型焦制备与气化试验研究

第34卷第6期中国矿业大学学报Vol 34 No 62005年11月Journal of China University of Mining & TechnologOV文章编号:1000-1964(2005)06-0779-05型焦制备与气化试验研究武建军,韩甲业,谌天兵,应莹,李飞明(中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)摘要:以焦粉为原料,添加一种有机-无机复合黏结剂,采用冷压成型的方法,研究开发出了冷强度≥70kgf/球,热强度≥30kgf/球,灰熔点大于1500C的高质量气化型焦通过在移动床气化炉的造气实验表明,该气化型焦完全符合工业化造气用煤要求,可替代焦炭作为生产半水煤气的原料.关键词:焦粉;气化型焦;冷压成型;气化炉中图分类号:TQ523.4文献标识码: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、电石等生产企业将工业焦害人身健康③.焦粉气化型焦工艺的开发则可解决炭破碎时产生的一种副产物,因粒度小,不符合生造气用块煤或块焦供不应求和焦粉大量积压的矛产工艺要求而被废弃.据调查,焦化厂通常焦粉盾,使制出的型焦达到高强防水,在气化炉的高温、产率约为5%.然而,今年由于炼焦煤经常被人为强制通风、快速反应、料层移动条件下能够使的混杂,配煤质量下降,因而许多焦化厂焦粉的实用6.用焦粉生产气化型焦,提高了焦粉的经济附际产率高达7%~8%2.目前我国大多数用焦企加值,是焦粉加工利用的一条新的技术途径.本业因没有找到解决焦粉成型的有效办法,废弃焦粉文介绍以焦粉为原料,添加一种有机-无机复合黏只能当作低级燃料廉价处理.工业废弃焦粉不能再结剂,采用冷压成型的方法生产出了冷、热强度利用,这不仅造成了大量能源浪费,生产成本上升,高,热稳定性好的气化型焦.在山西焦化有限公司经济效益下降,更为重要的是废弃焦粉堆积露天,的谐气峤结里表明,该气化型焦完全符风吹日晒,四处飞扬,造成对环境严重的粉尘污染中国煤化工它来替代焦炭作为生产直接影响到生产厂区及周围的工作和生活环境,危RYCNMHG收稿日期:基金项P影业大学科技基金项目(H949作者简3-),男,河南省郑州市人,副教授,博士,从事型煤、型焦和固硫方面的研究780中国矿业大学学报第34卷原料制备及工艺方案成型水分:10%~14%型煤干重:(30±1)g/个1原料制备干燥条件:105C(2h);焦粉,破碎至3mm以下;成型温度:室温;风化煤,粉碎至177m以下;掺混时间:10~15min黏土,粉碎至125gm以下2.2黏结剂对型焦质量的影响实验用粉分析见表1型煤的热稳定性是指型煤在高温燃烧或气化表1试验用粉工业分析过程中对热的耐受程度,即型煤在高温作用下保持Table 1 Proximate anal ysis of coke powder原来形状的性质0.型焦的热稳定性是影响型焦名称造气效果的关键因素,而黏结剂在粉焦成型的过程83.32中起着非常重要的作用,不同的黏结剂对同一种原2工艺方案料煤具有不同的黏结效果,同一种黏结剂的不同添粉焦成型工艺见图1加量对同一种原料煤也具有不同的黏结效果.基于□匾四【四这个理,同冶粉,通过使用不同的粘结凉干叫泽翩定溶解律,为最终确定气化型焦生产配方提供理论基础向闻南威座2.2.1Y3黏结剂对型焦冷热强度的影响制备[制备从图2可以观察到:型煤的冷强度随着Y3配比的增加而明显提高,Y3的添加量对型煤冷强度的影响很明显,在不加Y3时型煤的冷强度很低,成型仟千燥入炉造气当Y3的配比大于2%时型煤的冷强度就达到粉焦成型工艺流程99%以上,但当配比大于4%时,变化就不明显了;Fig1 Processof coke powder formedY3对型煤热稳定性的影响也是非常明显的,从没影响型焦质量的一个重要因素就是黏结剂无有Y3时的58.23%增加到Y3为2%时的机黏结剂成型后的冷、热强度好,热稳定性好,价格96.32%,当Y3配比增大到4%时,型煤热稳定性低,但防水性能差,型焦的发热量降低,灰分提高的变化就不明显了,到10%还稍微有点下降有机黏结剂成型的型焦机械强度和防水性能能满热强度足要求,也不会降低发热量,但热稳定性差,价格偏冷强度高,生产成本高8.本文提出了一种有机-无机复合黏结剂,采用冷压成型的方法,用此黏结剂冷压成型的气化型焦具有冷、热强度高,热稳定性好和防水效果优良的特性,其指标完全满足普通煤气发生炉用煤质量要求.另外,所研发的有机-无机复合黏结剂型煤黏结剂还具有来源广、价廉、灰分增加量图2Y3的添加量对气化型焦冷热强度的影响少的特点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黏结剂是一种天然高分子化合物,一般由焦粉成型质量好坏与添加剂中各种原料配比直链分子和支链分子2部分组成支链分子遇水生成稳定的溶液,该溶液具有较高的黏度.有学者有直接的关系.为了保证型焦质量符合生产企业的生产工艺要求,本课题对焦粉成型的各种原料配H中国煤化工甄结合成束状结构,经过比做了大量反复试验,并对黏结剂种类及其添加量CNMHG们同煤粒子接触时,产生分子间黏附力,使得型煤具有一定的强度对型焦质量的影响做了深入研究.