CN105062524A - 利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法 - Google Patents

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秦跃林
杨艳华
朱光俊
张倩影
柳浩�
高绪东
邓能运
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Abstract

本发明公开了一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，分别将褐煤粉碎为褐煤粉，将液态冶金熔渣粒化为固态的冶金渣颗粒；再将褐煤粉和冶金渣颗粒混合，对褐煤粉进行干馏。采用以上方案，不仅解决了冶金渣余热回收效率差、品质低的问题；还解决了褐煤干馏提质过程中固体热载体需要反复加热的问题。此外，本发明还能较大程度的提高轻质油品和煤气的收率，同时本方案还具有工艺非常简单，生产实施和使用操作都非常简便的优点。

Description

利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法
技术领域
本发明涉及一种褐煤提质方法，具体涉及一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法。
背景技术
冶金渣是冶金行业在金属、合金冶炼过程中得到的一种副产品，其产量巨大。每生产1吨高炉生铁排放350kg左右的冶金渣，每生产1吨镍铁大约要产出30吨左右的冶金渣，此外，转炉炼钢以及其它铁合金冶炼中亦排出大量熔渣。这些冶金熔渣的温度为1400～1700℃，每吨熔渣蕴含的显热约为1.5GJ(1GJ＝109焦耳)，属于高品质的余热资源。冶金熔渣所蕴含的热量不仅丰富，且品质高；因此，合理回收高温冶金熔渣余热对于冶金行业降低冶炼成本及节能减排意义重大。
为了回收冶金渣余热，研究人员提出了各种干法粒化余热回收工艺，其中熔渣粒化工艺和方法发展相对成熟，得到的炉渣颗粒粒度均匀、球形度好、非晶化程度高，便于后续余热回收和炉渣资源的二次利用。然而，现有的余热回收工艺多数采用空气等物理介质对渣粒余热进行回收，能源转换次数较多，回收的余热品质较低，回收效率较差。
褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运，燃烧时对空气污染严重。但是由于优质煤几乎被采空，褐煤如今已成为我国主要使用的煤。与其它煤种相比，褐煤水分含量高(达20～60％)，氧含量高(约占有机质的20％)，所以其发热量低。
固体热载体法干馏提质是将褐煤与热态固体快速混合加热使褐煤干馏得到轻质油品、煤气和半焦的过程。与其它低温干馏方法相比，固体热载体法热解提质多产油品，生产的焦油质量好，焦油中含有脂肪烃、芳烃和酚类物质，可加工得化学品和燃料油。同时，该方法可以得到中热值煤气，既可用作城市煤气、工业燃料，亦可用作化工原料，如转化制氢、合成气。
热载体是固体热载体热解提质工艺中热量传递的媒介，对整个热解工艺起着至关重要的作用。其不停地从高温热源存储热量，再把热量传递给煤，利用热载体的显热将煤热解。热载体除了具备传递和存储热量的能力外，还应有足够的机械强度以及抗烧结的能力。然而，固体热载体需要额外的燃料供热，增加了系统能耗和物耗。此外，考虑到干馏产品的深加工，需要开发具有催化功能的热载体定向催化热解，调节产物组成。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法。
技术方案如下：
一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其关键在于由以下步骤组成：
步骤一、将褐煤粉碎，得到褐煤粉；
步骤二、将液态冶金熔渣粒化为固态的冶金渣颗粒；
步骤三、将所述褐煤粉和冶金渣颗粒混合均匀，对褐煤粉进行干馏；
步骤四、收集干馏产物。
上述步骤一中，粉碎得到的褐煤粉的粒度小于等于3mm。
上述步骤二中，将液态冶金熔渣通过多孔转杯旋转粒化装置粒化为冶金渣颗粒，所述冶金渣颗粒的粒度为2～7mm，温度为800～1100℃。
上述步骤三中，所述褐煤粉和冶金渣颗粒按照5～7：1的质量比混合均匀。
上述步骤三中，将所述褐煤粉和冶金渣颗粒送入混合器混合均匀，成为混合物料；再将混合物料送入热解反应器反应。
上述混合物料在热解反应器内的停留时间为10～20min。
上述步骤四中，干馏得到的气体、液体和固体分别收集利用。
