结焦温度至1400℃，结焦时间为24小时，收集溢出的粗煤气，对收集到的粗煤气进行分离净化得到焦油、粗苯和焦炉煤气，并得到的焦炭产品。本工艺中焦炉煤气、焦油和粗苯的产率分别为，191.30Nm3/t焦炭、35.07kg/t焦炭、9.56kg/t焦炭。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，采用捣固炼焦工艺进行低变质煤的干馏提质，包括，
(1)将煤饼推入焦炉内进行提质，控制结焦温度为450-1000℃，结焦时间为2-8小时，收集溢出的粗煤气，其中，所述煤饼内设置有导气结构；
(2)在粗煤气充分溢出后，提升焦炉温度为900-1400℃，并维持8-24小时，得到所需的焦炭产品。
2.根据权利要求1所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，所述导气结构的体积占所述煤饼体积的0.1％-15％。
3.根据权利要求1或2所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，
所述焦炭产品为冶金焦或化工焦；
所述导气结构为直径5mm-200mm导气孔，
或者，所述导气结构为直径5mm-200mm实心柱体。
4.根据权利要求3所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，所述导气孔为设置于所述煤饼内部的具有柔软性和可塑性的高分子管道，所述高分子管道为塑料、橡胶和树脂管道中一种或几种；
或者，所述实心柱体为木棒或竹棒。
5.根据权利要求4所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，
所述高分子管道为PET管道、HDPE管道、PVC管道、LDPE管道、PP管道、PS管道、PC管道中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，
所述煤饼由低变质煤经洗煤后形成的精煤、粗精煤、中煤、煤泥或浮选煤中的两种或两种以上混合形成，
其中，所述低变质煤的G值大于20，Y值大于10mm，
所述精煤、粗精煤、中煤、煤泥或浮选煤的性能指标如下，
煤种 灰分 挥发分 硫分 水分 粗精煤 <20％ >25％ <2％ <15％ 中煤 <30％ >20％ <1％ <15％ 精煤 <15％ >25％ <2％ <15％ 浮选煤或煤泥 <30％ - <1％ <15％
。
7.根据权利要求6所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，
所述煤饼由40-50wt％的所述粗精煤、20-30wt％的所述中煤和20-30wt％的所述浮选煤或所述煤泥组成；或者，
所述煤饼由40-60wt％的所述粗精煤和40-60wt％的所述浮选煤或所述煤泥组成；或者，
所述煤饼由20-80wt％的所述精煤和20-80wt％的所述中煤组成。
8.根据权利要求4-7任一所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)的总反应时间控制在12-40h。
9.根据权利要求8所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，所述煤饼的成型方法为，将形成所述煤饼的煤粉装入捣固设备的过程中，所述高分子管道随所述煤粉一并加入，从而在煤饼捣固成型后，其内部具有无规则分布的高分子管道。
10.根据权利要求9所述的低变质煤干馏提质的方法，其特征在于，所述煤饼的成型方法为，将形成所述煤饼的煤粉与所述高分子管道混合均匀，并装入捣固设备中成型，制备得到其内部具有无规则分布的高分子管道的煤饼；
或者，将形成所述煤饼的煤粉装入捣固设备中成型后，向成型的煤饼中插入木棒或竹棒，制备得到其内部具有导气结构的煤饼。
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