利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法及系統的製作方法
2023-05-31 07:24:56
專利名稱：利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法及系統的製作方法
所述領域本發明屬於涉及廢塑料處理技術與設備以及提高冶金焦炭強度的方法，尤其是廢塑料與煤共焦化提高焦炭強度的方法及設備。
背景技術：
隨著世界經濟和科技的迅猛發展，人們物質生活水平的日益提高，城市化進程的不斷加快，城市固體廢棄物的產量急劇增加。據統計，我國目前城市生活垃圾的年產量已經超過1.5億噸，而且每年正以8％～10％的速度增長。我國大約有2/3的城市處於垃圾包圍之中。我國城市生活垃圾中的廢塑料約佔垃圾總量的4％～10％，年產量達到500～600萬噸，而且每年正以近8％～9％的速度增長。
目前，我國城市生活垃圾處理處置技術仍以衛生填埋和露天堆放為主，佔總處理量的79.2％，其次採用堆肥處理，佔總處理量的18.8％，少量採用焚燒技術，約佔總處理量的2％。我國廢塑料的回收再利用量僅佔10％，約90％的廢塑料被填埋和焚燒。因此，如何實現廢塑料資源化利用和無害化處理，已經成為世界關注的焦點問題。
利用焦爐處理廢塑料技術具有投資少，處理規模大，100％實現廢塑料的資源化利用以及幾乎不產生二次汙染等優點，在世界上得以廣泛關注，而且日本已經將該技術成功應用於生產實踐。在現有利用焦爐處理廢塑料的專利中，大多是利用相對複雜的工藝來保證添加廢塑料後焦炭強度不降低。真正利用廢塑料來改善焦炭質量的專利報導相對較少，但這些專利還存在工藝系統較為複雜，焦炭質量改善程度有限等缺陷，如日本專利，專利號為P2000-53970A，提到利用重質油與廢塑料混合加熱，使之聚合處理，作為煉焦用煤的粘結劑，以提高焦炭質量的方法。該方法中必須對廢塑料與重質油在300℃-400℃之間進行加熱聚合處理，然後再與煤混合，工藝相對複雜，而且能耗較高。日本專利，專利號為P2001-240868A，提及一種在固化成型後的廢塑料表面覆蓋一層由瀝青等重質油組成的粘結劑以避免焦炭強度降低的方法，該方法需要將廢塑料進行固化成型處理，同時將重質油瀝青加熱包裹在廢塑料表面，工藝系統相對複雜，增加設備投資和運行成本，而且對焦炭質量改善效果不明顯。國內還沒有關於廢塑料與煤共焦化處理方法及系統的專利技術報導，中國專利，專利號為CN1224043，公開了一種在煤中添加廢塑料，在氮氣或焦爐煤氣氣氛下共熱解以增加焦油收率和減少水分的方法。該方法是基於實驗室研究結果，處理溫度為650℃，屬於低溫處理工藝，沒有考慮工業應用過程中的廢塑料收集、加工和廢塑料在高溫焦爐中焦化處理等工藝系統，也未提及廢塑料對焦炭強度的影響。
發明內容
針對國外現有利用焦爐處理廢塑料專利技術工藝相對複雜，焦炭強度未能得到顯著提高等缺陷，本發明的目的在於提供一種工藝簡單，同時能夠顯著增加焦炭強度和降低焦炭反應性的方法和系統。
上述目的和任務是通過如下技術方案實現的一種利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，採用傳統的煉焦工藝方法，在煉焦的過程中加入廢塑料，具體實現步驟包括(1)從生活垃圾中分揀出來的廢塑料，壓裝成型後運往焦化廠；(2)廢塑料與固體添加劑混合加工處理；(3)廢塑料和添加劑的混合物與煉焦配煤混合入爐共焦化；(4)共焦化及其產物的回收利用。
所述的廢塑料包括任何種類的廢塑料，尤其能夠適用城市生活垃圾中難以處理的混合廢塑料。
所述添加劑可以是煤焦油、煤制瀝青以及石油工業產生的廢油和石油瀝青，尤其指煤焦油瀝青和石油瀝青。
廢塑料與添加劑的混合比例控制在0.5-1，廢塑料與添加劑混合物與煤的比例控制為0.01-0.04。
