CN115785984B - 煤质活性焦制备方法及活性焦 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种煤质活性焦制备方法，包括以下步骤：配煤：配置时按照原料、粘结剂、水三部分来准备；原料种类包括兰炭、焦煤、无烟煤，粘结剂按照与原料质量占比为3‑5％配置，水按照与原料质量占比为10‑15％配置；且配煤后原料的灰分H均不大于炭化料的灰分含量H炭；混捏、成型、炭化：所述炭化料的灰分含量H炭不大于活化料灰分H活的90％；活化：将炭化料送入活化炉内进行活化，得到活化料，所述活化料的灰分H活满足用户需求；本发明根据用户的关键指标要求，尤其是灰分要求，对于不同的灰分指标，设计原料配比工艺、炭化工艺，从过程中控制灰分指标，为活化工艺预留指标增长空间，从而保证活化后的产品满足用于需求。
Description
技术领域
本发明涉及活性焦制备技术领域，尤其涉及煤质活性焦制备方法及活性焦。
背景技术
活性焦由于其良好的吸附性通常被用于炼钢行业的尾气回收、吸收处理领域。用户对活性焦具有较高的要求，尤其对强度、挥发份、灰分、吸附率具有较高的要求。强度的影响因素主要取决于前期粘结剂的加入，挥发份在炭化及高温活化的过程中，基本能够被烧结挥发，即使无法挥发的物质也会转变为灰分残留于结构中，所以挥发份的控制目前并不是生产型企业的难度，而灰分由于其是不具有燃烧价值、且无法通过高温烧结去除的非碳成分，炭化和活化只会造成更多的灰分产生，所以灰分的控制一直以来都是本领域生产型企业的瓶颈问题。
现有活性焦的制备多数采用的粘结剂为煤沥青、煤焦油等煤质物料，虽然其粘结效果好，炭化后能够形成较高的强度，满足用户的需求，但是伴随产品的挥发性物质会造成大气污染，所以增加了环保处理的压力。
另外也有采用有机粘结剂来替代或与煤质粘结剂混合使用的制备方法，但是有机粘结剂的加入，其粘结效果却各有不同，由于有机粘结剂的加入仍然存在混捏不均匀、混捏料炭化后强度达不到工艺要求，进而导致活化后强度不足、成孔率不高，吸附能力不高。(如CN201810286356.4专利中公开了采用兰炭、焦煤、无烟煤配比后生产活性焦的方案，而本专利中并未记载原料配比的方法及原料各成分的含量，原料中也未明确灰分含量，所以生产的活性焦的灰分指标也未明确，故，该专利未记载原料成分、配比关系与成品关键成分(灰分)的逻辑关系，故也无法生产得到灰分含量低于15％的活性焦)。
所以，如何提出一种各项指标能够满足用户需求、且关键工艺根据用户要求灵活制定的、通用性强的活性焦制备工艺，是本发明所要解决的重要问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种煤质活性焦制备方法。
一种煤质活性焦制备方法，其特征在于包括以下步骤：
配煤：配置时按照原料、粘结剂、水三部分来准备；原料种类包括兰炭、焦煤、无烟煤，粘结剂按照与原料质量占比为3-5％配置，水按照与原料质量占比为10-15％配置；且配煤后原料的灰分H均不大于炭化料的灰分含量H炭；
混捏：将原料、粘结剂、水混合均匀，得到混捏料；
成型：将混捏料压制成型，形成湿炭条；
炭化：将湿炭条送入炭化炉进行炭化，得到炭化料，且所述炭化料的灰分含量H炭不大于活化料灰分H活的90％；
活化：将炭化料送入活化炉内进行活化，得到活化料，所述活化料的灰分H活满足用户需求；其中，
原料配置的方法为：
H均＝C1％*H1+C2％*H2+C3％*H3------------公式一
H均为配置形成的原料中灰分的含量；
C1％为兰炭在原料中的质量占比；C2％为焦煤在原料中的质量占比；C3％为无烟煤在原料中的质量占比；
H1为兰炭中灰分的含量；H2为焦煤中灰分的含量；H3为无烟煤中灰分的含量。
