第34卷第6期中國礦業(yè)大學學報Vol 34 No 62005年11月Journal of China University of Mining & TechnologOV文章編號:1000-1964(2005)06-0779-05型焦制備與氣化試驗研究武建軍,韓甲業(yè),諶天兵,應瑩,李飛明(中國礦業(yè)大學化工學院,江蘇徐州221008)摘要:以焦粉為原料,添加一種有機-無機復合黏結劑,采用冷壓成型的方法,研究開發(fā)出了冷強度≥70kgf/球,熱強度≥30kgf/球,灰熔點大于1500C的高質(zhì)量氣化型焦通過在移動床氣化爐的造氣實驗表明,該氣化型焦完全符合工業(yè)化造氣用煤要求,可替代焦炭作為生產(chǎn)半水煤氣的原料.關鍵詞:焦粉;氣化型焦;冷壓成型;氣化爐中圖分類號:TQ523.4文獻標識碼:AStudy of Formed Coke Production and Gasification ExperimentWU Jian-jun, hAn Jia-ye, CHEN Tian-bing, YING Ying, LI Fei-ming(School of Chemical Engineering and Technologyhina University of Mining & Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, ChinaAbstract: The major objective of this study was to explore the use of coke powder as main materiaof producing formed coke which is formed under a certain pressure at room temperature added withan organic-inorganic multiple binder. The result show that the ashy melting point of the formedcoke is above 1 500C and its cold strength over 70 kg as well as its thermal strength also surpasseskg. It has been proved that the formed coke is qualified to be used as industrial gasification coalbed gasify furnaceKey words: coke powder; gasification formed coke; cold briquetting; gasify furnace焦粉是冶金、化工、電石等生產(chǎn)企業(yè)將工業(yè)焦害人身健康③.焦粉氣化型焦工藝的開發(fā)則可解決炭破碎時產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物,因粒度小,不符合生造氣用塊煤或塊焦供不應求和焦粉大量積壓的矛產(chǎn)工藝要求而被廢棄.據(jù)調(diào)查,焦化廠通常焦粉盾,使制出的型焦達到高強防水,在氣化爐的高溫、產(chǎn)率約為5%.然而,今年由于煉焦煤經(jīng)常被人為強制通風、快速反應、料層移動條件下能夠使的混雜,配煤質(zhì)量下降,因而許多焦化廠焦粉的實用6.用焦粉生產(chǎn)氣化型焦,提高了焦粉的經(jīng)濟附際產(chǎn)率高達7%~8%2.目前我國大多數(shù)用焦企加值,是焦粉加工利用的一條新的技術途徑.本業(yè)因沒有找到解決焦粉成型的有效辦法,廢棄焦粉文介紹以焦粉為原料,添加一種有機-無機復合黏只能當作低級燃料廉價處理.工業(yè)廢棄焦粉不能再結劑,采用冷壓成型的方法生產(chǎn)出了冷、熱強度利用,這不僅造成了大量能源浪費,生產(chǎn)成本上升,高,熱穩(wěn)定性好的氣化型焦.