TWI553112B

TWI553112B - 在煤水份控制製程與製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法

Info

Publication number: TWI553112B
Application number: TW104125122A
Authority: TW
Inventors: 王德和
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2016-10-11
Also published as: TW201706400A

Description

在煤水份控制製程與製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法

本發明是有關於含碳物料之乾餾，且特別是有關於一種在煤水份控制製程與製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法。

所謂煤水份控制製程(Coal Moisture Control Process，CMCP)屬於煉焦過程中對煤料的前處理製程之一。在煤料加入煉焦爐前，透過加熱，調控煤料的水份含量，以達到提高焦爐產率、降低焦爐能耗、提高焦炭品質及穩定焦爐操作的多重目的。在季風亞洲，煤料正常含水率約8%~10%，需在1000℃以上的焦爐內焦化18至20小時後才能形成焦炭。但在雨季、颱風或豪大雨時，煤水份含量往往達12%~15%，不僅焦爐爐溫調控困難，且煤倉易因堵料而中斷生產。若能降低煤料含水量，可使雨季時的料倉不堵料，焦爐能耗穩定，操作平順。因此，東亞各鋼廠皆建有煤水份控制系統。

然而，低水份煤料的操作並非毫無缺點。當煤料的水份過低時，衍生的粉塵量將急劇上升，在煤料輸送及焦爐加料時粉塵逸散，造成焦爐頂部及昇騰管底座的積碳速度劇增，引發污染外漏或推焦困難，焦爐產率降低，煤水份控制製程操作效率也難以提高，可能需增設煤粉塵處理設備，使投資成本大增。

有鑑於此，有必要提供一種在煤水份控制製程與後續煉焦程序中減少煤粉塵的方法。

因此，本發明提供一種煤水份控制程序，此新穎程序能有效抑制煤粉的揚塵、逸散情形，藉此，焦爐積碳問題得以改善，焦爐生產穩定，煤水份控制程序的效率也得以提高。

根據本發明之上述態樣，提出一種在煤水份控制製程與製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法，包括以下步驟。加熱第一煤料，產生第二煤料和煤粉塵。收集煤粉塵。拌合煤粉塵和水溶液以產生第三煤料，其中上述水溶液含有界面活性劑。將上述第二煤料和上述第三煤料加熱以形成焦炭。

依據本發明一實施例，上述界面活性劑例如為聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)。

依據本發明一實施例，上述界面活性劑例如為PEG 1000、PEG 2000、PEG 4000或PEG 6000。

依據本發明一實施例，上述水溶液例如由聚乙二醇和水組成。

依據本發明一實施例，上述聚乙二醇於水溶液中的濃度為3wt%到5wt%。

依據本發明一實施例，以煤粉塵的量為100重量份為基準，上述水溶液的用量例如為6重量份至7重量份。

綜上所述，本發明以兼具親水和親油特性的界面活性劑作為煤粉塵和水拌合時的添加劑，讓水份能均勻分散於煤粉之中，減少煤粉塵的揚塵，改善煤粉逸散及焦爐積碳問題。

圖1是不同濃度的聚乙二醇水溶液對煤粉揚塵量的影響的示意圖。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，記載了某一特定數值範圍，等同於揭露了該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。例如，記載「濃度為3wt%~10wt%」的範圍，就等同於揭露了「濃度為4wt%~6wt%」的範圍，無論說明書中是否列舉其他數值。

本發明的第一實施方式是關於一種在煤水份控制製程與製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法，其包括以下步驟。首先，在烘煤機中加熱第一煤料，產生第二煤料和煤粉塵。所謂烘煤機，是指適於對煤料進行加熱以降低其含水量的設備。在本實施方式中，前述設備的數量、加熱方式、尺寸、處理量等等條件均可以視製程需求而作任意調整，並沒有特別的限制。換言之，煉焦技術領域中已知的任意煤料加熱設備，或在現有技術的基礎上經過常規設計或一般變化而得到的煤料加熱設備均屬於本文所稱的烘煤機。此外，下文所稱的「煤粉收集器」和「拌合機」也應以相似的思維來理解。

第一煤料例如是在大氣環境下儲存的煤料，相對於第二煤料，其含水量更高。舉例而言，第一煤料的含水量可能在8wt%~13wt%之間，而第二煤料的含水量可能在5wt%~7wt%之間。當然，這些數字只是例示而已，並不用以限制本發明。例如，在雨季和乾季兩種不同季節，第一煤料的含水量即有可能不同。

第一煤料中經過烘煤機的處理，由此產生了含水量較低的第二煤料。使用第二煤料煉焦可提昇焦爐的焦炭產能並改善焦炭品質。然而，對第一煤料進行加熱的過程也會製造副產品，即由於水份降低而大量衍生的煤粉塵。這些煤粉塵在輸送過程容易逸散，造成污染。在煉焦爐內部，這些煤粉容易黏附在焦爐的昇騰管底座和爐頂的加料口下方，形成積碳，堵塞焦爐的通氣道，或使焦炭難以推出焦爐，煉焦程序中斷，產率下降。焦爐產率降低結果，讓煤水份控制製程操作效率也難以提高。因此，在煤水份控制系統中設置有煤粉收集器，且在本實施方式中，煤水份控制程序的下一步驟就是以煤粉收集器收集煤粉塵。

