CN104327871B - 一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，包括低阶煤和助剂形成的低阶煤型煤层，所述助剂为在850℃隔绝空气干馏失重小于50％的有机粘结剂；还包括中阶煤、高阶煤或中高阶煤中的一种或几种形成的非低阶煤型煤层，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述型煤原料质量的50‑80wt％。将本申请的原料作为捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，不仅解决了现有捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过剩的问题，还解决了针对低阶煤由于无大规模的工业化设备使其应用受限的问题，所述助剂与低阶煤相混合后，其中助剂中的有效成分有助于低阶煤中的高分子聚合物在高温下的降解和低阶煤中高分子的断裂，从而提高工艺过程中油气的产量。

Description

一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料
技术领域
本发明涉及一种使用于捣固焦炉的煤原料，具体涉及一种适用于现有捣固炉进行低阶煤提质的型煤原料，属于低阶煤提质转化技术领域。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，在一次能源结构中约占70％。在漫长的地质演变过程中，煤炭的形成受多种因素的作用，致使煤炭品种繁多。依据结构和组成的不同，煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤3大类，其中烟煤又分为低变质烟煤和中变质烟煤，低变质烟煤又叫次烟煤，与褐煤一起统称为“低阶煤”。低阶煤是煤化作用初期的产物，具有含碳量低、水分高、易粉化、易自燃、挥发份高、浸水强度差、抗跌强度差的特点，这些特性限制了对低阶煤的直接开发利用，但据统计，我国低阶煤储量占全国已探明煤储量的55％以上，达5612亿吨，这无疑造成了一种资源的浪费。并且随着国内能源需求的日益增大和优质煤炭资源量的锐减，低阶煤的转化综合利用成为人们日渐关注的焦点。
低阶煤的提质工艺是低阶煤转化利用的手段之一，其是在隔绝空气或是非氧化气氛条件下将低阶煤加热至200-800℃进行中低温提质，最终得到焦油、煤气和半焦的加工方法。但目前的低阶煤提质技术均处于试验研究和工程化初始应用阶段，不存在使其大规模工业化应用的设备，由此限制了低阶煤的开发利用。
捣固焦炉是煤的焦化工艺中采用的大型化设备，其占地面积广，投资基建费用大，采用捣固焦炉进行炼焦的焦化工艺主要是指高温炼焦来获得焦炭和回收化学产品，其焦炭产品主要是冶金焦或化工焦，由于工业上对冶金焦或化工焦的品质要求，使其采用的煤原料主要包括焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属于中变质烟煤，由于近年来煤炭资源的短缺，特别是用于焦化工业的中高品质煤原料的减少，使得焦化行业的原料成本与日俱增，加之近几年钢铁、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行业的衰退，使得焦炭需求量减少、价格下降，从而迫使焦化厂缩减焦炭产量。
矛盾的是，一旦焦炭产量缩减，其捣固焦炉即会被停用，而捣固焦炉一旦停止运行即会报废，因此为了保护斥巨资投建的捣固焦炉设备，就不得不在最低程度内维持焦炉的运行，从而造成焦炭产量不能按市场需求量减少，带来焦化行业的产能过剩，两相矛盾之下如何在满足焦炭正常产量的情况下，保持捣固焦炉的运行成为关键。
低阶煤是我国储量丰富的煤种且目前并没有针对低阶煤应用的大型化设备，如果能够将中高阶煤焦化工艺采用的捣固焦炉应用于低阶煤的提质工艺中，那么不仅有助于解决焦化行业产能过剩的问题，还能将低阶煤的应用予以推广。但是，低阶煤具有挥发分高、易粉化、灰分高的特点，其与现有捣固焦炉采用的中高阶煤原料指标完全不同，首先其不易成型的特点决定无法将低阶煤推入捣固焦炉进行炼焦，其次低阶煤在提质后得到的固体产品为粉化的低品质产物，粉化的产物又造成捣固焦炉难以往外推焦，仍然限制了捣固焦炉的使用，最为重要的是低阶煤提质的温度需要保持在200-800℃之间，而捣固焦炉需要在800℃以上使用，理论上使得高温干馏后得到的低阶煤产物失去使用价值。
发明内容
为解决现有技术中低阶煤无法实现大规模应用的问题及现有焦化行业产能过剩、捣固焦炉利用度低的问题，从而提供了一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料。
为此，本发明采取的技术方案为，
一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，包括低阶煤和助剂形成的低阶煤型煤层，所述助剂为在850℃隔绝空气干馏失重小于50％的有机粘结剂；还包括中阶煤、高阶煤或中高阶煤中的一种或几种形成的非低阶煤型煤层，所述低阶煤型煤层设置于所述非低阶煤型煤层上，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述型煤原料质量的50-80wt％。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，所述有机粘结剂为软化点大于100℃的沥青质。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，所述助剂为煤沥青或石油沥青，其软化点不小于120℃。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，所述沥青的软化点不小于140℃。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，所述沥青为高温沥青，以质量计，所述高温沥青的固定碳含量在25％以上，碳氢比为8-11。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，以质量计，所述助剂的加入量为所述低阶煤质量的5-40wt％。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，以质量计，所述助剂的加入量为所述低阶煤质量的10-30wt％。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述原料质量的75-80wt％。
上述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中，所述低阶煤的G值小于50，挥发份含量大于40％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点，
(1)本发明中适用于现有捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，不仅解决了现有捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过剩的问题，还解决了针对低阶煤由于无大规模的工业化设备使其应用受限的问题。