在山西焦化有限公司經(jīng)濟效益下降,更為重要的是廢棄焦粉堆積露天,的諧氣嶠結里表明,該氣化型焦完全符風吹日曬,四處飛揚,造成對環(huán)境嚴重的粉塵污染中國煤化工它來替代焦炭作為生產(chǎn)直接影響到生產(chǎn)廠區(qū)及周圍的工作和生活環(huán)境,危RYCNMHG收稿日期:基金項P影業(yè)大學科技基金項目(H949作者簡3-),男,河南省鄭州市人,副教授,博士,從事型煤、型焦和固硫方面的研究780中國礦業(yè)大學學報第34卷原料制備及工藝方案成型水分:10%~14%型煤干重:(30±1)g/個1原料制備干燥條件:105C(2h);焦粉,破碎至3mm以下;成型溫度:室溫;風化煤,粉碎至177m以下;摻混時間:10~15min黏土,粉碎至125gm以下2.2黏結劑對型焦質(zhì)量的影響實驗用粉分析見表1型煤的熱穩(wěn)定性是指型煤在高溫燃燒或氣化表1試驗用粉工業(yè)分析過程中對熱的耐受程度,即型煤在高溫作用下保持Table 1 Proximate anal ysis of coke powder原來形狀的性質(zhì)0.型焦的熱穩(wěn)定性是影響型焦名稱造氣效果的關鍵因素,而黏結劑在粉焦成型的過程83.32中起著非常重要的作用,不同的黏結劑對同一種原2工藝方案料煤具有不同的黏結效果,同一種黏結劑的不同添粉焦成型工藝見圖1加量對同一種原料煤也具有不同的黏結效果.基于□匾四【四這個理,同冶粉,通過使用不同的粘結涼干叫澤翩定溶解律,為最終確定氣化型焦生產(chǎn)配方提供理論基礎向聞南威座2.2.1Y3黏結劑對型焦冷熱強度的影響制備[制備從圖2可以觀察到:型煤的冷強度隨著Y3配比的增加而明顯提高,Y3的添加量對型煤冷強度的影響很明顯,在不加Y3時型煤的冷強度很低,成型仟千燥入爐造氣當Y3的配比大于2%時型煤的冷強度就達到粉焦成型工藝流程99%以上,但當配比大于4%時,變化就不明顯了;Fig1 Processof coke powder formedY3對型煤熱穩(wěn)定性的影響也是非常明顯的,從沒影響型焦質(zhì)量的一個重要因素就是黏結劑無有Y3時的58.23%增加到Y3為2%時的機黏結劑成型后的冷、熱強度好,熱穩(wěn)定性好,價格96.32%,當Y3配比增大到4%時,型煤熱穩(wěn)定性低,但防水性能差,型焦的發(fā)熱量降低,灰分提高的變化就不明顯了,到10%還稍微有點下降有機黏結劑成型的型焦機械強度和防水性能能滿熱強度足要求,也不會降低發(fā)熱量,但熱穩(wěn)定性差,價格偏冷強度高,生產(chǎn)成本高8.本文提出了一種有機-無機復合黏結劑,采用冷壓成型的方法,用此黏結劑冷壓成型的氣化型焦具有冷、熱強度高,熱穩(wěn)定性好和防水效果優(yōu)良的特性,其指標完全滿足普通煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量要求.另外,所研發(fā)的有機-無機復合黏結劑型煤黏結劑還具有來源廣、價廉、灰分增加量圖2Y3的添加量對氣化型焦冷熱強度的影響少的特點Fig 2 Influence of Y3 content on cold strength andhermal strength of formed coke for gasfication produced2型焦配方的研制Y3黏結劑是一種天然高分子化合物,一般由焦粉成型質(zhì)量好壞與添加劑中各種原料配比直鏈分子和支鏈分子2部分組成支鏈分子遇水生成穩(wěn)定的溶液,該溶液具有較高的黏度.有學者有直接的關系.為了保證型焦質(zhì)量符合生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)工藝要求,本課題對焦粉成型的各種原料配H中國煤化工甄結合成束狀結構,經(jīng)過比做了大量反復試驗,并對黏結劑種類及其添加量CNMHG們同煤粒子接觸時,產(chǎn)生分子間黏附力,使得型煤具有一定的強度對型焦質(zhì)量的影響做了深入研究.經(jīng)過對比實驗,2.2.2X黏結劑對型焦冷熱強度的影響最終確定了氣化型焦生產(chǎn)的原料最優(yōu)配比從圖3不難看出:型焦的冷、熱強度均隨著黏21型焦戌丹腰條件結劑X配比的增加而明顯提高;從不添加X到添成型壓力:35~40MPa第6期武建軍等:型焦制備與氣化試驗研究781加Ⅹ,型煤的冷、熱強度變化更是非常明顯,在不添其作黏結劑時,添加量太多了對型煤的冷、熱強度加ⅹ時,型焦的冷強度幾乎為0,熱強度為7.45%,不利.