具体实施方式
下面对实施例本发明作进一步的详细说明。
一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，由以下步骤组成：
步骤一、将褐煤粉碎，得到褐煤粉，所述褐煤粉的粒度小于等于3mm；
步骤二、将液态冶金熔渣通过多孔转杯旋转粒化装置粒化为冶金渣颗粒，所述冶金渣颗粒的粒度为2～7mm，温度为800～1100℃；
步骤三、将所述褐煤粉和冶金渣颗粒按照5～7：1的质量比送入混合器混合均匀，成为混合物料；再将混合物料送入热解反应器反应，对褐煤粉进行干馏，所述混合物料在热解反应器内的停留时间为10～20min；
步骤四、分别收集利用干馏得到的气体、液体和固体。
下面结合试验例对本发明作进一步说明。
试验方法：采用单一变量法，分别选用冶金渣颗粒(试验组)和传统热载体(对比组)与褐煤混合干馏提质，干馏热解时间分别为10min(第一组)、15min(第二组)和20min(第三组)；反应完成后，分别称量各组得到的气体和液体的体积，计算收率，试验结果见表1。
表1、褐煤干馏收率
从表1可以看出，相比与传统的热载体(例如陶瓷球)，采用冶金渣颗粒与褐煤混合干馏提质，在相同的反应时间内，可燃性的气体和液体收率均有较为明显的提高，气体收率提高的更为明显。可燃性气体收率提高约10％～15％；可燃性液体收率提高约5％以上。
有益效果：本发明利用冶金行业中会大量产生的高温冶金渣作为热载体干馏褐煤提质，冶金渣作为热量传递的媒介，将自身显热转化为化学热，余热回收效率为60％以上，解决了冶金渣余热回收效率差、品质低的问题；
其次，在褐煤的干馏提质过程中，无需额外供应热量使循环使用的热载体升温，避免二次能源消耗及因此带来的环境污染，解决了褐煤干馏提质过程中固体热载体需要反复加热的问题。
再次，冶金渣中含有丰富的具有催化作用的金属氧化物，解决了传统热载体不具备催化功能无法调节干馏产物分布的问题；轻质油品和煤气的收率均有较大提高；且在完成热传递、催化功能后，冶金渣还可以与干馏产物很好的分离，不会影响冶金渣的进一步使用。
最后，本发明的工艺非常简单，仅仅将传统的热载体用冶金渣替换，无需更新或升级现有设备，生产实施和使用操作都非常简便。
至于本发明中提到的将液态冶金熔渣粒化冶金渣颗粒，将褐煤粉和冶金渣颗粒干馏和干馏产物的收集；均属于现有技术，在此不做赘述。
冶金渣中的碱金属CaO与煤中的羟基和羧基结合，使煤中大分子间的交联使煤结构更紧凑，阻止焦油大分子的溢出，强化焦油大分子生成半焦的反应；过渡族金属化合物Fe可以对加氢和缩聚反应起到催化作用，提高氢化物的析出；因而起到催化作用，达到控制产物分布的目的。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于由以下步骤组成：
步骤一、将褐煤粉碎，得到褐煤粉；
步骤二、将液态冶金熔渣粒化为固态的冶金渣颗粒；
步骤三、将所述褐煤粉和冶金渣颗粒混合均匀，对褐煤粉进行干馏；
步骤四、收集干馏产物。
2.根据权利要求1所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：所述步骤一中，粉碎得到的褐煤粉的粒度小于等于3mm。
3.根据权利要求1或2所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：所述步骤二中，将液态冶金熔渣通过多孔转杯旋转粒化装置粒化为冶金渣颗粒，所述冶金渣颗粒的粒度为2～7mm，温度为800～1100℃。
4.根据权利要求1所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：所述步骤三中，所述褐煤粉和冶金渣颗粒按照5～7：1的质量比混合均匀。
5.根据权利要求4所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：所述步骤三中，将所述褐煤粉和冶金渣颗粒送入混合器混合均匀，成为混合物料；再将混合物料送入热解反应器反应。
6.根据权利要求5所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：所述混合物料在热解反应器内的停留时间为10～20min。
7.根据权利要求1、2或4所述的利用冶金渣颗粒余热催化干馏褐煤提质方法，其特征在于：步骤四中，干馏得到的气体、液体和固体分别收集利用。
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