专利名称：提高低煤化度煤结焦性的方法
技术领域：
本发明涉及煤化工技术，特别涉及一种通过热冲击处理提高低煤化度煤结焦性的方法。
背景技术：
煤的结焦性是指煤在炼焦条件下制成焦炭以用作冶金燃料的性能，习惯上以干馏后炼得焦炭的强度表示(表征焦炭强度的指标常用的包括DI15150，M25和M10等)。结焦性是煤的粘结性和胶质体的塑性、流动性、膨胀性、热稳定性及不透气性等诸方面的综合体现，本发明所指的结焦性指煤的粘结性和/或结焦性。
焦炭在高炉炼铁中的作用包括作为透气的料柱骨架、还原剂、渗碳剂和热源。随着高炉冶炼技术的进步，焦炭在高炉中作为还原剂、渗碳剂和热源的作用都可以被其它物质所替代，但是作为料柱骨架的作用则不可替代而只能强化，这使得焦炭的强度成为炼焦和高炉技术人员格外重视的焦炭性质，也是降低炼铁成本的关键。
煤的性质是焦炭强度的决定性因素，传统的炼焦配煤技术历来强调的是，通过增加中等变质程度、强粘结性的肥煤和焦煤的配比来提高焦炭强度。但目前面临的问题是此类煤价格昂贵，且资源有限，终有一天会枯竭。
近年来，国内外学者在寻找一种新型、有效和工业上可行的提高低煤化度煤结焦性的方法，以期能够增加低煤化度煤的配比，从而节约宝贵的强粘煤资源。这些方法多着眼于通过煤的轻度加氢来提高结焦性，例如参见日本专利JP7258668A19951009。但是昂贵的氢源和复杂的加氢技术使得该类方法仅限于理论研究和实验室，在现阶段并不具备工业化的条件。
在提高低煤化度煤的配比方面，已经实现工业化的新工艺包括煤预热、煤调湿等技术。其中，煤预热原理是将装炉煤在惰性气体中预热至150～250℃，在不引起装炉煤固有性质明显变化的前提下，改善煤在焦炉中的结焦性能，增加煤料堆密度，提高升温速度，从而达到在保持采用常规配煤炼焦时焦炭质量的情况下，能在装炉煤中多配10-20％的低煤化度煤，有关该项技术的进一步描述可参见《炼焦新技术》(李哲浩编，冶金出版社，北京，1988。4)或论文“不同煤化程度的煤预热对焦炭质量的影响”(R.Alarez etal.第二届国际焦化会议论文集，1992年9月，伦敦)。但是预热装炉煤对工艺和设备要求非常苛刻，存在许多无法解决的问题，例如煤预热时产生的煤气中粉尘夹带严重，煤损失大，集气管容易堵塞和焦油质量恶化等，有鉴于此，目前很多工业化的预热装置都面临停产的前途甚至已经停产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高低煤化度煤结焦性的方法，其核心是对低煤化度煤施以热冲击处理，因此可在炼焦厂现有装备水平下，实现多配价廉低灰和资源相对丰富的低煤化度煤，从而缓解强粘煤资源的紧缺状况。
本发明的目的是这样实现的，一种提高低煤化度煤结焦性的方法，包括以下步骤(1)用粉碎机将低煤化度煤粉碎为粒径≤3mm的颗粒；(2)将粉碎后的低煤化度煤置于气体热载体装置或固体热载体装置内进行快速加热以获得热煤；以及(3)对所述热煤进行快速冷却处理。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，在所述步骤(2)中，以100～200℃/秒的平均加热速度将置于气体热载装置内的粉碎后的低煤化度煤升温至100～400℃。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，在所述步骤(2)中，以50～80℃/分钟的平均加热速度将置于固体热载装置内的粉碎后的低煤化度煤升温至100～400℃。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，所述气体热载体装置和固体热载体装置所用的热源包括放散蒸汽和加热炉废烟气，其温度为400～800℃。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，在步骤(3)中，通过将低温氮气通入水冷的热煤贮槽中将所述热煤冷却至室温，并且其冷却速度为50～100℃/分钟。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，在步骤(3)中，通过将少量热煤与大量常温煤在混煤机中混合将所述热煤冷却至室温，并且其冷却速度为100～200℃/分钟。
在上述提高低煤化度煤结焦性的方法中，在步骤(3)中，通过将少量热煤与大量常温煤在混煤机中混合将所述热煤冷却至室温，并且其冷却速度为50～100℃/分钟。
低煤化度煤在用本发明上述方法处理后，其结焦性大为提高，以降低配煤炼焦中强粘煤的配比，这样不但可以节约宝贵的强粘煤资源，而且可降低炼焦成本。此外，炼焦厂在使用了本发明方法后，增大了焦炉产量，降低了炼焦耗热量，减少了污水排放量，因此带来了增产、节能与环保等多种社会和经济效益。最后，本发明的方法还可用于国内外的焦化厂炼焦配煤以及煤的汽化、液化领域，在能源环保领域也有推广应用价值。