本申请中的原料煤中加入在850℃隔绝空气干馏失重小于50％的沥青质作为粘结剂，一方面有利于低阶煤在捣固设备中成型，从而使其能够推入捣固焦炉中进行提质，另一方面低阶煤提质完成后其固体产物不易粉化，易于捣固焦炉的推焦，最重要的是所述助剂与低阶煤相混合后，其中助剂中的有效成分有助于低阶煤中的高分子聚合物在高温下的降解和低阶煤中高分子的断裂，从而提高工艺过程中油气的产量，使油气总量增产10％以上，同时低阶煤型煤层在高温提质过程中产生的液体下渗入非低阶煤型煤层有助于提高低阶煤型煤层产生的焦炭的质量。
(2)本发明中适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，所述助剂为煤沥青或石油沥青，且所述沥青的软化点不小于120℃，提高了低阶煤提质完成后其固体产物—焦炭的品质，焦炭中挥发分不大于3-4％使得到的副产物焦炭可用于发电、造气以及其它化工目的。
具体实施方式
本申请适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料中的煤成分适用于所有的低阶煤、中阶煤、高阶煤或中高阶煤原料，为便于说明，下述实施例中低阶煤以次烟煤或褐煤为例，非低阶煤的煤原料以1/3焦煤或焦煤为例。
其中，干煤的质量＝低阶煤的质量×75％+非低阶煤的质量×90％+助剂的质量，“kg/t干煤”指每吨干煤计得到产品多少千克。
实施例1
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入量为次烟煤质量的40wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料的65wt％，所述次烟煤的G值为45，挥发份含量为65％，所述助剂为软化点105℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重45％；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度850℃，提质时间16小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为450Nm3/t干煤，所述焦油的量为54kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为570kg/t干煤，所述粗苯的量为16kg/t干煤。
实施例2
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的35wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的50wt％，所述次烟煤的G值为40，挥发份含量为70％，所述助剂为软化点115℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重40％；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度900℃，提质时间15.5小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为500Nm3/t干煤，所述焦油的量为54kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为505kg/t干煤，所述粗苯的量为16kg/t干煤。
实施例3
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的30wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的70wt％，所述次烟煤的G值为35，挥发份含量为45％，所述助剂为软化点120℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重42％；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度950℃，提质时间17小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为500Nm3/t干煤，所述焦油的量为54kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为505kg/t干煤，所述粗苯的量为16kg/t干煤。
实施例4
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的25wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的75wt％所述次烟煤的G值为30，挥发份含量为65％，所述助剂为软化点130℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重40％；
(2)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度1000℃，提质时间16.5小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为680Nm3/t干煤，所述焦油的量为93kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为390kg/t干煤，所述粗苯的量为27kg/t干煤。
实施例5
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的20wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的80wt％，所述次烟煤的G值为20，挥发份含量为60％，所述助剂为软化点140℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重35％；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度1100℃，提质时间18小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为680Nm3/t干煤，所述焦油的量为90kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为407kg/t干煤，所述粗苯的量为27kg/t干煤。
实施例6
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的15wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的55wt％，所述次烟煤的G值为15，挥发份含量为55％，所述助剂为软化点150℃的高温沥青，所述高温沥青在850℃隔绝空气干馏失重小于40％，固定碳含量28％，碳氢比为8；