经过对比实验,2.2.2X黏结剂对型焦冷热强度的影响最终确定了气化型焦生产的原料最优配比从图3不难看出:型焦的冷、热强度均随着黏21型焦戌丹腰条件结剂X配比的增加而明显提高;从不添加X到添成型压力:35~40MPa第6期武建军等:型焦制备与气化试验研究781加Ⅹ,型煤的冷、热强度变化更是非常明显,在不添其作黏结剂时,添加量太多了对型煤的冷、热强度加ⅹ时,型焦的冷强度几乎为0,热强度为7.45%,不利.添加量在控制在6%~9%之间时,型煤的机但当Ⅹ的添加量达到2%时,型焦的热强度达到了械强度可大幅度提高.93.92%冷强度达到了85.13%;当Ⅹ的配比增加2.3型焦配方的优化选择到一定量时,型煤的冷、热强度变化都趋于平缓,当通过对各种黏结剂对型焦质量影响的分析研X的添加量达到6%时,型焦的冷热强度几乎不再究,结合有机黏结剂和无机黏结剂各自的优缺点增加.最终研发出了有机一无机复合黏结剂.该有机—无机符合黏结剂,所选用的添加剂有Y1,Y2,Y3,W冷强度Z1和Z2等.Y1黏结剂,作用是增强型焦的冷强度,促进在热态下使焦粉颗粒间黏连,促进热稳定性提高,因为是一种有机废弃物,不会提高型焦灰分,成本也较低.Y2黏结剂,是一种具有冷态和热态强度共同作用的黏结剂,与Z1助剂作用生成黏图3X的添加量对气化型焦冷热强度的影响性较好的黏结剂X,本身灰分较低,对型焦灰分影Fig 3 Influence of X content on cold响不大.W黏结剂,是一种无机黏结剂,对提高型strength and thermal strength of焦冷强度有利,来源广,成本低,有利于提高型焦的formed coke for gasfication produced灰熔点.Y3黏结剂,有机黏结剂,对提高型焦冷态Ⅹ黏结剂是一种水溶性的黏结剂,对煤有很强强度有利,尤其是湿球的初始强度.Y4是一种有机的亲和力,能很好地润湿煤粒表面,以至能渗入煤高分子黏结剂,可提高型焦的冷强度,尤其是型焦的微孔结构中.在成型压力作用下,X黏结剂能黏的初始强度.Z2助剂,对提高型焦活性有利结煤料,是使型煤具有一定的初始强度,型煤烘干经试验研究,气化型焦最终配方方案如表2所后,随水分的蒸发,X黏结剂能缩成胶体,最后收缩示.采用表2所示配方进行生产实践,加工出来的固化,将煤料黏结牢固,使型煤具有较高的强度型焦,冷强度为≥70kgf/球,热强度≥30kgf/球,灰2.2.3W黏结剂对型焦冷热强度的影响熔点1500C不熔,加工过程中返料约7%.对成品从图4可以看出:黏结剂W配比的变化对型型焦进行工业分析,得到的结果如表3所示焦热稳定性的影响不明显;但型焦的冷强度随着W配比的增加而提高,从不添加W到添加W冷强表2气化型焦最终配方方案Table 2 Fill a prescription of formed coke度曲线变化较大,在W的添加量达到3%时,冷强for gasfication produced度从不添加W时的68.76%提高9.39%;随着W名称焦粉添加量的继续增加,冷强度曲线趋于平缓,在添加量达到7%后,冷强度基本上稳定在99.70%左右.c/%0.3~0.41~1.30.05~0.10.1~0.3热强度表3生产成品型焦工业分析Table 3 Proximate analysis of formed coke冷强度5%63型焦工业化造气试验图4W的添加量对气化型焦冷热强度的影响型焦的工业化试验是在山西焦化有限公司的d thermal strength of formed coke中国煤化工胜行的实验过程中对造CNMH(青况进行了72h连续生本试验所用的黏结剂W为钠基的,它与水的产考核.在考核期,2“相4“造气炉按一定比例,混合物具有黏结性可塑性与大量的水混合可呈把焦炭和型焦配烧对于2造气炉,型焦和焦炭的悬浊态的胶凝状,失水又可为坚硬的固体.但W黏配烧比例为1:3;4造气炉型焦和焦炭的配烧比结剂本身嗄颦報大,成型后收缩易产生裂纹,用例按照1:3和1:1交替进行这样按照原料的体积比,2造气炉的型焦配烧比例为25%,4造气炉中国矿业大学学报第34卷的型焦配烧比例为38%.实验方式采用对比性实进行比较,结果如表6所示验,即在工艺参数不变的前提下,只更换原料,把考表6考核前后造气炉下灰情况核前的数据指标和考核期的数据指标进行对比分Table 6 The amount of ash from gasifyfurnace before test and after test析3.2半水煤气量及成份圆门上行集尘器下行集尘器平车·d-1)(翻斗车·d-1)(平车·d-1)在T2h生产考核期间,依据考核方案对造气2#炉4#炉2#炉4炉2#炉4#炉炉所生产的半水煤气每小时做一次全分析,共取得考核前13.4115.242.43.441.51.572组分析数据,将这些数据进行汇总,求平均得到考核期18.6627.994了考核期间的所生产的半水煤气的成分数据,并将从表6可以看出圆门和上行集尘器的下灰量此数据与考核前纯烧焦炭时的半水煤气成分的平明显增多,下行集尘器的下灰量没有变化均值进行了比较.数据如表4所示4结论表4考核前后造气炉半水煤气量及成份Table 4 Component and amount of semi-water1)利用粉焦生产的气化型焦冷热强度高,冷gas furnace before test and after test项目气体成份/%强度≥70kgf/球,热强度≥30kgf/球,灰熔点气量/CO2O2COH2CH4N2合计(m3·h-1)1500C不熔,加工过程中返料在7%左右.