CN112442383B - 一种煤的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤加氢气化技术领域，具体公开了一种煤的预处理方法。所述预处理方法通过在煤粉制备过程中添加灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质，降低了混合物料的灰分含量，并利用该物质在加氢气化过程中的分解产物，将混合物料加氢气化后所得半焦的灰分控制在炼铁高炉喷吹所需要的范围内。本发明所述预处理方法不仅扩大了加氢气化技术中煤种的适用范围，使得具有较高灰分的煤种也可适用于加氢气化技术，还同时控制了加氢气化产物中半焦的灰分，使其可用作炼铁高炉喷吹材料，提高了半焦的附加值，也进一步提高了加氢气化技术的整体经济性能。

Description

一种煤的预处理方法
技术领域
本发明涉及煤加氢气化技术领域，尤其涉及一种煤的预处理方法。
背景技术
煤加氢气化技术是煤粉与氢气反应生成富甲烷气、芳烃油品和清洁半焦的过程。为了提高气化的整体转化性能，一般将煤的灰分控制在10％以内，这样就限制了很多高灰分煤种在加氢气化技术上的应用，也降低了加氢气化技术的适用范围。
此外，炼铁高炉喷吹材料(煤)的灰分含量要求≤12.5％。在将气化后的半焦用于炼铁高炉喷吹材料以提高半焦的附加值加以利用时，因半焦的灰分含量偏高而限制了半焦的有效利用途径，而要符合高炉喷吹材料的要求，在选煤时，煤的灰分就会要求更低，才能达到喷吹材料要求，这就使得加氢气化用煤的范围进一步缩小，不利于技术的工业推广。
因此，如何提高加氢气化技术的煤种适用性，使得较高灰分煤种也适用于加氢气化技术，并且同时能控制半焦的灰分使其适于用作炼铁高炉喷吹材料，提高半焦的附加值，是目前亟待解决的主要技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种煤的预处理方法。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种煤的预处理方法，在煤粉的制备过程中向煤原料中添加灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质，使所得混合物料的总灰分含量小于所述煤原料的灰分含量。
作为优选，通过添加所述物质，使所述混合物料的总灰分含量≤7％。
作为优选，向未经研磨的原料煤或未经精细研磨的煤粉中添加所述物质。
其中，所述物质包括但不限于淀粉和玉米粉。
本发明所采用的煤原料的灰分含量可为3％～25％。
第二方面，本发明提供了前述煤的预处理方法在以下任一方面的应用：
(1)扩大煤原料的可用范围；
(2)降低煤加氢气化产物中半焦的灰分含量；
(3)提高煤加氢气化产物中甲烷的产量。
具体地，本发明提供一种降低煤加氢气化产物中半焦灰分含量的方法，利用本发明所述的预处理方法对煤原料进行预处理，并将所得混合物料进行研磨后作为煤加氢气化的原料，进行加氢气化反应。
优选地，根据所述原料的灰分含量，控制加氢气化的反应温度：
当加氢气化原料的灰分含量为3％～7％时，控制加氢气化的反应温度为750～820℃；
或，当加氢气化原料的灰分含量为0.5％～3％时，控制加氢气化的反应温度为850～950℃。
进一步地，所述加氢气化反应的碳转化率一般为40～60％。
更进一步地，本发明提供一种炼铁高炉喷吹材料的制备方法，利用本发明所述的预处理方法对煤原料进行预处理，并将所得混合物料进行研磨后作为煤加氢气化的原料，进行加氢气化反应，反应产物中所得半焦即为所述炼铁高炉喷吹材料。
作为优选，在所述炼铁高炉喷吹材料的制备方法中采用上述降低煤加氢气化产物中半焦灰分含量的方法，根据所述原料的灰分含量，控制加氢气化的反应温度。
本发明提及到的百分含量如无特殊说明，均指质量百分含量；涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种煤的预处理方法，在煤粉制备过程中添加灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质，降低混合物料的灰分含量，并利用该物质在加氢气化过程中的分解产物，将混合物料加氢气化后所得半焦的灰分控制在炼铁高炉喷吹所需要的范围内。
