一種煤料生產炭化型煤的方法
2023-08-01 05:34:06 2
專利名稱：一種煤料生產炭化型煤的方法
技術領域：
本發明渋及一種煤料生產炭化型煤的方法，尤其是一種以弱粘結性的無煙粉煤、貧煤粉 煤或焦粉為主要原料的經成型和炭化製備的炭化型煤的方法。
背景技術：
現有文獻CN1153810公開了一種用無煙煤生產的鑄造型焦及其製造方法。該鑄造型焦由 無煙煤、焦粉、石油焦、焦煤、焦油瀝青和高溫焦油組成。其重量百分比為無煙煤或貧煤 48% 57%;焦粉12% 18%;石油焦10% 26%;焦煤或肥煤6% 11%;焦油瀝青6% 8%; 高溫焦油2% 3%。其製造方法是1)粉碎原料，2)，配料，3)攪拌混合料，4)模壓成型，
5)炭化，6)熄焦。本發明的優點是強度高、灰份低、含硫量少、氣孔率低和粒度均衡。
現有文獻CN1470604公開了一種鑄造型焦的生產方法及其使用的設備系統，該方法包括 配料、粉碎、冷攪拌、熱攪拌、成型和炭化結焦。其原料組份及重量份數為無煙煤45 65份；焦粉7 20份；石油焦8 20份；焦煤或肥煤10 30份；煤焦油瀝青5 10 份。其生產方法包括下列步驟①粉碎原料將無煙煤、焦粉、石油焦、焦煤或肥煤和煤焦 油瀝青按下列粒度耍求粉碎無煙煤《3mm;焦粉《lmm;石油焦焦煤或肥煤
《2mm;煤焦油瀝青《lmm;②配料將粉碎好的各種原料放置在各儲料鬥中，並經給料器 按所述配比定量送到皮帶輸送機上；③攪拌混合料由皮帶輸送機送來的混合料在冷攪拌機 攪拌2 4分鐘，接著由皮帶輸送機把混合料送到定量分料刮板機分料至各熱攪拌機中攪拌 4 6分鐘，攪拌中加入過熱蒸汽；④模壓成型將熱攪拌後的料溫達100 15(TC的混合料送
入成型機中模壓成型，得到型煤。⑤炭化將型煤經轉載進入儲料倉，由儲料倉送入爐後自 動卸車裝入特製炭化爐，溫度由6(XTC連續升到120(TC,經8 12小時後降溫；⑥熄焦將 炭化爐燒結的焦送入熄焦池
上述生產方法都存在著如下兩點不足 一、無煙煤配入量低<65%,且需要添加石油焦和 焦粉等輔料二、炭化過程中型煤塊中裂紋自由生成，無控制手段，產品強度底，質量差。
發明人在査閱了現有公開文獻的基礎上，對現有炭化型煤的生產方法以及存在的問題和 產生的原因進行分析如下-
1) 以無煙粉煤和貧煤粉煤為主的成型塊熱解成焦機理和收縮特性到目前還不清楚，沒有 系統的理論基礎，生產中帶有經驗性。
2) 煤料中配入高比例的粘結劑時，煤料的揮發分則高，其揮發分高有利於炭化時煤氣的自給，但炭化過程中容易變形甚至融結成大塊，影響型煤出爐操作，另外，因揮發分大量析出，導致收縮量增加，進而促進裂紋的產生和延伸，使型煤產品質量降低；相反，煤料的揮發分低時，煤氣產量降低，以致不能夠自足，但可降低收縮及其引起的裂紋。
3)型煤塊導熱性能差，在炭化過程中對加熱速度敏感，如加熱速度有波動時，導致生成大量的裂紋，使型煤塊破碎，加熱速度的選擇很重要。
發明人研究發現，弱粘結性的煤料成型塊炭化時形成非中間相過程中生成的惰性煤料聚集小球體，而且有小球體生成時炭化型煤的強度等指標明顯得到改善。受球墨鑄鐵添加球化劑使產品強度和耐磨性等質量指標大大改善的技術啟示，發明人提出了球化劑和球化結構炭化型煤的理念。即加入球化劑後弱粘結性煤料的煤粒間的熱解和縮聚反應及其收縮作用力發生了明顯的改變。在煤粒中間，熱解和縮聚反應由四種類型組成①煤料顆粒本身進行熱分解和縮合反應，表面結構不斷變化；②粘結組分(活性組分)進行裂解和縮聚；③粘結劑和煤料顆粒組分在接觸界面上進行共炭化作用；④在有球化劑的局部區間，粘結劑與球化劑發生界面反應。
以上四種熱解和縮聚反應使得煤粒與煤粒之間或煤粒和粘結組份之間接觸的地方，除了產生物理化學上的膠結作用外，還存在化學鍵的結合。當加入球化劑後，由於球化劑與粘結劑界面作用力和煤料顆粒與粘結劑界面作用力的不同，使得固化物料的收縮不是以平面方式向低溫區推進，而是由於球化劑兩側作用力較大，球化劑部位的作用力較小，同時這種反應產生的界面作用力大小不同於粘結劑和無煙煤界面的作用力，這樣使收縮面成弧形，由於多個球化劑的作用，使物料固化時形成了小球。由於煤塑性體固化和富集小球的生成，在隨後的升溫過程中，小球在進一步的加熱和縮聚過程中，因為發生了分子結構的有序化、緊密化，這樣增加了自身的強度，但收縮以小球為中心迸行，同時，小球和小球之間的收縮也在進行，這兩種收縮形成了型煤塊的總體收縮，這種收縮分散了應力，消除了裂紋，得到了具有不同物理化學性質和機械性質的炭化型煤。
發明內容
基於上述現有弱粘結性煤料生產炭化型煤存在的諸多問題，本發明主要解決弱粘結性煤料在生產炭化型煤的過程中，弱粘結性煤料配入量低的問題，在炭化過程中容易產生裂紋的問題以及炭化型煤的落下強度低的問題。其目的是提供一種煤料生產炭化型煤的方法。
