CN106929063B - 一种低阶煤的成型工艺及由该工艺制得的型煤 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于炼焦生产气化焦的低阶煤的成型工艺及由该工艺制得的型煤，所述成型工艺包括在无氧条件下对低阶煤进行干燥处理使其含水量降低至15‑20wt％，再将干燥后的低阶煤与粘结剂混合并压制成型煤。本发明一方面解决了现有技术中的脱水步骤操作难度大、能耗高的不足，另一方面也克服了含水量小的低阶煤在压制过程中易自燃的缺陷，并且本发明通过严格控制压制的工艺条件，只需压制一次便可使低阶煤成型，由此可简化工艺、且还利于减少能耗、降低成本投入。另外，本发明提供的低阶煤型煤的抗压强度可达27MPa，该型煤原料在适当的焦化条件下能产生较多的粗煤气、焦油和焦炭，且所得焦炭可直接从焦炉中推出，使得本发明的低阶煤型煤非常适用于炼焦。

Description

一种低阶煤的成型工艺及由该工艺制得的型煤

技术领域

本发明涉及低阶煤提质转化技术领域，尤其涉及一种适用于以低阶煤为原料进行炼焦的低阶煤成型工艺及由该工艺制得的型煤原料。

背景技术

自十八世纪以来，煤炭已成为人类世界广泛使用的能源之一，就我国的能源消费结构而言，目前煤炭占据70％左右，是国民赖以生存的主要能源。依据结构和组成的不同，煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，其中烟煤又分为低变质烟煤和中变质烟煤，低变质烟煤又称作次烟煤，其与褐煤一起统称为“低阶煤”。据统计，我国低阶煤的储量占全国已探明的煤炭储量的55％以上，高达5612亿吨，但由于低阶煤作为煤化作用初期的产物，具有含碳量低、水分高、易粉化、易自燃、挥发份高、浸水强度差、抗跌强度差等特点，因而严重限制了低阶煤的直接开发利用，这无疑造成了巨大的资源浪费。另外，随着国内能源需求的日益增大和优质煤炭资源量的锐减，低阶煤的提质转化与综合利用已然成为当前我国能源研究与开发的重点领域。

迄今为止，国内外针对低阶煤的提质加工技术大致可分为热解提质技术、非蒸发脱水提质技术和成型提质技术三大类，其中，对于成型提质技术而言，低阶煤在成型过程中，高压或剪切等物理作用对其凝胶结构和孔隙系统产生了不可逆的破坏，因而能够从本质上提升低阶煤的煤阶，使其煤化程度也随之提高，从而解决了干燥低阶煤的粉尘大、易重新吸水、易于自燃等不足，并使得到的低阶煤型煤具有一定的防水性。例如，中国专利文献CN101928619A公开了一种便于集装箱运输的褐煤煤块成型方法，其包括以下步骤：(1)原料处理：通过干燥装置调节褐煤粉的温度在100℃±5℃、含水率12-14％(重量)；(2)压制成型：将褐煤粉通过液压机械压制，压制压强＞35MPa，压制模式为3-4次压制；(3)冷却：压制后的块煤通过静置自然冷却。上述技术在不使用粘结剂的情况下直接将褐煤粉压制成块煤，有效降低了煤粉在使用过程中所造成的粉尘污染，有助于环境保护，同时该技术制得的块煤具有良好的耐水性和安定性，便于集装箱运输。

但是，上述技术能够直接将褐煤压制成型所必须具备两个先决条件是，首先需要对褐煤进行脱水处理，以使其含水率降低至12-14wt％，其次，保证压制时的压强大于35MPa，并且需要压制3-4次才能成型。由于上述技术对褐煤的含水量要求较高，导致脱水步骤的操作难度大，能耗高，更重要的是低含水量的褐煤极易自燃，尤其是在压力大于35MPa的压制条件下，导致安全生产的危险性提高。为了解决上述问题，该技术将压制工序分成3-4次进行，在一定程度上降低了褐煤自燃的风险，但并不能从根本上有效遏制，并且多次压制还会造成工艺耗时长，同样能耗也较高。另外，上述技术制得的型煤焦化后所形成的焦呈粉末状，无法实现推焦，因而也限制了上述型煤在焦化领域的应用。因此，如何改进低阶煤的成型工艺以克服现有技术存在的上述缺陷，依然是本领域尚未解决的一个技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术中的低阶煤成型工艺所存在的操作繁杂、难度大、耗时长、能耗高、安全风险高的缺陷，进而提供一种操作简便快捷、能耗低、安全性好的低阶煤成型工艺。

本发明解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的低阶煤型煤所存在的无法用于炼焦的缺陷，进而提供一种能用于炼焦且所得焦炭可应用于固定床造气领域、替代块煤用于造气生产燃气、合成氨、甲醇及其它化工产品的低阶煤型煤原料及其成型工艺。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