本发明所述预处理方法不仅扩大了加氢气化技术中煤种的适用范围，使得具有较高灰分的煤种也可适用于加氢气化技术，还同时控制了加氢气化产物中半焦的灰分，使其可用作炼铁高炉喷吹材料，提高了半焦的附加值，也进一步提高了加氢气化技术的整体经济性能。
本发明所提供的方法，促进了加氢气化技术的进步，扩大了能源利用范围，并减少了资源浪费，具有良好的经济效益与社会效益。
具体实施方式
本发明首先提供一种煤的预处理方法，在煤粉的制备过程中向煤原料中添加灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质，使所得混合物料的总灰分含量小于所述煤原料的灰分含量。
进一步地，为了使得煤加氢气化后的半焦灰分符合炼铁高炉喷吹材料需求，根据加氢气化的碳转化率40～60％的需求，优选添加所述物质后使所述混合物料的总灰分含量≤7％。如此则既能符合煤加氢气化反应对原料灰分含量的要求，确保加氢气化的碳转换率和产品收率，又能使加氢气化后所得的半焦产品满足作为炼铁高炉喷吹材料的灰分要求。
其中，所述物质包括但不限于淀粉和玉米粉。
淀粉种类优选马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉等灰分含量很少的淀粉，以便于在将淀粉添加到煤中时更能有效降低煤的灰分。
本发明所述灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质的粒径为2～100微米，符合煤加氢气化对煤粉要求的粒度范围，不会增加研磨功耗。同时，所述物质(如淀粉或玉米粉等)具有吸附特性，同时比表面积为100～500m2/kg，可以较好地吸收煤粉中的水分，降低煤粉的水分含量，利于煤粉的干燥和气力输送。
作为优选，向未经研磨的原料煤或未经精细研磨的煤粉中添加淀粉。在本发明的具体实施方式中，将淀粉添加装置设置在原料煤送往初始研磨设备前的输送皮带的一侧，在煤粉被皮带输送的同时，将淀粉直接按煤和淀粉的比例添加在输送煤的皮带上，采用动态添加淀粉方式，方便控制淀粉的添加比例以及更能促进进入研磨设备的煤与淀粉的充分混合，避免选择加在煤的后续精细研磨设备中时可能需要对设备开孔及额外增加物料管道的问题，添加途径简单易操作。
淀粉的添加比例，按照(煤粉质量X煤粉灰分+淀粉质量X淀粉灰分)/(煤粉质量+淀粉质量)≤7％来计算确定。
本发明所采用的煤原料的灰分含量可为3％～25％。现有技术中，为了提高加氢气化的整体转化性能，一般将煤的灰分控制在10％以内，就限制了很多高灰分煤种在加氢气化技术上的应用，也降低了加氢气化技术的适用范围。而本发明所述的煤的预处理方法，为高灰分煤种在加氢气化技术上的应用提供了可行方案，扩大了加氢气化原料的可用范围。
本发明还提供一种降低煤加氢气化产物中半焦灰分含量的方法，利用前述预处理方法对煤原料进行预处理，并将所得混合物料进行研磨后作为煤加氢气化的原料，进行加氢气化反应。
所述灰分含量≤2％且主要成分为碳水化合物的物质在隔绝氧气时的分解产物主要是碳、碳氢化合物、碳氧化合物、水和油等。
以淀粉为例，淀粉在隔绝氧气时的分解通式为：
(C6H10O5)n→H2O+C6H8O+CO+CH4+H2+C；其中，C6H8O代表液态油品。
淀粉与煤混合后一起升温参与加氢气化，淀粉在氢气气氛中会分解生成水、液态油品、一氧化碳、甲烷、氢气和炭黑，提高了加氢气化产物油品和甲烷的产率。尤其在加氢气化的中高温400～900℃的反应区间内，淀粉主要发生碳化反应生成炭黑。炭黑生成过程中，活性较强，易与氢气发生反应生成甲烷，可以有效提高加氢气化产物中甲烷的产量。同时，未能参与加氢反应的灰分含量很低的炭黑和加氢气化的半焦混合在一起，降低了半焦中的灰分含量。
根据加氢气化反应的碳转化率一般为40～60％，因此发生加氢反应的炭黑与未参加加氢反应的炭黑比例为4:6～6:4。
同时在用于加氢气化反应时，需要按照参与加氢气化的煤粉灰分越高，加氢气化反应温度越低的原则控制加氢气化反应温度，例如，进入气化反应的煤的灰分较高在3～7％，加氢气化反应温度一般控制750～820℃，以降低气化的碳转化率，使更多的碳留存在半焦中，提高半焦的产率，并确保半焦的灰分能符合高炉喷吹材料的需求。如果进入气化反应的煤的灰分较低在0.5％～3％，加氢气化反应温度可以控制高些，达850～950℃，则能在确保半焦灰分满足炼铁高炉喷吹材料的灰分要求的同时进一步提高加氢气化的碳转化率，更能提高气化产品的收率。