根據本發明上述要解決的主要問題和要實現的目的，發明人基於球化劑和球化結構炭化型煤這一理念，進行了煤料(無煙粉煤、貧煤粉煤或焦粉)生產炭化型煤中加入球化劑的研究，並提出一種煤料生產炭化型煤的方法，其具體的技術方案如下
一種煤料生產炭化型煤的方法是在100份的煤料中加入7 18份粘結劑混合均勻後，在5(TC 25(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入9 20份球化劑；然後將攪拌均勻的混合物料在300~1000KN的壓力下壓成型煤；最後將型煤裝入炭化爐，以l 10°C/min的升溫速率加熱到750 1100°C ，恆溫1 3小時生成炭化型煤。
上述煤料生產炭化型煤的方法中，所述的煤料是粒度小於2mm的無煙粉煤、貧煤粉煤或焦粉。粘結劑是1 6份的煤焦油和6 12份的瀝青混合均勻製得。球化劑是2 7份的石油瀝青，3 5份的煤瀝青，3 5份的炭黑和1 3份的水玻璃，混合均勻，在50(TC 850。C的溫度下，經縮聚3 10小時製得。
本發明通過在弱粘結性煤料(無煙粉煤、貧煤粉煤或焦粉)和粘結劑混合物中添加球化劑，實現了煤料成型塊分段炭化的過程。第一階段基於小球控制軟熔粘結和固化的特性。在炭化過程中，小球體是由煤料惰性粒子粘結聚合而成，軟熔固化結束時，小球體的形成也結束，其尺寸大小及其相互連接狀況也基本形成。第二階段通過小球體對裂紋生成和抑制的特性。在炭化過程中，隨炭化溫度的升高，小球體開始收縮，由於大量的小球體存在使收縮應力充分分散，減少和克服了裂紋的生成。這樣通過調整球化劑特性、煤料粒度、粒度分布、粘結劑添加量、成型壓力、入爐溫度、升溫速率等參數，可調節小球體的大小尺寸及小球體之間的連接等特性，進而可調節炭化型煤產品的裂紋生成和收縮率等特性。經過前後兩個階段的控制，即前期對小球的生成和發展控制，後期對裂紋生成和收縮量的控制，實現了對炭化產品強度和粒度等指標的控制，生產出了優質的炭化型煤。
本發明通過添加球化劑，使該方法具有如下突出的實質性特點和顯著的進步。
(1) 本發明通過添加粘結劑和球化劑，實現了對煤料生產炭化型煤過程中的產品質量控制，使得煤料的配入量大於80%,產品成本降低8% 10%。
(2) 本發明通過添加球化劑，使得炭化後型煤的整球率由一般的65% 80%提高到98%以上。炭化後型煤的落下強度由一般的SD45。〉93呢提高到了SDr〉95 6，顯氣孔率<30%,大大提高了炭化型煤的產品性能。
(3) 本發明通過優化原料配比和添加球化劑，生產炭化型煤，為無煙粉煤、貧煤粉煤或焦粉的深加工提供了新的途徑。
圖1是煤料中無球化劑所生產的炭化型煤的斷面2是煤料中添加球化劑後生產出的炭化型煤的斷面圖
具體實施例方式
下面通過具體實施例進一步詳細描述本發明提出的一種煤料生產炭化型煤的方法，本專業的普通技術人員在閱讀了本發明的具體實施例後，能夠理解和實施本發明，而本具體實施例是對本發明的詳細說明，並不對本發明作出任何限制。實施例1
首先，根據無煙粉煤的粘結性，確定粘結劑的配比，即將2份的煤焦油和7份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據無煙粉煤的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將2份的石油瀝青，3份的煤瀝青，3份的炭黑和1份的水玻璃，混合均勻，在500'C 650°C的溫度下，經縮聚5小時製得球化劑。
最後，將100份的無煙粉煤粉碎至粒度小於2mm的細料，乾燥後加入製得的9份粘結劑混合均勻後，在80'C 15(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的9份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇300 400KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以1 2。C/min的升溫速率加熱到750 850°C，恆溫2 2.5小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 4. 28%,硫分(SQg) 0. 62%,揮發份(Vt) 1. 39%，灰分(Ag) 9. 23%,落下強度(SD/0) 95.50%，顯氣孔率(Ps) 28.5%。實施例2