利用皮帶輸送實現廢塑料與添加劑的混合，混合後的物料同時進入塑料專用破碎機進行破碎處理，破碎後的物料粒度範圍控制在10mm-20mm之間，同時實現廢塑料與添加劑的均勻混合。
利用皮帶輸送機和皮帶電子稱在輸煤棧橋始端與破煤機之間的位置向輸煤皮帶定量加入焦炭增強劑。
所述的共焦化及其產物回收與利用方法完全相同於傳統煉焦方法和工藝。
一種實現權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法的系統，包括傳統煉焦設備，其特徵在於包括焦炭增強劑混合加工系統、焦炭增強劑與煉焦配煤定量均勻混合系統、焦炭增強劑與煤共焦化系統以及共焦化產物回收系統。
所述的焦炭增強劑混合加工系統，包括廢塑料板式給料機、添加劑給料鬥、輸料皮帶機、破碎機、焦炭增強劑輸送皮帶機，廢塑料板式給料機出口與輸料皮帶機連接，輸料皮帶機的上方設有添加劑給料鬥，輸料皮帶機的出料端與破碎機入口連接，破碎機的出料口與焦炭增強劑輸送皮帶機相連。
所述的焦炭增強劑與煉焦配煤定量均勻混合系統包括稱重定量給料機和輸煤棧橋，其中稱重定量給料機的入口與焦炭增強劑輸送皮帶出口相連，稱重定量給料機出口的下方接有輸煤棧橋的輸煤皮帶。
所述的焦炭增強劑與煤共焦化系統以及共焦化產物回收系統完全利用傳統煉焦裝置、焦油回收裝置和煤氣淨化與回收裝置。
該方法的主要特點在於將傳統煉焦工藝與現代廢塑料回收和塑料加工工藝有機結合，在利用傳統冶金煉焦技術和塑料加工技術大規模無害化處理「白色汙染」和實現廢塑料的100％資源化利用的同時，廢塑料和添加劑在煉焦過程中存在協同效應，顯著提高焦炭質量。該方法的主要有點在於(1)利用廢塑料提高冶金焦炭強度，增加高爐噴煤比例，降低高爐冶煉的焦比，節約大量煉焦用煤和降低煉鐵成本。
(2)可以直接利用傳統煉焦工藝系統，無需對傳統焦化工藝進行改造，投資較小，運行成本低、建設期短，具有良好的工業化應用前景。
(3)利用廢舊塑料代替部分煉焦用煤，既有效解決「白色汙染」問題，又節約了煉焦煤資源，產生了新的社會效益。
附圖1為本發明的整體系統工藝流程及設備圖。
圖標說明1.打散機；2.皮帶；3.添加劑給料鬥；4.除鐵器；5.廢塑料專用破碎機；6.皮帶；7.緩衝料鬥；8.稱重給料器；9.輸煤棧橋的輸煤皮帶。
具體實施例利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，包括廢塑料收集方法、廢塑料與添加劑混合加工方法、廢塑料及添加劑與煉焦配煤定量均勻混合入爐方法、廢塑料及添加劑混合物料與煤共焦化方法以及共焦化產物回收方法。其中廢塑料收集方法有(1)在辦公區、商業區、校園、居民生活小區等地實行人工收集和分選廢塑料；(2)從塑料生產、加工、銷售以及廢塑料收集回收公司進行廢塑料的收集與分選；(3)從城市生活垃圾分選站、轉運站以及垃圾綜合處理場通過機械分選和人工分選相結合的方法收集廢塑料。廢塑料加工方法主要採取破碎方法進行加工處理，並與添加劑均勻混合構成焦炭增強劑。焦炭增強劑通過稱重給料機和皮帶輸送方法，實現其與煤定量均勻混合入爐。廢塑料及添加劑混合物料與煤共焦化以及共焦化產物回收方法完全採用傳統配煤煉焦及其配套工藝方法。
上述方法的實施過程是首先通過人工收集或機械分選，完成廢塑料原料的收集。收集來的廢塑料運往焦化廠的焦炭增強劑加工車間，與添加劑混合破碎處理後形成焦炭增強劑，通過稱重給料機和皮帶輸送，在輸煤棧橋始端與破煤機後的位置將該焦炭增強劑定量均勻混入輸煤棧橋的輸煤皮帶上，並與煉焦配煤混合進入焦爐煉焦，煉焦產物包括焦炭、焦油、煤氣以及氨水等完全採用傳統煉焦工藝進行回收處理。