本发明又提供一种炼铁高炉喷吹材料的制备方法，利用前述预处理方法对煤原料进行预处理，并将所得混合物料进行研磨后作为煤加氢气化的原料，进行加氢气化反应，反应产物中所得半焦即为所述炼铁高炉喷吹材料。
作为优选，在所述炼铁高炉喷吹材料的制备方法中采用上述降低煤加氢气化产物中半焦灰分含量的方法，根据所述原料的灰分含量，控制加氢气化的反应温度。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1、原料
灰分含量为8％的原料煤粉，灰分含量为0.5％的马铃薯淀粉。
2、预处理方法
以(煤粉质量×煤粉灰分+淀粉质量×淀粉灰分)/(煤粉质量+淀粉质量)＝7％计算，确定淀粉的添加比例应当为向每1000kg的原料煤粉中添加154kg的淀粉。
淀粉采用动态添加方式，按照上述添加比例在煤粉被皮带输送的同时进行。
将添加淀粉后的混合物料进行精细研磨，得到煤加氢气化反应的原料。
实施例2
1、原料
灰分含量为6％的原料煤粉，灰分含量为0.1％的玉米淀粉。
2、预处理方法
以(煤粉质量×煤粉灰分+淀粉质量×淀粉灰分)/(煤粉质量+淀粉质量)＝5％计算，确定淀粉的添加比例应当为向每1000kg的原料煤粉中添加204kg的淀粉。
淀粉采用动态添加方式，按照上述添加比例在煤粉被皮带输送的同时进行。
将添加淀粉后的混合物料进行精细研磨，得到煤加氢气化反应的原料。
实施例3
1、原料
灰分含量为4％的原料煤粉，灰分含量为0.2％的木薯淀粉。
2、预处理方法
以(煤粉质量×煤粉灰分+淀粉质量×淀粉灰分)/(煤粉质量+淀粉质量)＝2.9％计算，确定淀粉的添加比例应当为向每1000kg的原料煤粉中添加407kg的淀粉。
淀粉采用动态添加方式，按照上述添加比例在煤粉被皮带输送的同时进行。
将添加淀粉后的混合物料进行精细研磨，得到煤加氢气化反应的原料。
实施例4
利用实施例1所获得的原料进行煤加氢气化反应，并控制反应温度为780℃，反应13s，对投煤量1000kg时的所得产物进行检测，检测结果如下：
表1
指标 碳转化率，％ 甲烷产量，Nm<sup>3</sup> 油产量，kg 半焦产量，kg 半焦灰分，％
数值 40.2 407.13 109.76 673.17 12.0
实施例5
利用实施例2所获得的原料进行煤加氢气化反应，并控制反应温度为820℃，反应12s，对投煤量1000kg时的所得产物进行检测，检测结果如下：
表2
指标 碳转化率，％ 甲烷产量，Nm<sup>3</sup> 油产量，kg 半焦产量，kg 半焦灰分，％
数值 46.9 566.36 93.1 633.68 9.5
实施例6
利用实施例3所获得的原料进行煤加氢气化反应，并控制反应温度为880℃，反应10s，对投煤量1000kg时的所得产物进行检测，检测结果如下：
表3
指标 碳转化率，％ 甲烷产量，Nm<sup>3</sup> 油产量，kg 半焦产量，kg 半焦灰分，％
数值 57.3 854.89 68.6 497.60 8.2
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种炼铁高炉喷吹材料的制备方法，其特征在于，所述炼铁高炉喷吹材料为加氢气化半焦，所述加氢气化半焦由如下步骤获得：
（1）向煤原料中添加粒径为2~100微米、比表面积为100~500m2/kg、灰分含量≤2%的淀粉，使所得混合物料的总灰分含量≤7%；所述煤原料的灰分含量为3%~25%；
（2）将所得混合物料进行研磨后作为煤加氢气化的原料，进行加氢气化反应，使碳转化率达到40~60%，反应产物中即得所述加氢气化半焦；
根据所述原料的灰分含量，控制加氢气化的反应温度：
当加氢气化原料的灰分含量为3%~7%时，控制加氢气化的反应温度为750~820℃；
或，当加氢气化原料的灰分含量为0.5%~3%时，控制加氢气化的反应温度为850~950℃；
所述淀粉与煤混合后一起升温参与加氢气化，所述淀粉在氢气气氛中会分解生成水、液态油品、一氧化碳、甲烷、氢气和炭黑，提高了加氢气化产物油品和甲烷的产率；
所述炭黑生成过程中，活性较强，易与氢气发生反应生成甲烷，可以有效提高加氢气化产物中甲烷的产量；同时，未能参与加氢反应的灰分含量很低的炭黑和加氢气化的半焦混合在一起，降低了半焦中的灰分含量；
发生加氢反应的炭黑与未参加加氢反应的炭黑比例为4:6～6:4。
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