首先，根據無煙粉煤的粘結性，確定粘結劑的配比，即將3份的煤焦油和8份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據無煙粉煤的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將3份的石油瀝青，4份的煤瀝青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均勻，在60(TC 750。C的溫度下，經縮聚7小時製得球化劑。
最後，將100份的無煙粉煤粉碎至粒度小於2mm的細料，乾燥後加入製得的11份粘結劑混合均勻後，在10(TC 25(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的13份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇500KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以2 5'C/min的升溫速率加熱到800 900'C，恆溫1.5 2小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 4. 10%，硫分(SQg) 0. 73%，揮發份(Vt) 1. 36%,灰分(Ag) 8. 70%，落下強度(SD/°) 94.80%,顯氣孔率(Ps) 32.0%。實施例3
首先，根據貧煤粉煤的粘結性，確定粘結劑的配比，即將3份的煤焦油和9份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據貧煤粉煤的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將4份的石油瀝青，4份的煤瀝青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均勻，在60(TC 850'C的溫度下，經縮聚8小時製得球化劑。
最後，將100份的貧煤粉煤粉碎至粒度小於2mm的細料，乾燥後加入製得的12份粘結劑混合均勻後，在100'C 250'C的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的14份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力
的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇400 550KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分
為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以6'C/min的升溫速率加熱到850 950",恆溫3小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 3.99%，硫分(SQg) 0.70%，揮發份(Vt) 1.45%，灰分(Ag) 9.58%,落下強度(SD45°) 95.00%，顯氣孔率(Ps) 34.0%。實施例4
首先，根據貧煤粉煤的粘結性，確定粘結劑的配比，即將3份的煤焦油和11份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據貧煤粉煤的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將4份的石油瀝青，4份的煤瀝青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均勻，在600'C 850'C的溫度下，經縮聚4小時製得球化劑。
最後，將100份的貧煤粉煤粉碎至粒度小於2mm的細料，乾燥後加入製得的14份粘結劑混合均勻後，在15(TC 25(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的14份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力
的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇600KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以7 9°C/min的升溫速率加熱到850 1100°C，
7恆溫1.5小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 4.05%，硫分(SQg) 0.68%，揮發份(Vt) 1.41%，灰分(Ag) 9.05%，落下強度(SD/0) 93.亂顯氣孔率(Ps) 36.0%。實施例5