添加量在控制在6%~9%之間時,型煤的機但當Ⅹ的添加量達到2%時,型焦的熱強度達到了械強度可大幅度提高.93.92%冷強度達到了85.13%;當Ⅹ的配比增加2.3型焦配方的優(yōu)化選擇到一定量時,型煤的冷、熱強度變化都趨于平緩,當通過對各種黏結劑對型焦質(zhì)量影響的分析研X的添加量達到6%時,型焦的冷熱強度幾乎不再究,結合有機黏結劑和無機黏結劑各自的優(yōu)缺點增加.最終研發(fā)出了有機一無機復合黏結劑.該有機—無機符合黏結劑,所選用的添加劑有Y1,Y2,Y3,W冷強度Z1和Z2等.Y1黏結劑,作用是增強型焦的冷強度,促進在熱態(tài)下使焦粉顆粒間黏連,促進熱穩(wěn)定性提高,因為是一種有機廢棄物,不會提高型焦灰分,成本也較低.Y2黏結劑,是一種具有冷態(tài)和熱態(tài)強度共同作用的黏結劑,與Z1助劑作用生成黏圖3X的添加量對氣化型焦冷熱強度的影響性較好的黏結劑X,本身灰分較低,對型焦灰分影Fig 3 Influence of X content on cold響不大.W黏結劑,是一種無機黏結劑,對提高型strength and thermal strength of焦冷強度有利,來源廣,成本低,有利于提高型焦的formed coke for gasfication produced灰熔點.Y3黏結劑,有機黏結劑,對提高型焦冷態(tài)Ⅹ黏結劑是一種水溶性的黏結劑,對煤有很強強度有利,尤其是濕球的初始強度.Y4是一種有機的親和力,能很好地潤濕煤粒表面,以至能滲入煤高分子黏結劑,可提高型焦的冷強度,尤其是型焦的微孔結構中.在成型壓力作用下,X黏結劑能黏的初始強度.Z2助劑,對提高型焦活性有利結煤料,是使型煤具有一定的初始強度,型煤烘干經(jīng)試驗研究,氣化型焦最終配方方案如表2所后,隨水分的蒸發(fā),X黏結劑能縮成膠體,最后收縮示.采用表2所示配方進行生產(chǎn)實踐,加工出來的固化,將煤料黏結牢固,使型煤具有較高的強度型焦,冷強度為≥70kgf/球,熱強度≥30kgf/球,灰2.2.3W黏結劑對型焦冷熱強度的影響熔點1500C不熔,加工過程中返料約7%.對成品從圖4可以看出:黏結劑W配比的變化對型型焦進行工業(yè)分析,得到的結果如表3所示焦熱穩(wěn)定性的影響不明顯;但型焦的冷強度隨著W配比的增加而提高,從不添加W到添加W冷強表2氣化型焦最終配方方案Table 2 Fill a prescription of formed coke度曲線變化較大,在W的添加量達到3%時,冷強for gasfication produced度從不添加W時的68.76%提高9.39%;隨著W名稱焦粉添加量的繼續(xù)增加,冷強度曲線趨于平緩,在添加量達到7%后,冷強度基本上穩(wěn)定在99.70%左右.c/%0.3~0.41~1.30.05~0.10.1~0.3熱強度表3生產(chǎn)成品型焦工業(yè)分析Table 3 Proximate analysis of formed coke冷強度5%63型焦工業(yè)化造氣試驗圖4W的添加量對氣化型焦冷熱強度的影響型焦的工業(yè)化試驗是在山西焦化有限公司的d thermal strength of formed coke中國煤化工勝行的實驗過程中對造CNMH(青況進行了72h連續(xù)生本試驗所用的黏結劑W為鈉基的,它與水的產(chǎn)考核.在考核期,2“相4“造氣爐按一定比例,混合物具有黏結性可塑性與大量的水混合可呈把焦炭和型焦配燒對于2造氣爐,型焦和焦炭的懸濁態(tài)的膠凝狀,失水又可為堅硬的固體.但W黏配燒比例為1:3;4造氣爐型焦和焦炭的配燒比結劑本身嗄顰報大,成型后收縮易產(chǎn)生裂紋,用例按照1:3和1:1交替進行這樣按照原料的體積比,2造氣爐的型焦配燒比例為25%,4造氣爐中國礦業(yè)大學學報第34卷的型焦配燒比例為38%.