一种活性焦，强度不低于97％，耐压不低于42，水容不小于30％，堆重不低于560G/l，灰分不大于15％，挥发份不大于3％。
有益效果：本发明根据用户的关键指标要求，尤其是灰分要求，对于不同的灰分指标，设计原料配比工艺、炭化工艺，从过程中控制灰分指标，为活化工艺预留指标增长空间，从而保证活化后的产品满足用于需求。
附图说明
图1、本发明炭化工艺曲线图。
具体实施方式
本发明提出的煤质活性焦制备方法，包括以下步骤：
配煤：配置时按照原料、粘结剂、水三部分来准备；原料种类包括兰炭、焦煤、无烟煤，粘结剂按照与原料质量占比为3-5％配置，水按照与原料质量占比为10-15％配置；且配煤后原料的灰分H均不大于炭化料的灰分含量H炭；
混捏：将原料、粘结剂、水混合均匀，得到混捏料；
成型：将混捏料压制成型，形成湿炭条；
炭化：将湿炭条送入炭化炉进行炭化，得到炭化料，且所述炭化料的灰分含量H炭不大于活化料灰分H活的90％；
活化：将炭化料送入活化炉内进行活化，得到活化料，所述活化料的灰分H活满足用户需求；
其中，
原料配置的方法为：
H均＝C1％*H1+C2％*H2+C3％*H3------------公式一
H均为配置形成的原料中灰分的含量；
C1％为兰炭在原料中的质量占比；C2％为焦煤在原料中的质量占比；C3％为无烟煤在原料中的质量占比；
H1为兰炭中灰分的含量；H2为焦煤中灰分的含量；H3为无烟煤中灰分的含量。
本方案中，为了满足用户需求，提出一种围绕用户需求定制型的制备工艺，尤其是原料配比工艺、混捏工艺和炭化工艺。该方案中，活化后的产品指标能够符合用户需求或工艺需求，是由于配煤工艺、混捏工艺和炭化工艺的设置。本领域人员熟知，不管哪种原料煤，灰分是原料中不具有燃烧价值的非碳成分，无论是炭化还是活化，该成分无法排出，更无法降低，反之由于高温会增加，而该成分越高，表明产品可燃价值越低，所以用户对灰分具有严格的要求。经过活化，高温烧结只会将原料中其他杂质燃烧、分解排出，剩余无法排出的成分则会转化为灰分，所以原料煤中除了固有的灰分，还有经过活化转化而成的灰分，导致该指标只能增高，不会降低，所以为了满足用户的要求，最关键的是从配煤、炭化的过程中来控制该指标。配煤时，根据用户产品指标，尤其是灰分指标，该用户指标也是活化后的灰分指标。本方案针对不同的原料中灰分的含量，调整配比关系，同时对炭化工艺进行设计，控制炭化后灰分指标数值，由于活化采用斯列普炉的工艺，灰分不可以避免的增加量约为炭化灰分的10％，所以，预先根据用户产品的灰分指标H活作为活化后成品的灰分指标，再将该指标的90％作为炭化后灰分指标H炭，再依据该炭化灰分来计算对于不同灰分的原料产品所对应的原料配方。
对于采购的原料而言，由于原料具有不稳定行，所以对于不同灰分含量的原料，配煤过程依据上述方法来配置，从而控制原料引入的灰分含量，为后续炭化、活化预留灰分增长的空间，进而保证活化后产品的灰分符合用户需求。
进一步，配煤步骤中，选用灰分含量为12％的兰炭，其质量占比为50-60％；选用灰分含量为16％的焦煤，其质量占比为20-30％；选用灰分含量为12％的无烟煤，其质量占比为15-20％，所述配煤步骤中，依据上述公式一计算得到H均不大于13％。
本方案中，使用了兰炭、焦煤，兰炭的使用量大于50％，焦煤的使用量约25％，而兰炭的价格约为无烟煤的价格的30％，而焦煤的价格约无烟煤的价格的50％，在保持灰分指标优良的前提下，兰炭和焦煤的配比，尤其是兰炭超过50％的加入，比较于超过50％使用无烟煤配比的方案，大大降低了成本，成本降低约60％。现有技术中，有选用焦炭作为原料加入的，焦炭是焦化程度更高的煤制品，其含焦成分低，焦化反应需要温度高，使用效果远远不及焦煤。
实施例一
