CN106929050A - 一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺，包括，将低阶煤粉、生物质粉体及垃圾粉体混匀并压制成颗粒物，将所述颗粒物与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型得成型料，对所述成型料进行提质处理，得粗煤气、焦油、粗苯和焦炭；其中所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物。本发明的提质工艺不仅能够降低油气和焦炭产品的原料成本，还可有效实现生物质和垃圾的资源化利用，使得本发明的工艺既有可观的经济效益又有一定的社会效益。本发明的提质工艺既解决了现有技术因不存在大规模的工业化设备而使生物质、垃圾应用受限的问题，又克服了现有的捣固焦炉利用度低、提质行业产能过剩的问题。

Description

一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺
技术领域
本发明涉及气化焦的生产领域，尤其涉及一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺。
背景技术
自十八世纪以来，煤炭已成为人类世界广泛使用的能源之一，就我国的能源消费结构而言，目前煤炭占据70％左右，是国民赖以生存的主要能源。依据结构和组成的不同，煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，其中烟煤又分为低变质烟煤和中变质烟煤，低变质烟煤又称作次烟煤，其与褐煤一起统称为“低阶煤”。据统计，我国低阶煤的储量占全国已探明的煤炭储量的55％以上，高达5612亿吨，但由于低阶煤作为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、抗跌强度差等特点，因而严重限制了低阶煤的直接开发利用，这无疑造成了巨大的资源浪费。另外，随着国内能源需求的日益增大和优质煤炭资源量的锐减，低阶煤的提质转化与综合利用已然成为当前我国能源研究与开发的重点领域。
迄今为止，国内外针对低阶煤的提质加工技术大致可分为热解提质技术、非蒸发脱水提质技术和成型提质技术三大类，其中，对于成型提质技术而言，低阶煤在成型过程中，高压或剪切等物理作用对其凝胶结构和孔隙系统产生了不可逆的破坏，因而能够从本质上提升低阶煤的煤阶，使其煤化程度也随之提高，从而解决了干燥低阶煤的粉尘大、易重新吸水、易于自燃等不足。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。
生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，即以生物质为载体的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。近年来研发的生物质固化成型技术改变了传统的生物质能利用方式，将松散的生物质转化为高密度的成型燃料，直接燃烧或用作气化、液化原料，成为生物质能开发利用的一种有效途径，也是替代常规能源的有效方法，然而遗憾的是，目前尚不具备使生物质燃料大规模工业化应用的设备。
现阶段我国对于生活垃圾的资源化利用方式有目前推行的垃圾堆肥工艺和正在研究的垃圾衍生燃料技术，其中对于垃圾衍生燃料技术而言，虽然该技术已在日、德、美等发达国家得到了产业化应用，但由于我国目前尚不具备规范的垃圾分类收集体系，所以国外对于组分稳定的分类垃圾的燃料制作技术无法适用于我国的高湿混合垃圾，因此，应当针对我国的垃圾回收现状，设计研发适合我国国情的垃圾资源化处理方法。
捣固焦炉是煤的焦化工艺中使用的大型化设备，其占地面积广，投资基建费用大。煤焦化是以煤为原料经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺，其焦炭产品主要是冶金焦或化工焦。由于工业上对这类焦炭的品质要求很高，使得生产冶金焦或化工焦所采用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属于中变质烟煤，但是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，导致焦炭产品的需求量减少、价格下滑，从而迫使焦化厂急剧缩减焦炭产量，由此带来的后果是捣固焦炉停止运行，而一旦焦炉停用便会报废，那么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，这样不仅降低了捣固焦炉的利用度，还会造成焦化行业的产能过剩。因此，如何拯救濒临负增长的焦化产业，提高捣固焦炉的利用度，解决焦化行业产能过剩的问题已成为当前遏制焦化行业发展的瓶颈。
综上所述，在目前的形势下如何能够将捣固焦炉应用于低阶煤、生物质和生活垃圾的资源化利用领域以使上述问题都得以迎刃而解，是困扰本领域技术人员的一个技术难题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术无法实现低阶煤、生物质和垃圾的资源化利用的缺陷及现有的捣固焦炉利用度低的问题，进而提供一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺。
为此，本发明实现上述目的的技术方案为：
一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺，包括如下步骤：
(1)将低阶煤干燥、粉碎，得低阶煤粉；
(2)将生物质干燥、粉碎，得生物质粉体；
(3)将可燃垃圾和/或可堆肥垃圾干燥、粉碎，得垃圾粉体；
(4)将所述低阶煤粉、所述生物质粉体与所述垃圾粉体按质量比(4-6)：(2-3)：(2-3)混合，并压制成颗粒物；
(5)将所述颗粒物与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型，得成型料；
(6)对所述成型料进行提质处理，控制提质温度为850-950℃、提质时间不小于16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到焦炭；
其中，所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物，所述有机粘结剂在850℃隔绝空气条件下的干馏失重小于50％。
在所述颗粒物中，所述低阶煤粉、所述生物质粉体与所述垃圾粉体的质量之比为4:3:3；
所述低阶煤粉的含水率为13-17wt％，所述生物质粉体的含水率小于15wt％，所述垃圾粉体的含水率小于15wt％。
所述颗粒物的加入量为所述成型料质量的10-70wt％，优选为40-70wt％。
所述颗粒物的密度为1.2-1.4g/cm3。
所述有机粘结剂为塔底油、重质油、渣油或沥青质中的一种或多种。
