一種對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝的製作方法

2023-06-28 19:39:56

本發明涉及氣化焦生產技術領域，尤其涉及一種採用搗固焦爐對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝。

背景技術：

自十八世紀以來，煤炭已成為人類世界廣泛使用的能源之一，就我國的能源消費結構而言，目前煤炭佔據70％左右，是國民賴以生存的主要能源。依據結構和組成的不同，煤炭分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類，其中煙煤又分為低變質煙煤和中變質煙煤，低變質煙煤又稱作次煙煤，其與褐煤一起統稱為「低階煤」。據統計，我國低階煤的儲量佔全國已探明的煤炭儲量的55％以上，高達5612億噸，但由於低階煤作為煤化作用初期的產物，具有含碳量低、水分高、易粉化、易自燃、揮發份高、浸水強度差、抗跌強度差等特點，因而嚴重限制了低階煤的直接開發利用，這無疑造成了巨大的資源浪費。另外，隨著國內能源需求的日益增大和優質煤炭資源量的銳減，低階煤的提質轉化與綜合利用已然成為當前我國能源研究與開發的重點領域。

迄今為止，國內外針對低階煤的提質加工技術大致可分為熱解提質技術、非蒸發脫水提質技術和成型提質技術三大類，其中，對於成型提質技術而言，低階煤在成型過程中，高壓或剪切等物理作用對其凝膠結構和孔隙系統產生了不可逆的破壞，因而能夠從本質上提升低階煤的煤階，使其煤化程度也隨之提高，從而解決了乾燥低階煤的粉塵大、易重新吸水、易 於自燃等不足。但目前的低階煤提質技術均處於試驗研究和工程化初始應用階段，不存在使其大規模工業化應用的設備，由此限制了低階煤的開發利用。

生物質能是綠色植物將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量，即以生物質為載體的能量形式，它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。近年來研發的生物質固化成型技術改變了傳統的生物質能利用方式，將鬆散的生物質轉化為高密度的成型燃料，直接燃燒或用作氣化、液化原料，成為生物質能開發利用的一種有效途徑，也是替代常規能源的有效方法，然而遺憾的是，目前尚不具備使生物質燃料大規模工業化應用的設備。

搗固焦爐是煤的焦化工藝中使用的大型化設備，其佔地面積廣，投資基建費用大。煤焦化是以煤為原料經高溫乾餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油並回收其它化工產品的一種煤轉化工藝，其焦炭產品主要是冶金焦或化工焦。由於工業上對這類焦炭的品質要求很高，使得生產冶金焦或化工焦所採用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、氣煤、肥煤、瘦煤、貧瘦煤等煤種，屬於中變質煙煤，但是近年來煤炭資源的短缺，特別是用於焦化工業的中高品質煤原料的減少，使得焦化行業的原料成本與日俱增，加之近幾年鋼鐵、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行業的衰退，導致焦炭產品的需求量減少、價格下滑，從而迫使焦化廠急劇縮減焦炭產量，由此帶來的後果是搗固焦爐停止運行，而一旦焦爐停用便會報廢，那麼為了保護斥巨資投建的搗固焦爐設備，就不得不在最低程度內維持焦爐的運行，這 樣不僅降低了搗固焦爐的利用度，還會造成焦化行業的產能過剩。因此，如何拯救瀕臨負增長的焦化產業，提高搗固焦爐的利用度，解決焦化行業產能過剩的問題已成為當前遏制焦化行業發展的瓶頸。

綜上所述，在目前的形勢下如何能夠將搗固焦爐應用於低階煤和生物質的開發利用領域以使上述問題都得以迎刃而解，是困擾本領域技術人員的一個技術難題。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題在於克服現有技術無法實現低階煤和生物質能大規模應用的缺陷及現有的搗固焦爐利用度低的問題，進而提供一種採用搗固焦爐對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝。

為此，本發明實現上述目的的技術方案為：

一種對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將生物質原料打包成捆，形成捆狀料；

(2)將低階煤裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核殼結構的物料；

(3)在20-100℃、15-40mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含有低階煤和生物質的成型料；

(4)對所述成型料進行焦化處理，控制焦餅中心溫度為950-1050℃、焦化時間不小於16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到殘炭。

所述生物質原料的含水量不大於20wt％；所述生物質原料為秸稈和/或木質廢棄物。

所述捆狀料的體積不小於0.5m3。

所述低階煤的含水量不大於20wt％。

步驟(2)中，將所述低階煤與粘結劑按質量比(9-7)：(1-3)混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內部。

所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下乾餾失重小於50％的有機粘結劑。

所述低階煤與所述捆狀料的質量比為1：(1-5)。

所述壓制的條件下力為50-70℃、20-30mpa。

所述成型料與所述物料的密度之比為(2-4)：1。

所述焦化處理是在搗固焦爐中進行的。

本發明採用液壓設備對上述具有核殼結構的物料進行壓制處理，根據所使用的模具的形狀和尺寸的不同，能夠製得具有任意形狀和尺寸的成型料。優選地，本發明製得的含低階煤和生物質的成型料的形狀和尺寸與搗固焦爐的炭化室相匹配。