用户需求的活性焦产品灰分指标为15％。依据该指标要求，采用本方案的原料成分和配比，依据公式一计算可以得到H均，H炭取H均最大值，H炭小于H活(15％)的90％，即小于13.5％，是符合工艺要求的。
表1
| 灰分含量 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | |
| 兰炭 | 0.12 | 60 | 58 | 56 | 54 | 57 |
| 焦煤 | 0.16 | 25 | 26 | 27 | 28 | 26 |
| 无烟煤 | 0.1 | 15 | 16 | 17 | 18 | 17 |
表2
| 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | |
| 兰炭 | 7.2 | 6.96 | 6.72 | 6.48 | 6.84 |
| 焦煤 | 4 | 4.16 | 4.32 | 4.48 | 4.16 |
| 无烟煤 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.7 |
| 原料灰分 | 12.7 | 12.72 | 12.74 | 12.76 | 12.7 |
该实施例用于制备灰分要求H活小于15％的活性焦产品。该实施例例举了五种占比配方，各配方原料各成分占比如表1所示，根据公式一计算各配方配置形成的原料灰分的指标H均分别为12.7、12.72、12.74、12.76、12.7，参见表2，该原料的灰分均小于13.5，所以H炭小于13.5，可见H炭小于H活(15％)的90％，即小于13.5。在炭化灰分满足该指标要求的前提下，经过活化后，灰分指标方可满足小于15％，从而符合用户的需求。
实施例二
用户需求的活性焦产品灰分指标为14％。依据该指标要求，采用本方案的原料成分和配比，依据公式一计算可以得到H均，H均取最大值，即与H炭相等，H炭小于H活(14％)的90％，即不大于12.6％，是符合工艺要求的。具体实施例配方计算方式及过程如表3、4。
表3
| 灰分含量 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | |
| 兰炭 | 0.12 | 60 | 60 | 58 | 55 | 60 |
| 焦煤 | 0.16 | 23 | 22 | 24 | 25 | 20 |
| 无烟煤 | 0.1 | 17 | 18 | 18 | 20 | 20 |
表4
| 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | |
| 兰炭 | 7.2 | 7.2 | 6.96 | 6.6 | 7.2 |
| 焦煤 | 3.68 | 3.52 | 3.84 | 4 | 3.2 |
| 无烟煤 | 1.7 | 1.8 | 1.8 | 2 | 2 |
| 原料灰分 | 12.58 | 12.52 | 12.6 | 12.6 | 12.4 |
该实施例用于制备灰分要求H活为小于14％的活性焦产品。该实施例例举了五种占比配方，各配方原料各成分占比如表3所示，根据公式一计算各配方配置形成的原料灰分的指标H均分别为12.58、12.52、12.6、12.6、12.4，参见表4，该原料的灰分均不大于12.6，所以H炭也不大于或最大为12.6，可见H炭小于H活(14％)的90％，即小于12.6。在炭化灰分满足该指标要求的前提下，经过活化后，灰分指标即可满足小于14％，从而符合用户的需求。
进一步，所述粘结剂为玉米淀粉。
