CN113403099A - 一种中低温煤热解半焦钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低温煤热解半焦钝化方法，依次包括以下步骤：步骤一，中低温煤热解半焦二氧化碳气体钝化；步骤二，中低温煤热解半焦表面包覆钝化。本发明既可实现对二氧化碳的利用，又可实现气体钝化和表面处理钝化的双重钝化工艺，提高半焦含水量、封闭半焦孔隙，降低半焦的吸氧能力，减小半焦自燃的风险，保证半焦的安全存储与运输，扩大半焦的使用半径。
Description
技术领域
本发明属于半焦钝化技术领域，具体涉及一种中低温煤热解半焦钝化方法。
背景技术
热解半焦的熄焦、钝化及储运是煤炭分质利用中非常重要的环节，随着我国煤炭分质利用技术日趋成熟，热解半焦的熄焦、钝化及储运技术将成为煤炭分质利用技术开发的重点和难点之一。热解半焦具有大量的活性官能团、发达的孔隙结构和较大的比表面积，目前我国的热解技术主要以块煤热解和湿法熄焦为主，干法熄焦以惰性气体对热半焦进行冷却，回用半焦显热，大量降低水耗，同时保证了半焦的品质，逐渐成为热解技术的首选熄焦方式。但干法熄焦后的半焦含水量低、孔隙结构发达，大量活性官能团更易于与氧气接触、氧化而升温，因此半焦自燃的风险相应增加，影响了半焦的安全存储与运输，缩小了半焦的使用半径。
目前的钝化工艺中一种是通过喷洒含氧化剂水溶液来进行，但喷洒氧化剂成本较高，对设备和场地以及环保要求较高。另一种是通过喷洒Ca(OH)2水溶液，然后与二氧化碳发生固化反应来减低半焦的表面积，Ca(OH)2溶解度很低，该方法用水量大，效率低下。
发明内容
本发明的目的是解决煤中低温热解半焦，特别是粉焦的吸氧自燃问题，降低半焦自燃的风险，方便半焦的安全存储与运输，扩大半焦的使用半径。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种中低温煤热解半焦钝化方法，所述中低温煤热解半焦钝化方法依次包括以下步骤：
步骤一为中低温煤热解半焦二氧化碳气体钝化，将粒径为75微米～100微米、温度为650℃的热解半焦与温度为25℃的二氧化碳气体充分接触，高温半焦与低温CO2接触换热后，半焦温度降低至60℃左右，将中低温煤热解半焦在60℃左右持续通入二氧化碳气体，半焦在60℃左右温度下对二氧化碳进行吸附，当半焦对二氧化碳的吸附量达到18.6cm3/g2，停止通气；
步骤二为中低温煤热解半焦表面包覆钝化，将表面包覆剂倒入半焦容器中，经过充分搅拌，过滤和静置，待半焦表面包覆剂固化。
优选地，所述步骤一中的二氧化碳纯度大于95％，氧含量低于1％。
优选地，所述步骤一中的二氧化碳移除热量后循环使用。
优选地，所述表面包覆剂由水玻璃、表活性剂和水组成。
优选地，所述表面包覆剂组分中表面活性剂为阳离子型表面活性剂。
优选地，所述表面包覆剂组分中水玻璃模数为3.3，波美度为40度。
优选地，所述消泡剂为硅油类消泡剂。
优选地，所述表面包覆剂按质量百分比计由以下组分组成：
水玻璃25％～50％
表面活性剂1％～2％
水47％～73％
硅油类消泡剂1％。
进一步优选地，所述表面包覆剂按质量百分比计由以下组分组成：
水玻璃40％
表面活性剂1％
水58％
硅油类消泡剂1％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明既可实现对二氧化碳的利用，又可实现气体钝化和表面处理钝化的双重钝化工艺，提高半焦含水量、封闭半焦孔隙，降低半焦的吸氧能力，减小半焦自燃的风险，保证半焦的安全存储与运输，扩大半焦的使用半径。
附图说明
图1：未做包覆处理的半焦电镜图
图2：25％水玻璃包覆半焦电镜图
图3：50％水玻璃包覆半焦电镜图
图4：40％水玻璃包覆半焦电镜图
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
煤半焦的熄焦过程是移除半焦热量的过程，在高温下，对多空半焦来说，不仅不会吸附二氧化碳，同时本已经吸附的其他气体还会解吸。因此，需要将半焦的温度降低到合理水平，在较低温度下，是有利于半焦对惰性二氧化碳的吸附的。从整体来看，煤热解之后所产生的半焦微孔増多，半焦的孔径分形维数值增大，半焦中活性炭中小孔增多，半焦吸附CO2过程中，微孔为CO2的吸附过程提供场所，介孔和大孔则是为该过程提供通道。较高的比表面积，更多的孔隙度和较小的毛孔，对实现更快的物理/化学吸附有关键作用。本技术方案是在常压、纯CO2氛围下，对半焦进行惰性气体钝化。半焦的微孔尺寸与CO2分子的动力学直径相近，二氧化碳气体吸附后，向外扩散非常缓慢，基于二氧化碳向外扩散的快慢是钝化过程设计考虑的一个重要因素，微孔吸附的二氧化碳起到了隔绝氧气的作用，当吸附二氧化碳的半焦进入到表面包覆钝化阶段后，加有表面活性剂的水玻璃溶液浸润半焦表面以及渗透到大孔内部，半焦被水玻璃溶液充分润湿，之后水玻璃经过进一步固化，最终将二氧化碳牢固地封闭在半焦微孔内，同时实现了对半焦表面活性官能团的包覆，堵塞了半焦表面大孔，减小了比表面积，降低了半焦的自燃风险。
实施例1：
中低温煤热解半焦粒径为75微米～100微米，温度为650℃，将温度为室温、纯度大于95％、氧含量低于1％的二氧化碳气体与650℃高温半焦充分接触，高温半焦与低温二氧化碳接触换热后，温度降低至60℃左右，中低温煤热解半焦在60℃左右持续通入二氧化碳气体，在60℃左右温度下，半焦对二氧化碳进行吸附，当半焦对二氧化碳的吸附量达到18.6cm3/g2，暂停通气。