實驗方式采用對比性實進行比較,結果如表6所示驗,即在工藝參數(shù)不變的前提下,只更換原料,把考表6考核前后造氣爐下灰情況核前的數(shù)據(jù)指標和考核期的數(shù)據(jù)指標進行對比分Table 6 The amount of ash from gasifyfurnace before test and after test析3.2半水煤氣量及成份圓門上行集塵器下行集塵器平車·d-1)(翻斗車·d-1)(平車·d-1)在T2h生產(chǎn)考核期間,依據(jù)考核方案對造氣2#爐4#爐2#爐4爐2#爐4#爐爐所生產(chǎn)的半水煤氣每小時做一次全分析,共取得考核前13.4115.242.43.441.51.572組分析數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)進行匯總,求平均得到考核期18.6627.994了考核期間的所生產(chǎn)的半水煤氣的成分數(shù)據(jù),并將從表6可以看出圓門和上行集塵器的下灰量此數(shù)據(jù)與考核前純燒焦炭時的半水煤氣成分的平明顯增多,下行集塵器的下灰量沒有變化均值進行了比較.數(shù)據(jù)如表4所示4結論表4考核前后造氣爐半水煤氣量及成份Table 4 Component and amount of semi-water1)利用粉焦生產(chǎn)的氣化型焦冷熱強度高,冷gas furnace before test and after test項目氣體成份/%強度≥70kgf/球,熱強度≥30kgf/球,灰熔點氣量/CO2O2COH2CH4N2合計(m3·h-1)1500C不熔,加工過程中返料在7%左右.型焦質(zhì)考核前7.90.43540.61.1量:固定炭≥72%,灰份20%左右,水份為0.2%考核期8.70.434.441.41.213.91007200型焦產(chǎn)品可滿足造氣爐部分配燒的要求從上表可以看出:半水煤氣量沒有變化,氣體2)型焦按27%和36.6%的比例和焦炭配燒成份有一些變化,但均在工藝指標范圍(工藝指標時,半水煤氣量和成份沒有大的變化,原料的消耗g(CO2)為6%~9%;g(C+H2)≥63%;g(O2)≤為每替代1t焦炭需1.18t型焦.在考核期間的下灰量和考核前相比,圓門和上行集塵器的下灰量明0.5%)之內(nèi)3.3原料消耗顯增多,下行集塵器的下灰量沒有變化經(jīng)實際測定,在72h考核期間2#,42臺移動3)從型焦工業(yè)化造氣試驗的考核結果來看床氣化爐共配燒型焦83.84t,其中2“爐配燒利用粉焦生產(chǎn)的型焦可以替代部分焦炭作為生產(chǎn)3.92t,4“爐配燒49.92t.另外還測定出72b的半水煤氣的原料,所以該工藝方案是可行的考核期間2消耗焦炭91.9t,4消耗焦炭86.1t,參考文獻:臺爐共耗焦炭178t.加上耗型焦83.84t,這樣臺爐共耗原料178+83.84=261.84t,平均每個班1]劉長林王毅藺謙工藝廢棄焦粉成型技術[甘肅工業(yè)大學學報,2003(1):73-75耗原料(焦炭和型焦)29.09t.而考核前純燒焦炭Liu C L, Wang Y. Lin Q. Shaping technology of時,統(tǒng)計每個班的原料消耗量為27.66t.2爐和discarded powdered coke in industries [J]. Journal of4¨爐考核前和考核期間的原料消耗如表5所示Gansu University of Technology, 2003(1): 73-7表5考核前后造氣爐原料消耗2]虞繼順,周菊武,鄒禮英.焦粉配入無煙煤制取鑄造型Table 5 Consumption of raw material焦的研究[].煤化工,1997(1):44-48before test and after testYu J S, Zhou J W, Zhou L. Y. Study on型焦/t焦炭/tmanufacturing formed foundry coke by means of2#爐4爐2爐4爐合計/tadding anthracite into coke fines [J]. Coal Chemical考核前124.47124.47248.94Industry,1997(1):44-48考核期33.9249.923]劉長林,雒和眀,茍國俊,焦粉成型技術[].環(huán)境污染由于考核期半水煤氣量和成份沒有大的變化,中國煤化工12):73-75因此從上表可以計算出每替代1t焦炭需1.18tJ. The shaping technol型焦.