进一步，混捏步骤为先室温混合再预热混捏，室温温度不高于30℃，预热温度不低于玉米淀粉的糊化温度。本方案中预热温度不低于53℃，可以为60、70℃。室温混合时，先将物料、粘结剂粉状物料混合，在与水混合，属于物理混合，由于淀粉及物料与水接触后，室温下只是物理混合，不发生化学反应，且物料和粘结剂占比较大，水处于自然流动状态，淀粉在室温下还未糊化，未体现胶性，采用机械混合后，混合的均匀性较好，待混合均匀后，再预热混合，由于玉米淀粉的糊化点为53℃，预热后，温度超过时，淀粉与水接触后，玉米淀粉发生糊化，变成胶体，粘性增加，将粉料粘合，并初步定型，便于成型时形成初步的形状。
该方案与采用糊精作为粘结剂是不同的，淀粉在180℃至200℃的高温下，它的分子链会断裂才能形成糊精，由于糊精本身为胶体，具有粘性，遇水后粘性更强，不管是采用室温混合和预热混合，由于糊精粘性高，则会导致混合均匀性较差，自然后影响后续炭化的强度和成孔率(水容)，所以本方案采用玉米淀粉作为粘结剂，且采用分步混合的方式来实现均匀混合并初步定型。
本方案中采用干粉粘结剂取代煤焦油、沥青等传统粘结剂来生产活性焦，解决了煤焦油、沥青在使用中的环境污染。同时，还解决了因采用煤焦油、沥青为粘结剂导致的炭化尾气处理的难题，降低了尾气处理设备的投资，节约成本。
进一步，所述炭化步骤为：炭化炉升温至350℃，将湿炭条送入炭化炉，炭化温度按照升温速率10℃/min由350℃稳定升温至750℃，使炭化料炭化时间为40min，然后对炭化料进行冷却，至冷却至70-80℃，出炉。炭化工艺曲线参见图1。
由于原料采用焦煤，不仅利用其低成本、固定碳含量高的优势，更为重要的是，焦煤在350℃时，其开始发生焦化反应，该焦化反应使焦煤的粘性增强，达到连接其他原料、固定碳的作用。同时，温度达到350℃时，淀粉迅速分解为碳水化合物，挥发排出，该起始炭化温度的设计，在于充分利用了焦煤的焦化性能及焦化相变点，在低温时由淀粉起到粘结定型的作用，而炭化时，由焦煤替代淀粉起到骨架、连接、定型的作用，淀粉为碳水化合物，高温全部分解排出，无残留物，不影响挥发份、灰分的含量，而且淀粉的分解排出及水的排出，在炭化高温过程中，均在炭条内形成空隙，所以炭化后在炭化料内形成初步的大孔隙。
进一步，炭化步骤中，当温度升高至600℃，保持炭化炉内真空状态，且无水蒸气、氧气存在。
本方案的炭化工艺中，采用稳定升温的工艺，在炭化温度为600℃以下，快速稳定升温能促进淀粉、水分等其他不稳定碳水化合物快速稳定挥发排出，在料块中形成空隙，形成孔隙度。
当温度达到600℃，空气中的水蒸气及氧气会与物料中的碳原子等发生反应，从而形成气相逃逸，形成微孔，该过程类似于活化发生的反应，但是炭化步骤中，首先需要控制的是保证焦煤随着温度升高的焦化、逐渐软化(温度小于600℃)、进而硬化(温度大于600℃)，形成坚硬的框架，将更多的固定碳、碳原子粘接固定形成骨架结构，用于形成炭化料的强度，所以，炭化步骤中的低温阶段，温度的升高主要目的在于供焦煤焦化反应，而达到高温阶段，不希望炭条中的碳原子发生氧化、还原反应形成微孔隙，因为部分碳原子与水蒸气、氧气反应生产气相逃逸，形成微孔，必然会减少固定碳的含量，减少框架中固定碳的数量，而且影响不规则结构固定碳的数量，影响炭条的强度。所以本方案中，当温度达到600℃，通过控制炭化炉内真空度，使炉内无水分、无氧气，抑制活化反应的发生。
进一步，炭化步骤后形成的炭化料，其强度不低于96％，耐压不低于41，水容不小于20％，堆重不低于560G/l，灰分不大于13％，挥发份不大于8％。挥发份、灰分是活性焦产品中无法避免的成分，活性焦产品中，去除挥发份、灰分，剩余为固定碳含量，固定碳含量越高，表征活性焦产品品质越高，可形成微孔空间更多。