干燥步骤：在105-120℃的无氧条件下对低阶煤进行干燥处理，直至所述低阶煤中的含水量达到15-20wt％；

压制步骤：将干燥后的所述低阶煤与粘结剂按质量比为(90-70)∶(10-30)的比例混匀形成混合物，采用20-30MPa的压力将所述混合物压制成型煤。

在所述干燥处理之前，所述低阶煤的粒度不大于6mm；所述低阶煤的G值小于40、挥发分含量大于40％。

所述含水量为15-17wt％。

所述干燥步骤中的温度为107-110℃。

所述粘结剂为在850℃隔绝空气的条件下干馏失重小于50％的有机粘结剂。

所述有机粘结剂为软化点大于100℃的沥青质。

所述混合物在20-30MPa下保压0.1-2min，制得所述型煤。

在干燥后的所述低阶煤与所述粘结剂混合之前，将所述干燥后的低阶煤降温至30-40℃。

由上述成型工艺制得的低阶煤型煤。

本发明采用液压设备对上述冷却后的低阶煤或其与粘结剂所形成的混合物进行压制处理，根据所使用的模具的形状和尺寸的不同，能够制得具有任意形状和尺寸的型煤。优选地，本发明制得的型煤的形状和尺寸与捣固焦炉的炭化室相匹配为宜。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1、本发明提供的低阶煤的成型工艺，通过在100-120℃的无氧条件下对低阶煤进行干燥处理以使其含水量降低至15-20wt％，干燥后的低阶煤与粘结剂混合并压制成型煤，由于本发明干燥后的低阶煤的含水量相对较高，一方面解决了现有技术中的脱水步骤操作难度大、能耗高的不足，另一方面也克服了含水量低的低阶煤在压制过程中极易自燃的缺陷，降低了低阶煤成型工艺的危险系数。

并且，本发明的成型工艺通过严格控制压制时的压力，只需压制一次便可使低阶煤得以成型，由此使得本发明的工艺简单、易于操作、且还有利于减少能耗、降低成本投入。

2、本发明提供的低阶煤型煤，其抗压强度可达27MPa，该型煤原料在适当的焦化条件下能产生较多的粗煤气、焦油和焦炭，且所得焦炭可直接从焦炉中推出，使得本发明的低阶煤型煤非常适用于炼焦，由此解决了现有技术中的低阶煤无法用于大配比炼焦的缺陷。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明所述的低阶煤成型工艺中的低阶煤成分适用于所有的低阶煤煤种或其混合物，为便于说明，下述实施例中的低阶煤以次烟煤或褐煤为例。以下实施例中，wt％表示质量百分含量；型煤的质量＝(低阶煤的质量×低阶煤质量占型煤质量的百分比+粘结剂的质量×粘结剂质量占型煤质量的百分比)，“kg/t型煤”指每吨型煤得到的产品的千克数，“Nm³/t型煤”指每吨型煤得到的粗煤气的体积换算成0℃、1个标准大气压下的立方米数。

实施例1

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在107℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到20wt％；所述褐煤的G值为0、挥发分含量为60％、且在干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤自然降温至30-40℃之后，将其与粘结剂按9∶1的比例混匀形成混合物，将该混合物置于液压机中，在20MPa下保压1min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为110℃的煤焦油沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为45％。

将本实施例制得的型煤原料送入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为335.5Nm³/t型煤，所述焦油的量为17kg/t型煤，所述焦炭的量为490kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于47％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的20％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的50％。

实施例2

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在105℃的无氧条件下对次烟煤进行干燥处理，直至所述次烟煤的含水量达到18wt％；所述次烟煤的G值为0、挥发分含量为60％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的次烟煤降温至30℃-40℃之后，将其与粘结剂按9∶1的比例混匀形成混合物，将该混合物置于液压机中，在20MPa下保压0.1min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为120℃的石油沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为47％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油的混合物，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为343.86Nm³/t型煤，所述焦油的量为17.6kg/t型煤，所述焦炭的量为502.3kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于47％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的25％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的50％。

实施例3

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在110℃的无氧条件下对次烟煤进行干燥处理，直至所述次烟煤的含水量达到15wt％；所述次烟煤的G值为20、挥发分含量为40％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的次烟煤降温至30℃之后，将具与粘结剂按4∶1的比例混匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在30MPa下保压2min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为105℃的石油沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为356.5Nm³/t型煤，所述焦油的量为18.2kg/t型煤，所述焦炭的量为520.8kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于47％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的40％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的60％。

实施例4

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在107℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到17wt％；所褐煤的G值为30、挥发分含量为40％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤降温至30℃之后，将其与粘结剂按质量比为7∶3的比例混匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在15MPa下保压1.5min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为120℃的石油沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为345.1Nm³/t型煤，所述焦油的量为29.6kg/t型煤，所述焦炭的量为527.5kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于55％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的60％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的80％。

实施例5

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在110℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到16wt％；所述褐煤的G值为35、挥发分含量为50％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤降温至30℃之后，将其与粘结剂按质量比为4∶1的比例混合均匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在22.5MPa下保压0.5min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为105℃的煤沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为46％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为341.3Nm³/t型煤，所述焦油的量为44.34kg/t型煤，所述焦炭的量为532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于60％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的75％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的85％。