(3)将成型的原料煤推入焦炉内进行提质，控制提质温度950℃，提质时间20小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为570Nm3/t干煤，所述焦油的量为62kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为492kg/t干煤，所述粗苯的量为18kg/t干煤。
实施例7
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的10wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的60wt％，所述次烟煤的G值为20，挥发份含量为50％，所述助剂为软化点170℃的高温沥青，所述高温沥青在850℃隔绝空气干馏失重42％，固定碳含量30％，碳氢比为11；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度1200℃，提质时间24小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为550_Nm3/t干煤，所述焦油的量为54kg/t干煤，所述副产品焦炭的量600kg/t干煤，所述粗苯的量为16kg/t干煤。
实施例8
(1)将次烟煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为次烟煤质量的5wt％，所述次烟煤的加入量为所述型煤原料质量的50wt％，所述次烟煤的G值为15，挥发份含量为45％，所述助剂为软化点190℃的高温沥青，所述高温沥青在850℃隔绝空气干馏失重45％，固定碳含量28％，碳氢比为10；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度950℃，提质时间20小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为380Nm3/t干煤，所述焦油的量为46kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为653kg/t干煤，所述粗苯的量为16kg/t干煤。
实施例9
(1)将褐煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为褐煤质量的10wt％，所述褐煤的加入量为所述型煤原料质量的80wt％，所述褐煤的G值为20，挥发份含量为55％，所述助剂为软化点大于110℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重45％；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度850℃，提质时间16小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为550Nm3/t干煤，所述焦油的量为62kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为458kg/t干煤，所述粗苯的量为18kg/t干煤。
实施例10
(1)将褐煤粉碎并与助剂混合形成低阶煤原料，备用；
(2)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，以质量计，助剂的加入质量为褐煤质量的30wt％，所述褐煤的加入量为所述型煤原料质量的60wt％，所述褐煤的G值为20，挥发份含量为55％，所述助剂为软化点150℃的高温沥青，所述高温沥青在850℃隔绝空气干馏失重30％，固定碳含量30％，碳氢比8；
(3)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度950℃，提质时间24小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为400Nm3/t干煤，所述焦油的量为48kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为635kg/t干煤，所述粗苯的量为17kg/t干煤。
对比例1
(1)采用捣固设备对粉碎的1/3焦煤进行捣固成型，形成非低阶煤型煤层；并在非低阶煤型煤层上继续加入所述褐煤与助剂形成的低阶煤原料继续采用捣固设备对所述低阶煤原料进行捣固成型，形成位于所述非低阶煤型煤层上方的低阶煤型煤层，从而形成最终的型煤原料；其中，所述褐煤的加入量为所述型煤原料质量的60wt％，所述褐煤的G值为20，挥发份含量为55％，所述助剂为软化点大于80℃的沥青质，所述沥青质在850℃隔绝空气干馏失重60％；
(2)将型煤原料推入焦炉内进行提质，控制提质温度950℃，提质时间24小时，收集溢出的粗煤气、焦油、粗苯的混合物，同时得到副产品焦炭；
采用常规工艺分离粗煤气、焦油，并进一步从焦油中分离粗苯，得到的所述粗煤气的量为320Nm3/t干煤，所述焦油的量为44kg/t干煤，所述副产品焦炭的量为870kg/t干煤，所述粗苯的量为18kg/t干煤。
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 (6)

1.一种适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，
包括低阶煤和助剂形成的低阶煤型煤层，所述助剂为在850℃隔绝空气干馏失重小于50％的有机粘结剂；
还包括中阶煤、高阶煤或中高阶煤中的一种或几种形成的非低阶煤型煤层，所述低阶煤型煤层设置于所述非低阶煤型煤层上，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述型煤原料质量的50-80wt％；
所述助剂为煤沥青或石油沥青，其软化点不小于120℃，所述助剂的加入量为所述低阶煤质量的5-40wt％。
2.根据权利要求1所述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，所述煤沥青或石油沥青的软化点不小于140℃。
3.根据权利要求2所述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，所述煤沥青或石油沥青的固定碳含量在25％以上，碳氢比为8-11。
4.根据权利要求3所述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，以质量计，所述助剂的加入量为所述低阶煤质量的10-30wt％。
5.根据权利要求1-4任一所述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述型煤原料质量的75-80wt％。
6.根据权利要求1-4任一所述的适用于捣固焦炉低阶煤提质的型煤原料，其特征在于，所述低阶煤的G值小于50，挥发份含量大于40％。
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