首先，根據焦粉的粘結性，確定粘結劑的配比，即將5份的煤焦油和10份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據焦粉的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將5份的石油瀝青，5份的煤瀝青，4份的炭黑和2份的水玻璃，混合均勻，在600'C 850°C的溫度下，經縮聚8小時製得球化劑。
最後，將100份的焦粉粉碎至粒度小於2nun的細料，乾燥後加入製得的15份粘結劑混合均勻後，在60'C 15(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的16份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇700KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以8'C/min的升溫速率加熱到1000 1100°C，恆溫2小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 3.80%，硫分(SQg) 0.58%，揮發份(Vt) 1.32%,灰分(Ag) 8.35%，落下強度(SD450) 96. 2%，顯氣孔率(Ps) 29.6%。實施例6
首先，根據焦粉的粘結性，確定粘結劑的配比，即將6份的煤焦油和12份的瀝青混合均勻製得粘結劑。
其次，根據焦粉的粘結性以及型煤在炭化過程中的收縮等因素，確定球化劑的配比，即將6份的石油瀝青，5份的煤瀝青，5份的炭黑和2份的水玻璃，混合均勻，在500'C 650'C的溫度下，經縮聚5.5小時製得球化劑。
最後，將100份的焦粉粉碎至粒度小於2mm的細料，乾燥後加入製得的18份粘結劑混合均勻後，在60。C 15(TC的溫度下充分攪拌混合，同時加入製得的18份球化劑；將攪拌均勻的具有較好粘結並呈塑性的混合物料輸送至成型設備成型，在成型過程中，成型壓力的選擇直接影響型煤的密度和炭化後的強度，通過對成型壓力與型煤密度和炭化後強度的分析，本工藝選擇900KN的成型壓力；將成型後的型煤裝入炭化爐炭化，整個炭化過程分為型煤乾燥、預熱和軟化，開始熱分解，熱解和粘結，固-膠體固化，型煤收縮五個階段，而影響各階段的主要因素是升溫速率，本工藝選擇以8 10°C/min的升溫速率加熱到950 1050°C，恆溫3小時後生成炭化型煤。並對炭化型煤進行工業分析，全硫測定和機械強度測定，得到其質量指標為水份(Wt) 3.63%,硫分(SQg) 0.54%,揮發份(Vt) 1.28%，灰分(Ag) 8.75%，落下強度(SD/°) 97.3%,顯氣孔率(Ps) 30.5%。
權利要求
1.一種煤料生產炭化型煤的方法，其特徵是在100份的煤料中加入7～18份粘結劑混合均勻後，在50℃～250℃的溫度下充分攪拌混合，同時加入9～20份球化劑；然後將攪拌均勻的混合物料在300～1000KN的壓力下壓成型煤；最後將型煤裝入炭化爐，以1～10℃/min的升溫速率加熱到750～1100℃，恆溫1～3小時生成炭化型煤。
2. 權利要求1所述的煤料生產炭化型煤的方法，其特徵在於煤料是粒度小於2ram的無煙 粉煤、貧煤粉煤或焦粉。
3. 權利要求1所述的煤料生產炭化型煤的方法，其特徵在於粘結劑是1 6份的煤焦油和 6 12份的瀝青混合均勻製得。
4. 權利要求1所述的煤料生產炭化型煤的方法，其特徵在於球化劑是2 7份的石油瀝青， 3 5份的煤瀝青，3 5份的炭黑和1 3份的水玻璃，混合均勻，在500'C 85(TC的溫度下， 經縮聚3 10小時製得。
全文摘要
一種煤料生產炭化型煤的方法是在煤料中加入粘結劑混合均勻後，在50℃～250℃的溫度下攪拌，同時加入球化劑；然後在300～1000KN的壓力下成型；按程序升溫炭化，生成炭化型煤。本發明在煤料中加入粘結劑和球化劑，並調整煤料粒度和配比參數，通過調節小球體尺寸及其連接特性，進而控制裂紋生成和收縮特性，實現產品的強度和粒度的性能指標控制，提高炭化型煤的整球率和強度，改善顯氣孔率，獲得了優質的炭化型煤產品。
文檔編號C10B57/06GK101550372SQ20091007439
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月16日 優先權日2009年5月16日
發明者孫亞玲, 張永發, 力 楊, 言 梁 申請人:山西中元煤潔淨技術有限公司