所述沥青质为软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青。
所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比(5-8):(2-5)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比7:3所形成的混合物。
所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比(3-5):(5-7)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比4:6所形成的混合物。
所述低阶煤的G值小于50、挥发分含量大于40％。
所述提质处理是在捣固焦炉中进行的；所述混合料在捣固焦炉中进行捣固成型。
本发明所述的提质工艺中的颗粒物可以是任意形状的，其体积以不超过25cm3为宜。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供的含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺，通过采用中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、在850℃隔绝空气条件下干馏失重小于50％的有机粘结剂或该有机粘结剂与低阶煤的混合物作为助剂，利用上述助剂的粘结性将由低阶煤、生物质和垃圾所形成的颗粒物粘结成型，一方面可使低阶煤、生物质和垃圾原料能够推入捣固焦炉中进行高温干馏，另一方面还使得低阶煤、生物质和垃圾干馏后的固体产物不易粉化，易于捣固焦炉的推焦，更重要的是上述助剂与颗粒物混合后，助剂中的有效成分可促进低阶煤、生物质和垃圾中的高分子聚合物在高温下的降解，从而有助于提高低阶煤、生物质和垃圾原料的油气产量，使油气总量增产10％以上。并且，本发明通过压力的作用将助剂包覆于颗粒物的外部，使得颗粒物在高温干馏过程中产生的液体能够渗入至上述助剂中，这样有助于提高低阶煤、生物质和垃圾所产的焦炭的质量。综上可知，本发明的提质工艺不仅能够降低油气和焦炭产品的原料成本，还可有效实现生物质和垃圾的资源化利用，使得本发明的工艺既有可观的经济效益又有一定的社会效益。由此，本发明的提质工艺不仅解决了现有技术所存在的无法实现低阶煤、生物质和垃圾资源化利用的问题，还有效克服了现有的捣固焦炉利用度低、提质行业产能过剩的问题。
2、本发明提供的含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺，优选助剂中包含软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青，如此可提高低阶煤、生物质和垃圾原料干馏后的固体产物—焦炭的品质，使得焦炭中的挥发分不大于3-4％，从而可用于发电、造气以及其它化工目的。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明所述的提质工艺中的低阶煤成分适用于所有的低阶煤煤种或其混合物、中阶煤适用于所有的中阶煤煤种或其混合物。为便于说明，下述实施例中的低阶煤以次烟煤或褐煤为例，中阶煤的煤原料以1/3焦煤或肥煤为例。为便于比较和说明，以下实施例中，wt％表示质量百分含量，成型料的质量＝((低阶煤的质量+垃圾的质量+生物质质量)×85％+助剂的质量×90％)，“kg/t成型料”指每吨成型料得到的产品的千克数，“Nm3/t成型料”指每吨成型料得到的粗煤气的体积换算成25℃、1个标准大气压下的立方米数。
实施例1
(1)将G值为0、挥发分含量为42％的褐煤干燥至含水率为15wt％之后，粉碎得煤粉；
(2)将秸秆干燥至含水率小于15wt％后,粉碎得秸秆粉体；
(3)将可燃垃圾干燥至含水率为14wt％后，粉碎得垃圾粉体；
(4)将煤粉与秸秆粉体、垃圾粉体按质量比4:3:3的比例混匀，所得的混合物送入液压机中，在20MPa下保压2min制得颗粒物，其密度为1.2g/cm3、体积为25cm3；
(5)将质量比为7:3的颗粒物与1/3焦煤混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的成型料，在该成型料的内部和表面均嵌设有颗粒物，使得每一个颗粒物的外部均包覆有1/3焦煤；
(6)将所述成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为950℃，提质时间为18小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为430Nm3/t成型料、焦油的量为52kg/t成型料、粗苯的量为13kg/t成型料、焦炭的量为590kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于4％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的20％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的40％。
实施例2
(1)将G值为0、挥发分含量为45％的褐煤干燥至含水率为13wt％之后，粉碎得煤粉；
(2)将秸秆干燥至含水率为14wt％后,粉碎得秸秆粉体；
(3)将可燃垃圾干燥至含水率小于15wt％后，粉碎得垃圾粉体；
(4)将煤粉与秸秆粉体、垃圾粉体按质量比5:3:2的比例混匀，所得的混合物送入液压机中，在18MPa下保压2min制得颗粒物，其密度为1.3g/cm3、体积为25cm3；
(5)将质量比为4:6的颗粒物与助剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的成型料，在该成型料的内部和表面均嵌设有颗粒物，使得每一个颗粒物的外部均包覆有所述助剂；
其中，所述助剂为肥煤与次烟煤按质量比7:3混合所形成的混合物，所述次烟煤的G值为45、挥发分含量大于40％；
(6)将所述成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为900℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为420Nm3/t成型料、焦油的量为55kg/t成型料、粗苯的量为14kg/t成型料、焦炭的量为625kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于4％焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的60％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的85％。
实施例3
(1)将G值为45、挥发分含量为45％的次烟煤干燥至含水率为17wt％之后，粉碎得煤粉；