将按质量百分比计由以下组分组成的表面包覆剂倒入半焦容器中，经过充分搅拌，过滤和静置：
模数为3.3、波美度为40度的水玻璃25％
十二烷基苯环酸钠1％
水74％
硅油类消泡剂1％。
实验结果：
图1和图2对比，可以看出图1有许多小孔，图2半焦表面呈现絮状，即为无定型的水玻璃固化物，无定型的水玻璃牢固的附着于半焦表面，实现对半焦包覆。
未钝化的半焦对氧气的吸附量：3.5596cm3/g
经过上述方法钝化后半焦对氧气的吸附量：2.7655cm3/g
表明半焦的吸氧特性大为降低，避免了半焦吸氧放热引起的自燃。
实施例2：
中低温煤热解半焦粒径为75微米～100微米，温度为650℃，将温度为室温、纯度大于95％、氧含量低于1％的二氧化碳气体与650℃高温半焦充分接触，高温半焦与低温CO2接触换热后，温度降低至60℃左右，中低温煤热解半焦在60℃左右持续通入二氧化碳气体，在60℃左右温度下，半焦对二氧化碳进行吸附，当半焦对二氧化碳的吸附量达到18.6cm3/g2，暂停通气。
将按质量百分比计由以下组分组成的表面包覆剂倒入半焦容器中，经过充分搅拌，过滤和静置：
模数为3.3，波美度为40度的水玻璃50％
十二烷基硫酸铵1％
水48％
硅油类消泡剂1％。
实验结果：
图3半焦表面同样呈现絮状，即为无定型的水玻璃固化物，无定型的水玻璃牢固的附着于半焦表面，实现对半焦包覆。
未钝化的半焦对氧气的吸附量：3.5596cm3/g
经过上述方法钝化后半焦对氧气的吸附量：2.1381cm3/g
表明半焦的吸氧特性大为降低，避免了半焦吸氧放热引起的自燃。
实施例3：
中低温煤热解半焦粒径为75微米～100微米，温度为650℃，将温度为室温、纯度大于95％、氧含量低于1％的二氧化碳气体与650℃高温半焦充分接触，高温半焦与低温CO2接触换热后，温度降低至60℃左右，中低温煤热解半焦在60℃左右持续通入二氧化碳气体，在60℃左右温度下，半焦对二氧化碳进行吸附，当半焦对二氧化碳的吸附量达到18.6cm3/g2，暂停通气。
将按质量百分比计由以下组分组成的表面包覆剂倒入半焦容器中，经过充分搅拌，过滤和静置：
模数为3.3，波美度为40度的水玻璃40％
十二烷基磷酸三乙醇胺1％
水58％
硅油类消泡剂1％。
实验结果：
图4半焦表面同样呈现絮状，即为无定型的水玻璃固化物，无定型的水玻璃牢固的附着于半焦表面，实现对半焦包覆。
未钝化的半焦对氧气的吸附量：3.5596cm3/g
经过上述方法钝化后半焦对氧气的吸附量：2.4451cm3/g
表明半焦的吸氧特性大为降低，避免了半焦吸氧放热引起的自燃。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的示例。
Claims (9)
1.一种中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述中低温煤热解半焦钝化方法依次包括以下步骤：
步骤一为中低温煤热解半焦二氧化碳气体钝化，将粒径为75微米～100微米、温度为650℃的热解半焦与温度为25℃的二氧化碳气体充分接触，高温半焦与低温CO2接触换热后，半焦温度降低至60℃左右，将中低温煤热解半焦在60℃左右持续通入二氧化碳气体，在60℃左右温度下，半焦对二氧化碳进行吸附，当半焦对二氧化碳的吸附量达到18.6cm3/g2，停止通气；
步骤二为中低温煤热解半焦表面包覆钝化，将表面包覆剂倒入半焦容器中，经过充分搅拌，过滤和静置，待半焦表面包覆剂固化。
2.根据权利要求1所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述步骤一中的二氧化碳纯度大于95％，氧含量低于1％。
3.根据权利要求1所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述步骤一中的二氧化碳移除热量后循环使用。
4.根据权利要求1所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述表面包覆剂由水玻璃、表面活性剂、消泡剂和水组成。
5.根据权利要求4所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述表面包覆剂组分中，表面活性剂为阴离子型表面活性剂。
6.根据权利要求4所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述表面包覆剂组分中，水玻璃模数为3.3，波美度为40度。
7.根据权利要求4所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述消泡剂为硅油类消泡剂。
8.根据权利要求4所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述表面包覆剂按质量百分比计由以下组分组成：
水玻璃25％～50％
表面活性剂1％～2％
水47％～73％
硅油类消泡剂1％。
9.根据权利要求书5～8任意一项所述的中低温煤热解半焦钝化方法，其特征在于，所述表面包覆剂按质量百分比计由以下组分组成：
水玻璃40％
表面活性剂1％
水58％
硅油类消泡剂1％。
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