採用上述廢塑料與煤共焦化處理的方法，該方法的基本原理將加工處理過的廢塑料及添加劑按一定比例與煤混合後，置於傳統煉焦爐中進行高溫乾餾，使廢塑料轉化為可用於冶金的優質焦炭，可用作液體燃料和化工原料的焦油以及可用作潔淨高熱值燃料和化工合成原料氣的優質煤氣。其中的廢塑料和添加劑在與煤共焦化過程中具有協同效應，對焦炭生成起到了粘結劑的作用，使得焦炭強度明顯改善。
實現利用廢塑料提高冶金焦炭強度方法的系統，該系統主要由垃圾收集系統、廢塑料與添加劑混合加工系統、廢塑料及添加劑混合物料與煤定量均勻混合系統、廢塑料及添加劑混合物料與煤共焦化系統以及共焦化產物回收處理系統組成。其工藝流程如圖1所示。該系統的實施過程結合圖1描述如下打包裝運到焦化廠焦炭增強劑生產車間的廢塑料，經過打散機1進行打散，再經過皮帶2運輸定量均勻地給廢塑料專用破碎機5送料，同時皮帶2上方裝有添加劑給料鬥3，使添加劑定量均勻地加入廢塑料皮帶2，實現廢塑料與添加劑在皮帶2上初步混合；皮帶2末端設有除鐵器4，去除廢塑料中的金屬鐵以保護廢塑料專用破碎機5。廢塑料和添加劑在破碎機5內同時完成破碎和均勻混合加工過程，形成焦炭增強劑。焦炭增強劑通過皮帶6輸送到位於輸煤棧橋起始端和破煤機出口端位置的緩衝料鬥7內，並由緩衝料鬥7底部的稱重給料器8定量均勻放料。該物料定量均勻地進入輸煤棧橋的輸煤皮帶9上，並通過輸煤皮帶9的翻轉實現焦炭增強劑與煉焦配煤的均勻混合入爐。焦炭增強劑與煤進入焦爐進行高溫共焦化，所得產物通過傳統的焦化產物回收處理系統進行回收淨化處理，該部分系統與傳統煉焦工藝系統完全相同。
整個系統的設備連接情況描述如下打散機1的出料口與皮帶2入料端相連，皮帶2中部上方裝有添加劑給料鬥3，皮帶2末端上方設有除鐵器4，皮帶2末端下方出料口與廢塑料專用破碎機5的入料口連接，破碎機5的出料口與皮帶6進料端連接，皮帶6的出料末端與緩衝料鬥7的入料口連接，緩衝料鬥7的下部裝有稱重給料器8，稱重給料器8的出料口位於原有輸煤棧橋的輸煤皮帶9的上方，輸煤棧橋的輸煤皮帶9的起始端與末端的連接系統和設備完全同於傳統煉焦工藝及設備。
利用200kg試驗焦爐進行試驗，試驗焦爐的規格為爐體有效長800mm，有效高900mm，寬度為450mm，裝煤量230kg(幹煤)，結焦時間為18小時，焦餅中心溫度大於950℃。本實施方案採用的原料包括首鋼煉焦配煤(HC)、焦油瀝青(HQ)和北京市生活垃圾中的廢塑料(HP)；原料加工過程包括廢塑料與焦油瀝青的混合破碎和混合破碎物料與煉焦配煤的均勻混合兩道工序；將加工好的原料加入煉焦爐中進行不同方案的對比試驗，試驗結果如表1所示。
表一
表中CRI和CSR分別代表焦炭反應性和焦炭反應後強度。比較例1代表230kg幹煤焦化結果；比較例2和比較例3分別代表230kg幹煤加4.6kg焦油瀝青與230kg幹煤加2.3kg廢塑料共焦化所得結果；發明例1代表230kg幹煤加4.6kg焦油瀝青加2.3kg廢塑料共焦化所得結果；發明例2和發明例3分別代表230kg幹煤加2.3kg焦油瀝青加2.3kg廢塑料與230kg幹煤加4.6kg焦油瀝青加4.6kg廢塑料共焦化所得結果；發明例1為本發明的典型實施例，通過廢塑料與焦油瀝青的簡單混合破碎後與煉焦配煤共焦化可得到焦炭反應性明顯降低和反應後強度顯著升高的優質冶金焦炭，從而實現了本發明的目標。
採用本發明原料通過簡單加工，可以達到利用廢塑料來顯著改善焦炭質量，明顯降低焦炭反應性和顯著升高焦炭反應後強度的效果。既有效處理廢塑料，使廢塑料得以資源化利用和無害化處理，又改善焦炭質量，增加煉焦的經濟效益。
權利要求
1.一種利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，採用傳統的煉焦工藝方法，其特徵在於在煉焦的過程中加入廢塑料，具體實現步驟包括(1)從生活垃圾中分揀出來的廢塑料，壓裝成型後運往焦化廠；(2)廢塑料與固體添加劑混合加工處理；(3)廢塑料和添加劑的混合物與煉焦配煤混合入爐共焦化；(4)共焦化及其產物的回收利用。