(2)将秸秆干燥至含水率为14wt％后,粉碎得秸秆粉体；
(3)将可堆肥垃圾干燥至含水率为14wt％后，粉碎得垃圾粉体；
(4)将煤粉与秸秆粉体、垃圾粉体按质量比5:2:3的比例混匀，所得的混合物送入液压机中，在20MPa下保压1min制得颗粒物，其密度为1.4g/cm3、体积为25cm3；
(5)将质量比为11:9的颗粒物与有机粘结剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的成型料，在该成型料的内部和表面均嵌设有颗粒物，使得每一个颗粒物的外部均包覆有所述有机粘结剂；
其中，所述有机粘结剂为在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％的渣油；
(6)将所述成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为925℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为480Nm3/t成型料、焦油的量为50kg/t成型料、粗苯的量为12kg/t成型料、焦炭的量为590kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于4％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的70％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的85％。
实施例4
(1)将G值为45、挥发分含量为45％的次烟煤干燥至含水率为14wt％之后，粉碎得煤粉；
(2)将秸秆干燥至含水率为13wt％后,粉碎得秸秆粉体；
(3)将可堆肥垃圾干燥至含水率为14wt％后，粉碎得垃圾粉体；
(4)将煤粉与秸秆粉体、垃圾粉体按质量比6:2:2的比例混匀，所得的混合物送入液压机中，在19MPa下保压1.5min制得颗粒物，其密度为1.2g/cm3、体积为25cm3；
(5)将质量比为1:9的颗粒物与助剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的成型料，在该成型料的内部和表面均嵌设有颗粒物，使得每一个颗粒物的外部均包覆有所述助剂；
其中，所述助剂为有机粘结剂与次烟煤按质量比4:6混合所形成的混合物，所述次烟煤的G值为40、挥发分含量为45％，所述有机粘结剂为在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为45％的煤沥青，其软化点为120℃；
(6)将所述成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为850℃，提质时间为20小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为470Nm3/t成型料、焦油的量为60kg/t成型料、粗苯的量为14kg/t成型料、焦炭的量为580kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于4％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的40％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的60％。
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)

1.一种含有低阶煤、生物质和垃圾的成型料的提质工艺，包括如下步骤：
(1)将低阶煤干燥、粉碎，得低阶煤粉；
(2)将生物质干燥、粉碎，得生物质粉体；
(3)将可燃垃圾和/或可堆肥垃圾干燥、粉碎，得垃圾粉体；
(4)将所述低阶煤粉、所述生物质粉体与所述垃圾粉体按质量比(4-6)：(2-3)：(2-3)混合，并压制成颗粒物；
(5)将所述颗粒物与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型，得成型料；
(6)对所述成型料进行提质处理，控制提质温度为850-950℃、提质时间不小于16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到焦炭；
其中，所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物，所述有机粘结剂在850℃隔绝空气条件下的干馏失重小于50％。
2.根据权利要求1所述的提质工艺，其特征在于，在所述颗粒物中，所述低阶煤粉、所述生物质粉体与所述垃圾粉体的质量之比为4:3:3；
所述低阶煤粉的含水率为13-17wt％，所述生物质粉体的含水率小于15wt％，所述垃圾粉体的含水率小于15wt％。
3.根据权利要求1或2所述的提质工艺，其特征在于，所述颗粒物的加入量为所述成型料质量的10-70wt％，优选为40-70wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述颗粒物的密度为1.2-1.4g/cm3。
5.根据权利要求1-4任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述有机粘结剂为塔底油、重质油、渣油或沥青质中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的提质工艺，其特征在于，所述沥青质为软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青。
7.根据权利要求1-6任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比(5-8):(2-5)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比7:3所形成的混合物。
8.根据权利要求1-6任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比(3-5):(5-7)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比4:6所形成的混合物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述低阶煤的G值小于50、挥发分含量大于40％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的提质工艺，其特征在于，所述提质处理是在捣固焦炉中进行的；所述混合料在捣固焦炉中进行捣固成型。
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