水容是炭化料形成孔隙度的一个表征指标，采用本方案，炭化后水容即可达到20％，活化后可在炭化的基础上再增加至少10％。由于炭化的目的至少两点，第一形成骨架强度，第二用于形成初步的较大空隙，活化用于形成小的空隙，本方案的水容为20％，占到活化后产品的水容30％的2/3，可以表明炭化后孔隙度已形成绝大部分，占到成品孔隙度的60％。另外，炭化工艺的起始温度、炭化结束温度、以及升温速度均为最为优化的工艺，本领域周知，温度太低或升温速率慢，则焦煤焦化程度不彻底，导致活性焦强度和耐压性能下降，温度太高，又会造成固定碳结构趋于有序化，减少碳原子之间无序排列的无序孔隙度，从而降低后续活化过程微孔的造孔率。采用本方案的炭化工艺，炭化后水容指标达到20％，表明炭化的工艺对初步空隙形成具有较好的效果。脱硫值、脱硝值，该两个指标与水容指标具有一致性，也达到了成品(活化后)指标的60％，同样反应了产品的吸附能力，经过炭化后，炭化料内的孔隙度、容量已经达到、甚至超过成品的60％，为后续活化指标提升奠定了较好的基础。如下表5-8所示。
如实施例一中，生产的炭化后炭化料的指标参数如下表5
如实施例一中，生产的活化后活化料的指标参数如下表6
如实施例二生产的炭化后炭化料的指标参数如下表7
如实施例二生产的活化后活化料的指标参数如下表8
进一步，活化步骤为：活化温度为600℃-1000℃，活化时间为5-8h，出炉冷却得到活性焦。
进一步，所述活性焦的强度不低于97％，耐压不低于42，水容不小于30％，堆重不低于560G/l，灰分不大于15％，挥发份不大于3％。该指标也是活化步骤后形成的活化料的性能指标。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种煤质活性焦制备方法，其特征在于包括以下步骤：
配煤：配置时按照原料、粘结剂、水三部分来准备；原料种类包括兰炭、焦煤、无烟煤，粘结剂按照与原料质量占比为3-5％配置，水按照与原料质量占比为10-15％配置；且配煤后原料的灰分H均 不大于炭化料的灰分含量H炭；所述粘结剂为玉米淀粉；
混捏：将原料、粘结剂、水混合均匀，得到混捏料；
成型：将混捏料压制成型，形成湿炭条；
炭化：将湿炭条送入炭化炉进行炭化，得到炭化料，且所述炭化料的灰分含量H炭 不大于活化料灰分H活 的90％；
活化：将炭化料送入活化炉内进行活化，得到活化料，所述活化料的灰分H活 满足用户需求；其中，
原料配置的方法为：
H均 ＝C1％*H1 +C2 ％*H2 +C3 ％*H3 ------------公式一
H均 为配置形成的原料中灰分的含量；
C1％为兰炭在原料中的质量占比；C2％为焦煤在原料中的质量占比；C3％为无烟煤在原料中的质量占比；
H1为兰炭中灰分的含量；H2为焦煤中灰分的含量；H3为无烟煤中灰分的含量；
所述混捏步骤为先室温混合再预热混捏，室温温度不高于30℃，预热温度不低于玉米淀粉的糊化温度；
所述炭化步骤为：炭化炉升温至350℃，将湿炭条送入炭化炉，炭化温度按照升温速率10℃/min由350℃稳定升温至750℃，使炭化料炭化时间为40min，然后对炭化料进行冷却，冷却至70-80℃，出炉；
所述炭化步骤中，当温度升高至600℃，保持炭化炉内真空状态，且无水蒸气、氧气存在。
2.如权利要求1所述的煤质活性焦制备方法，其特征在于：配煤步骤中，选用灰分含量为12％的兰炭，其质量占比为50-60％；选用灰分含量为16％的焦煤，其质量占比为20-30％；选用灰分含量为12％的无烟煤，其质量占比为15-20％，所述配煤步骤中，依据上述公式一计算得到H均 不大于13％。
3.如权利要求2所述的煤质活性焦制备方法，其特征在于活化步骤为：活化温度为600℃-1000℃，活化时间为5-8h，出炉冷却得到活性焦。
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