2.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於所述的廢塑料包括任何種類的廢塑料，尤其能夠適用城市生活垃圾中難以處理的混合廢塑料。
3.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於所述添加劑可以是煤焦油、煤制瀝青以及石油工業產生的廢油和石油瀝青，尤其指煤焦油瀝青和石油瀝青。
4.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於廢塑料與添加劑的混合比例控制在0.5-1，廢塑料與添加劑混合物與煤的比例控制為0.01-0.04。
5.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於利用皮帶輸送實現廢塑料與添加劑的混合，混合後的物料同時進入塑料專用破碎機進行破碎處理，破碎後的物料粒度範圍控制在10mm-20mm之間，同時實現廢塑料與添加劑的均勻混合。
6.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於利用皮帶輸送機和皮帶電子稱在輸煤棧橋始端與破煤機之間的位置向輸煤皮帶定量加入焦炭增強劑。
7.按照權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法，其特徵在於所述的共焦化及其產物回收與利用方法完全相同於傳統煉焦方法和工藝。
8.一種實現權利要求1所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法的系統，包括傳統煉焦設備，其特徵在於包括焦炭增強劑混合加工系統、焦炭增強劑與煉焦配煤定量均勻混合系統、焦炭增強劑與煤共焦化系統以及共焦化產物回收系統。
9.按照權利要求8所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法的系統其特徵在於所述的焦炭增強劑混合加工系統，包括廢塑料板式給料機、添加劑給料鬥、輸料皮帶機、破碎機、焦炭增強劑輸送皮帶機，廢塑料板式給料機出口與輸料皮帶機連接，輸料皮帶機的上方設有添加劑給料鬥，輸料皮帶機的出料端與破碎機入口連接，破碎機的出料口與焦炭增強劑輸送皮帶機相連。
10.按照權利要求8所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法的系統，其特徵在於所述的焦炭增強劑與煉焦配煤定量均勻混合系統包括稱重定量給料機和輸煤棧橋，其中稱重定量給料機的入口與焦炭增強劑輸送皮帶出口相連，稱重定量給料機出口的下方接有輸煤棧橋的輸煤皮帶。
11.按照權利要求8所述的利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法的系統，其特徵在於所述的焦炭增強劑與煤共焦化系統以及共焦化產物回收系統完全利用傳統煉焦裝置、焦油回收裝置和煤氣淨化與回收裝置。
全文摘要
一種利用廢塑料提高冶金焦炭強度的方法及系統，採用傳統的煉焦工藝方法及設備，在煉焦的過程中加入廢塑料，其特點是將廢塑料與添加劑加工後加入煉焦爐中與煉焦配煤共焦化，廢塑料在高溫炭化轉化為焦炭、焦油和煤氣等可回收利用組分的同時，改善焦炭質量提高焦炭抗碎強度M
文檔編號C10B57/06GK1502675SQ0214902
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月20日 優先權日2002年11月20日
發明者廖洪強, 錢凱, 湯長庚, 趙鵬, 何亞斌, 餘廣煒, 呂勁, 程曉光 申請人:首鋼總公司