收集所得的煤粉塵若能和待送進焦爐的煤料(例如第二煤料)充份混合，可使原料得到有效利用，且可能進一步降低煤料的含水量。然而，若僅將煤粉塵和煤料進行機械式拌合，煤粉塵還是會再度揚起，對揚塵問題的解決無所助益。再者，發明人發現，即使以加水拌合的方式混合煤粉塵和煤料，由於煤粉塵對水的親和力相當差，仍舊無法有效拌合兩種材料。因此，本實施方式提出的方法，是以拌合機拌合煤粉塵和特定水溶液，藉此而產生第三煤料，且其中所述特定水溶液含有界面活性劑。

由於水溶液中含有同時具備親水親油特性的界面活性劑，煤粉塵可以較有效地和水分子結合，因此能穩定存在於第三煤料之中，再度揚起的情形大幅減少。前述界面活性劑沒有特別限制，只要是可溶於水的界面活性劑均可使用。然而，考慮到毒性、熱穩定性、黏結性等因素，較佳的選擇例如是聚乙二醇，如市售的PEG 1000、PEG 2000、PEG 4000或PEG 6000，更佳是PEG 1000或PEG 2000。

水溶液中界面活性劑的濃度沒有特別限制，但值得注意的是，若水份太少，水溶液對煤粉塵的黏結能力可能也會有所下降。因此，水溶液中界面活性劑的濃度較佳是介於3wt%到5wt%之間，例如3.3wt%到5wt%之間。

在一實施例中，上述水溶液除了界面活性劑以外可以不含其他成份，例如上述水溶液即為聚乙二醇水溶液。

當然，上述水溶液亦可含有其他成份，例如還含有可以進一步促進煤粉塵凝集的黏結劑。在一實施例中，上述黏結劑可為聚乙二醇，同時，上述界面活性劑亦可為聚乙二醇。換言之，聚乙二醇在此類實施例中可同時作為黏結劑和界面活性劑。

水溶液的使用量需視煤粉塵的量而作適當調整。若水溶液過多，則第三煤料的含水量將太高，達不到煤水份控制製程以控制水份來提昇產能的原始目的；若水溶液過少，則煤粉塵的凝集效果不佳。因此，以煤粉塵的量為100重量份計，水溶液的用量較佳是6重量份至7重量份。

最後，將第二煤料和第三煤料送至焦爐，進行後續的煉焦製程。

綜上所述，本發明以兼具親水和親油特性的聚乙二醇作為煤粉塵和水拌合的添加劑，擔任界面活性劑和黏結劑的角色，讓水份能均勻分散於煤粉之中，或能有效黏結煤粉，以減少煤粉塵的揚塵，改善煤粉逸散及焦爐積碳問題，讓焦爐生產穩定，煤水份控制程序的效能得以提昇。

〈實驗〉

下文將列舉數個實驗以更具體地描述本發明。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇之前提下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的實驗對本發明作出限制性的解釋。

-潤濕性-

評估液體對固體潤濕性之標準方法乃測量液體於固體表面形成液滴時之接觸角θ。接觸角越小，則液體對固體的潤濕性愈好。而潤濕性不佳者，其液滴也較難滲透分散於該固體之粉體中。發明人將煤粉塵平鋪於培養皿中，而後滴入不同的液滴(純水、10wt%的PEG 1000水溶液、10wt%的PEG 2000水溶液和10wt%的PEG 6000水溶液)，並觀察其潤濕情形和接觸角。經測試，每一種聚乙二醇水溶液的液滴在滴落於煤粉表面後均能滲入煤粉(即接觸角等於0)，但純水液滴則至少在五分鐘後仍一直維持液滴外型(接觸角近90度)。此外，也觀察到PEG 2000水溶液的液滴對煤粉的滲透速率略快於PEG 6000水溶液的液滴，這意味著太大的聚乙二醇分子可能不利於煤粉的潤濕滲透行為。

-黏結性-

聚乙二醇乃兼具親水與親油特性的界面活性劑。其親油性縱使不足以作為黏結劑，但應有凝聚煤粉效能。因此，以純水及不同分子量之聚乙二醇水溶液(10wt%的PEG 600水溶液、10wt%的PEG 1000水溶液、10wt%的PEG 2000水溶液、10wt%的PEG 4000水溶液和10wt%的PEG 6000水溶液)與煤粉拌合後(20g的煤粉拌合1.4g的純水或聚乙二醇水溶液)，進行簡單之壓塊成型試驗，根據煤粉成型的難易，判定其黏結性好壞。成型模具為自製的壓錠用金屬模具。以約4kg/cm²的壓力加壓1公克或2公克的煤粉，完成造塊。5分鐘後脫模，藉此觀察純水和聚乙二醇水溶液黏結煤粉的效果。