型焦质考核前7.90.43540.61.1量:固定炭≥72%,灰份20%左右,水份为0.2%考核期8.70.434.441.41.213.91007200型焦产品可满足造气炉部分配烧的要求从上表可以看出:半水煤气量没有变化,气体2)型焦按27%和36.6%的比例和焦炭配烧成份有一些变化,但均在工艺指标范围(工艺指标时,半水煤气量和成份没有大的变化,原料的消耗g(CO2)为6%~9%;g(C+H2)≥63%;g(O2)≤为每替代1t焦炭需1.18t型焦.在考核期间的下灰量和考核前相比,圆门和上行集尘器的下灰量明0.5%)之内3.3原料消耗显增多,下行集尘器的下灰量没有变化经实际测定,在72h考核期间2#,42台移动3)从型焦工业化造气试验的考核结果来看床气化炉共配烧型焦83.84t,其中2“炉配烧利用粉焦生产的型焦可以替代部分焦炭作为生产3.92t,4“炉配烧49.92t.另外还测定出72b的半水煤气的原料,所以该工艺方案是可行的考核期间2消耗焦炭91.9t,4消耗焦炭86.1t,参考文献:台炉共耗焦炭178t.加上耗型焦83.84t,这样台炉共耗原料178+83.84=261.84t,平均每个班1]刘长林王毅蔺谦工艺废弃焦粉成型技术[甘肃工业大学学报,2003(1):73-75耗原料(焦炭和型焦)29.09t.而考核前纯烧焦炭Liu C L, Wang Y. Lin Q. Shaping technology of时,统计每个班的原料消耗量为27.66t.2炉和discarded powdered coke in industries [J]. Journal of4¨炉考核前和考核期间的原料消耗如表5所示Gansu University of Technology, 2003(1): 73-7表5考核前后造气炉原料消耗2]虞继顺,周菊武,邹礼英.焦粉配入无烟煤制取铸造型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#炉4炉2炉4炉合计/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]刘长林,雒和眀,苟国俊,焦粉成型技术[].环境污染由于考核期半水煤气量和成份没有大的变化,中国煤化工12):73-75因此从上表可以计算出每替代1t焦炭需1.18tJ. The shaping technol型焦.配烧比例分别为27%和36.6%CN MH Ghniques and Equipment forEnvironmental Pollution Control. 2002.3(12):73-753.4下灰量[4]武建军.气化型煤生产工艺优化设计探讨[].革新与在考核期间对2#,4“造气炉的下灰情况(室內综述,2001(6):25-2圆门和室屴瘧尘器)进行了统计,将此考核期Wu J J. Coal briquette production technology间的下灰量同考核前纯烧焦炭时的相应的下灰量optimization design discussion of第6期武建军等:型焦制备与气化试验研究783Innovation and Survey, 2001(6): 25-278]武海燕,贾超熊,马国顺.粉焦成型制造气化用焦的研5]谌伦建,赵跃民.型煤灰球中固硫物相及其沿径向的究[].煤气与热力,2001,21(6):492-493分布特征[J].中国矿业大学学报,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.焦粉成型焦的生产工艺及其炼铁生产中的应sphere[J]. Journal of China University of Mining用[J].重庆钢铁高等专科学校学报,199,9(1-2):1Technology,2001,30(6):590-592.[6]武建军,杨晓东,韩甲业,等.添加剂抑制CaSO4高温Xiong M S. Coke powder made formed coke and the分解的TG-FTIR研究——复合固硫剂[J.中国矿application of iron producing [J]. Chongqing Steel业大学学报,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]韩锦德,高俊,徐桂芹.造气型煤热稳定性測定方constraint of additives on the thermal decomposition of的说明[].煤质技术,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]傅玉华,邱家尘,吴家声,等,淀粉型煤的研究[J].煤[7]王进先,赵海,曹其华.以焦粉为主制备大块型焦化工,1995(2):27-30LJ].燃料与化工,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(责任编辑姚志昌)中国煤化工CNMHG