配燒比例分別為27%和36.6%CN MH Ghniques and Equipment forEnvironmental Pollution Control. 2002.3(12):73-753.4下灰量[4]武建軍.氣化型煤生產(chǎn)工藝優(yōu)化設計探討[].革新與在考核期間對2#,4“造氣爐的下灰情況(室內(nèi)綜述,2001(6):25-2圓門和室屴瘧塵器)進行了統(tǒng)計,將此考核期Wu J J. Coal briquette production technology間的下灰量同考核前純燒焦炭時的相應的下灰量optimization design discussion of第6期武建軍等:型焦制備與氣化試驗研究783Innovation and Survey, 2001(6): 25-278]武海燕,賈超熊,馬國順.粉焦成型制造氣化用焦的研5]諶倫建,趙躍民.型煤灰球中固硫物相及其沿徑向的究[].煤氣與熱力,2001,21(6):492-493分布特征[J].中國礦業(yè)大學學報,2001,30(6):590Wu H Y, Jia CX, Ma G s. Study on gasificationke made of coke powders[]. Coal Gas and HeatingChen L J, Zhao Y M. CharacteristiradialPower,2001,21(6):492-493distribution of sulphur-retention phase in briquette ash[9]熊明森.焦粉成型焦的生產(chǎn)工藝及其煉鐵生產(chǎn)中的應sphere[J]. Journal of China University of Mining用[J].重慶鋼鐵高等?？茖W校學報,199,9(1-2):1Technology,2001,30(6):590-592.[6]武建軍,楊曉東,韓甲業(yè),等.添加劑抑制CaSO4高溫Xiong M S. Coke powder made formed coke and the分解的TG-FTIR研究——復合固硫劑[J.中國礦application of iron producing [J]. Chongqing Steel業(yè)大學學報,2005,34(5):660-663Journal of Higher Junior College, 1999,9(1-2):1-2.wuJJ,YangⅹD, Han J Y,etal. Study on the[1θ]韓錦德,高俊,徐桂芹.造氣型煤熱穩(wěn)定性測定方constraint of additives on the thermal decomposition of的說明[].煤質(zhì)技術,2000(5):24-2CasO, at high-temperature by TG-FTIR: CompoundHan J D, Gao J, XugQ. The method of test gas-of desulfurization series[J]. Journal of Chinamaded briquette hot stability [J]. Technology ofUniversity of Mining & Technology, 2005,34(5)Nature of coal. 2000(5):24-27.660-663I1]傅玉華,邱家塵,吳家聲,等,淀粉型煤的研究[J].煤[7]王進先,趙海,曹其華.以焦粉為主制備大塊型焦化工,1995(2):27-30LJ].燃料與化工,2001(4):172-174Fu YStudy on briquetWang JX, Zhao H, Cao Q H. Lumpy coke briquetteswith starch adhesive [J]. Coal Chemical Industryade with coke fines as main raw material[J]. Fuel1995(2):27-30.and Chemical Process, 2001(4):172-174(責任編輯姚志昌)中國煤化工CNMHG