本發明的上述技術方案具有如下優點：

1、本發明提供的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，通過將低階煤裝填於由生物質打包所形成的捆狀料中，再在特定條件下對得到的具有核殼結構的物料進行壓制處理，即可製得含低階煤和生物質的成型料，這樣一方面可使低階煤和生物質原料能夠推入搗固焦爐中進行高溫乾餾，另一方面還使得低階煤和生物質乾餾後的固體產物易於從搗固焦爐中推出，從而得到可觀量的粗煤氣、焦油、殘炭。可見，本發明的工藝不僅能夠降低油氣和焦炭產品的原料成本，還可有效實現生物質的資源化利用，使得本發明既有可觀的經濟效益又有一定的社會效益。由此，本發明的工藝不僅解決了現有技術因不存在大規模的工業化設備而使低階煤和生 物質應用受限的問題，還有效克服了現有的搗固焦爐利用度低、焦化行業產能過剩的問題。

2、本發明提供的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，優選將低階煤與粘結劑的混合物裝填至所述捆狀料的內部，進一步優選粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下乾餾失重小於50％的有機粘結劑，使得粘結劑中的有效成分可促進低階煤和生物質中的高分子聚合物在高溫下的降解，從而有助於提高低階煤和生物質原料的油氣產量，使油氣總量增產10％以上。並且在成型過程中，一定的壓力作用促使粘結劑將生物質與低階煤粘合，使得低階煤和生物質原料在高溫乾餾過程中產生的液體能夠滲入至粘結劑中，這樣有助於提高低階煤和生物質所產的焦炭的質量。

具體實施方式

下面將對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。

本發明製得的成型料中的低階煤成分適用於所有的低階煤煤種或其混合物，為便於說明，下述實施例中的低階煤以次煙煤或褐煤為例。在下述實施例中，wt％表示質量百分含量，成型料的質量＝((低階煤的質量+生物質的質量)×80％+粘結劑的質量)，「kg/t成型料」指每噸成型料得到的產品的千克數，「nm3/t成型料」指每噸成型料得到的粗煤氣的體積換算成0℃、1個標準大氣壓下的立方米數。

實施例1

本實施例所述的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將含水量為18wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；

(2)將含水量為20wt％的次煙煤裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核殼結構的物料；所述次煙煤與所述捆狀料的質量比為1：5；

(3)在50℃、15mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含低階煤與生物質的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為2：1；

(4)將所述成型料推入搗固焦爐中進行焦化處理，控制焦化溫度為1050℃，焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到殘炭。

本實施例得到的粗煤氣的量為500nm3/t成型料，焦油的量為10kg/t成型料，，焦炭的量為300kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小於50％、揮發分含量不大於4％，焦炭篩分後粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的10％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的20％。

實施例2

本實施例所述的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將含水量為15wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.6m3的長方體狀捆狀料；

(2)將含水量為15wt％的褐煤裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核 殼結構的物料；所述褐煤與所述捆狀料的質量比為1：3；

(3)在100℃、30mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含低階煤與生物質的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為3：1；

(4)將所述成型料推入搗固焦爐中進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃，焦化時間為18小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭。

本實施例得到的粗煤氣的量為470nm3/t成型料，焦油的量為38kg/t成型料，焦炭的量為359kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小於50％、揮發分含量不大於5％，焦炭篩分後粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的10％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的20％。

實施例3

本實施例所述的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將含水量為16wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；

(2)將含水量為17wt％的次煙煤與粘結劑按質量比9：1混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核殼結構的物料；

所述次煙煤與所述捆狀料的質量比為1：1，所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下乾餾失重小於50％的有機粘結劑，在本實施例中所述有機粘結劑優選為軟化點為120℃的煤瀝青；

(3)在70℃、20mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含低階煤與生物質的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為2.5：1；

(4)將所述成型料推入搗固焦爐中進行焦化處理，控制焦化溫度為1000℃，焦化時間為20小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭。

本實施例得到的粗煤氣的量為580nm3/t成型料，焦油的量為15kg/t成型料，焦炭的量為320kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小於50％、揮發分含量不大於4％，焦炭篩分後粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的25％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的50％。

實施例4

本實施例所述的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將含水量為16wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；

(2)將含水量為18wt％的次煙煤與粘結劑按質量比7：3混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核殼結構的物料；

所述次煙煤與所述捆狀料的質量比為1：2，所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下乾餾失重小於50％的有機粘結劑，在本實施例中所述有機粘結劑優選為軟化點為125℃的石油瀝青；

(3)在20℃、40mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含低階煤與生物質的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為4：1；

(4)將所述成型料推入搗固焦爐中進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃，焦化時間為20小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到殘炭。

本實施例得到的粗煤氣的量為525nm3/t成型料，焦油的量為16kg/t成 型料，，焦炭的量為330kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小於50％、揮發分含量不大於4％，焦炭篩分後粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的40％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的60％。

實施例5

本實施例所述的對含有低階煤和生物質的成型料進行焦化的工藝，包括如下步驟：

(1)將含水量為16wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；

(2)將含水量為15wt％的次煙煤與粘結劑按質量比4：1混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內部，形成具有核殼結構的物料；

所述次煙煤與所述捆狀料的質量比為1：4，所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下乾餾失重小於50％的有機粘結劑，在本實施例中所述有機粘結劑優選為軟化點為130℃的煤瀝青；

(3)在60℃、25mpa的條件下將所述物料壓製成型，即製得含低階煤與生物質的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為3.5：1；

(4)將所述生物質成型料推入搗固焦爐中進行焦化處理，控制焦化溫度為1000℃，焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭。

本實施例得到的粗煤氣的量為550nm3/t成型料，焦油的量為13kg/t成型料，焦炭的量為310kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小於50％、揮發分含量不大於4％，焦炭篩分後粒徑在40mm以上的顆 粒總質量為焦炭總質量的20％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的40％。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。