实施例6

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在110℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到15wt％；所述褐煤的G值为20、挥发分含量为50％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤降温至30℃之后，将其与粘结剂按质量比为7∶3的比例混合均匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在25MPa下保压1min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为120℃的煤沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，得到的所述粗煤气的量为341.3Nm³/t型煤，所述焦油的量为44.34kg/t型煤，所述焦炭的量为532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于60％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的85％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的95％。

实施例7

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在110℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到15wt％；所述褐煤的G值为0、挥发分含量为60％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤降温至30℃之后将其与粘结剂按质量比为85∶15的比例混合均匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在30MPa下保压1min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为120℃煤沥青，具在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，并进一步从焦油中分离出粗苯，得到的所述粗煤气的量为341.3Nm³/t型煤，所述焦油的量为44.34kg/t型煤，所述焦炭的量为532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于60％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的90％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的97％。

实施例8

本实施例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在110℃的无氧条件下对次烟煤进行干燥处理，直至所述次烟煤的含水量达到19wt％；所述次烟煤的G值为30、挥发分含量为55％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的次烟煤降温至35℃之后将其与粘结剂按质量比为75∶25的比例混合均匀形成混合物，再将该混合物置于液压机中，在20MPa下保压2min即得长方体状的型煤；所述粘结剂为软化点为120℃的煤沥青，其在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％。

将本实施例制得的型煤原料推入焦炉内进行焦化处理，控制焦化温度为950℃、焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭；采用常规工艺分离得到粗煤气和焦油，并进一步从焦油中分离出粗苯，得到的所述粗煤气的量为341.3Nm³/t型煤，所述焦油的量为44.34kg/t型煤，所述焦炭的量为532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固体碳含量不小于60％，挥发分含量不大于3％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的90％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的95％。

对比例1

本对比例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在107℃-110℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到20wt％；所述褐煤的G值为0、挥发分含量为60％、且干燥前的粒度不超过6mm；

(2)待干燥后的褐煤自然降温至30℃-40℃之后再将其置于液压机中，在40MPa下压制3次，每次压制周期为20秒，即得长方体状的型煤。

对比例2

本对比例所述的低阶煤的成型工艺，包括如下步骤：

(1)在100℃的无氧条件下对褐煤进行干燥处理，直至所述褐煤的含水量达到14wt％；所述褐煤的G值为0、挥发分含量为60％、且粒度不超过6mm；

(2)将干燥后的褐煤置于液压机中，在40MPa下压制3次，每次压制周期为20秒；

(3)压制后的块煤经自然冷却，即得长方体状的型煤。

实验例1

使用YA-100B抗压强度试验机对上述实施例及对比例中制得的型煤进行强度测试，结果如表1所示：

表1上述实施例及对比例制得的型煤的抗压强度

	实施例1	实施例3	实施例4	实施例6
					抗压强度(MPa)	18	20	22	24
	实施例7	实施例8	对比例1	对比例2
					抗压强度(MPa)	26	27	12	16

从表1可以看出，与对比例1-2相比，本发明上述实施例制得的型煤具有更高的抗压强度，说明本发明的低阶煤成型工艺有利于制备得到高强度的型煤原料。

实验例2

对上述实施例及对比例制得的型煤进行安定性测试：使用切割机高速切割对比例2的型煤时出现零星火花，说明对比例2制得型煤的安定性较差。而高速切割实施例1-8制得的型煤时均无燃烧现象发生，表明由本发明的成型工艺制得的低阶煤型煤难以自燃，安定性好。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种低阶煤的成型工艺，步骤为：

干燥步骤：在105-120℃的无氧条件下对低阶煤进行干燥处理，直至所述低阶煤中的含水量达到16-20wt％；

压制步骤：将干燥后的所述低阶煤与粘结剂按质量比为(90-70)：(10-30)的比例混匀形成混合物，在20-30MPa下保压0.1-2min,通过一次压制将所述混合物压制成型煤。

2.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，在所述干燥处理之前，所述低阶煤的粒度不大于6mm；所述低阶煤的G值小于40、挥发分含量大于40％。

3.根据权利要求1或2所述的成型工艺，其特征在于，所述含水量为16-17wt％。

4.根据权利要求1-2任一项所述的成型工艺，其特征在于，所述干燥步骤中的温度为107-110℃。

5.根据权利要求1-2任一项所述的成型工艺，其特征在于，所述粘结剂为在850℃隔绝空气的条件下干馏失重小于50％的有机粘结剂。

6.根据权利要求5所述的成型工艺，其特征在于，所述有机粘结剂为软化点大于100℃的沥青质。

7.根据权利要求1、2、6中任一项所述的成型工艺，其特征在于，在干燥后的所述低阶煤与所述粘结剂混合之前，将所述干燥后的低阶煤降温至30-40℃。

8.由权利要求1-7任一项所述的成型工艺制得的低阶煤型煤。