結果發現，若僅以純水與煤粉拌合，成型的煤塊毫無強度，脫模時即粉化。若使用PEG 600水溶液，雖可成型，但強度較差，脫模時即部份破裂；靜置2天後，即粉化不成型。而使用PEG 1000水溶液、PEG 2000水溶液、PEG 4000水溶液以至於PEG 6000水溶液來和煤粉造塊，結果均可成型。其中又以使用PEG 1000水溶液和PEG 2000水溶液所造之煤塊強度最佳。即使在靜置五天以後仍可維持原外型。相對地，使用PEG 4000水溶液所造之煤塊在脫模時產生較多細粉；使用PEG 6000水溶液所造之煤塊在脫模時有小部份破裂，這顯示，若聚乙二醇分子過大，其成型特性將走下坡。

另外，針對成型性最佳的PEG 2000水溶液，發明人進一步進行實驗，以評估水分在其中的角色。同樣以壓塊成型試驗來評估成型性，然而，改用濃度20wt%的PEG 2000水溶液，且同時將煤粉/水溶液的配比由20g/1.4g改變為20g/0.7g。亦即，維持PEG 2000的總量不變，但降低水的用量。結果發現，初時成型性尚可，但煤塊在靜置兩日後因部分水分揮發，開始有細粉剝落。這表示水量太少，對煤粉的黏結性可能也有負面效應。

綜合以上不同聚乙二醇水溶液與煤粉間的各種行為特性的觀察與試驗，將結果列表如下，其中X為劣；○表示優；△則中等。

-溶液濃度之影響-

根據上表的結果，選擇對煤粉潤濕性及成型性皆較優的PEG 1000與PEG 2000做為添加劑，在煤粉/水溶液的使用量固定於5000g/300ml的條件下，分別測試不同濃度的聚乙二醇水溶液對煤粉落料揚塵量之影響。圖1為試驗結果。

如圖1所示，與純水(聚乙二醇濃度為0 Wt%)相較，添加聚乙二醇於水中確實可降低煤粉落料時的揚塵量，且PEG 2000的效應優於PEG 1000，添加量(濃度)3.3wt%~5wt%(最佳點)為較佳應用區間。當以5wt%之PEG 2000溶液取代水來拌合乾煤粉時，約可減少70%揚塵量(每公斤煤粉落料所收集到的上揚煤粉量從1.82g降至0.56g)。

實驗證明，不同分子量的聚乙二醇加入水中，皆可改善水對煤粉之潤濕性。聚合度較低者因分子小，故對煤粉滲透性較佳。然而PEG 600因較親油性之(CH₂CH₂O)_n分子鏈太短，難以黏結煤粉粒子，故成型性相對於其他聚乙二醇為差。

然而，親油的(CH₂CH₂O)_n分子鏈太長時，其結構在水中將較不穩定，(CH₂CH₂O)_n鏈將扭曲聚集成分子團，親油官能基難以完全發揮功能。因此，隨著聚乙二醇分子量上昇，黏結煤粉的能力也會下降。故PEG 4000、PEG 6000添加於煤粉後的成型性較PEG 1000、PEG 2000等為差。

此外，若水量太少，聚乙二醇分子鏈也難以完全伸展，將聚集形成微膠粒(Micelle)而影響黏結煤粉的能力，故應有一最適濃度。實驗顯示，3.3wt%~5wt%為較佳應用濃度區間。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種在煤水份控制製程中減少煤粉塵的方法，包括：乾燥一第一煤料，產生一第二煤料和煤粉塵；收集該些煤粉塵；拌合該些煤粉塵和一水溶液以產生一第三煤料，其中該水溶液含有一重量百分比為3wt%至5wt%的界面活性劑，該界面活性劑為聚乙二醇，且以該煤粉塵的量為100重量份計，該水溶液的用量為6重量份至7重量份；以及進行一加熱步驟，使該第二煤料和該第三煤料升溫至1000℃以上，以形成一焦炭。
如申請專利範圍第1項所述之在煤水份控制製程中減少煤粉塵的方法，其中該界面活性劑為PEG 1000、PEG 2000、PEG 4000或PEG 6000。
如申請專利範圍第1項所述之在煤水份控制製程中減少煤粉塵的方法，其中該水溶液由聚乙二醇和水組成。
一種在製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法，包括如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的在煤水份控制製程中減少煤粉塵的方法。
如申請專利範圍第4項所述之在製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法，其中以該煤粉塵的量為100重量份計，該水溶液的用量為6重量份至7重量份。
一種在製造焦炭程序中減少煤粉塵的方法，包括將一濕煤料在乾燥步驟中所產生的一煤粉塵拌合於聚乙二醇水溶液中，其中該聚乙二醇水溶液含有一重量百分比3wt%至5wt%的聚乙二醇，且以該煤粉塵的量為100重量份計，該聚乙二醇水溶液的用量為6重量份至7重量份。