图1为热冲击处理对低煤化度煤含氧官能团影响的曲线图；图2为热冲击处理对低煤化度煤挥发分影响的曲线图；图3为热冲击处理对低煤化度煤焦炭强度影响的曲线图；图4为采用本发明中的混煤法提高低煤化度煤结焦性的流程框图；图5为采用本发明中的水冷冲氮法提高低煤化度煤结焦性的流程框图。
具体实施例方式
煤的大分子可以视为由许多结构相似而又各不相同的结构单元所构成的三维网络。低煤化度煤的大分子结构单元有较小的芳香核和较多的侧链和官能团，从而形成比较疏松的空间结构。
本发明的发明人采用X-射线衍射分析发现，低煤化度煤经热冲击处理后，其微晶结构芳香层片间的平均距离d(002)增加。例如邢台煤经240℃热冲击处理后其d(002)由0.3548nm提高到0.3687nm，这说明热冲击将导致煤分子结构松弛。
低煤化度煤由于含有较多化学活性高的含氧官能团，使热解生产的胶质体性质劣化，从而导致结焦性差，限制其在配煤炼焦中的用量。
本发明的发明人经过深入的研究后发现，低煤化度煤经过热冲击处理后，煤中含氧官能团的含量、挥发分含量和焦炭强度均发生变化。其在不同热冲击温度下进行热冲击处理后的含氧官能团含量变化如图1所示，挥发分含量变化如图2所示，而焦炭强度变化如图3所示。由图可见，低煤化度煤经过合适温度的热冲击处理后，其化学结构(煤中一部分含氧官能团脱除)和物理结构(芳香层片的距离增加、物理结构松弛)等微观性质都发生了变化，具体而言，各种含氧官能团含量均出现程度不等的下降，挥发性也明显降低，并且以M25和M10表征的焦炭强度也有所提高。可见，热冲击处理能够提高低煤化度煤的煤化程度，从而形成一种结焦性较好的新煤种。此外，本发明发明人的研究表明，为了避免二次氧化以保持热冲击处理后获得的效果，热冲击后的热煤应以尽快的速度冷却至室温(例如冷却速度应不低于50℃/分钟)，但如果在工艺上已采用防止热煤二次氧化的技术措施，则上述冷却速度的限制就不是必需的。
下面结合图4和图5对本发明的较佳实施例作进一步描述实施例1参见图4，在实施例1中，低煤化度煤中煤化度相对较低的兴隆庄气煤由贮煤场运送至低煤化度煤贮槽，再由贮槽取出送入粉碎机，将其粉碎为粒径≤3mm的颗粒。接着，粉碎处理后的粉煤被送入固体热载体装置，在固体热载体装置内作热冲击处理，也即在2分钟左右的时间将煤升温至100℃，这里热源为400～800℃的加热炉废气以加热传热介质瓷球。热冲击处理后的热煤被输送到混煤机中。另一方面，常规配煤由贮煤场运送到配煤槽，再从配煤槽取出送入粉碎机，将其粉碎为粒径≤3mm的粉煤后也送入混煤机中。接着，在混煤机中将改质后的热兴隆庄气煤与冷态(室温)的常规配煤按7∶3的重量比进行混合以将热煤冷却，冷却速度一般控制在100℃/分钟左右。最后混合煤被送入煤塔，由煤塔定量送入室式焦炉炼焦。
经上述热冲击处理后，兴隆庄煤的粘结指数G值由68提高到74.5，自由膨胀系数F.S.I由1.5提高到3。当在配煤中配入30％经热冲击处理后的兴隆庄煤后，与未经热冲击处理的兴隆庄煤炼出的焦炭相比，M25指标提高3个单位，耐磨指标改善1个单位，可见，经热冲击处理后的兴隆庄煤的结焦性得到了明显改善。
实施例2参见图4，在实施例2中，将低煤化度煤中煤化度相对较高的官桥煤由贮煤场运送至低煤化度煤贮槽，再由贮槽取出送入粉碎机，将其粉碎为粒径≤3mm的颗粒。接着，粉碎处理后的粉煤被送入气体热载体装置，在气体热载体装置内作热冲击处理，也即在4秒左右的时间将煤升温至400℃，这里将800℃的放散蒸汽直接作为热媒对煤进行热冲击。热冲击处理后的热煤被输送到混煤机中。另一方面，常规配煤由贮煤场输送到配煤槽，再从配煤槽取出送入粉碎机，将其粉碎到粒径≤3mm后送入混煤机中。在混煤机中将改质后的热官桥煤与冷态(室温)的常规配煤按重量比7∶3进行混合并将热煤冷却，冷却速度一般在200℃/分钟左右。最后混合煤被送入煤塔，由煤塔定量送入室式焦炉炼焦。
实验数据表明，上述实施例中以30％常规配煤与70％经热冲击处理后的官桥煤混合后炼出的焦炭，与以30％常规配煤与70％未经热冲击处理的官桥煤混合后炼出的焦炭相比，所得焦炭强度DI15150转鼓指标由79.5％增加到82.5％，提高了3个单位。可见将低煤化度煤进行热冲击处理后与常温常规配煤混合后进行炼焦的混煤法，无论是单种煤的粘结性、结焦性还是配合煤的粘结性、结焦性都得到明显改善。
实施例3参见图5，在实施例3中，将低煤化度煤中煤化度相对较高的大屯煤由贮煤场运送到低煤化度煤贮槽，再从贮槽取出送入粉碎机，将其粉碎为粒径≤3mm的颗粒。接着，粉碎处理后的粉煤被送入固体热载体装置，在固体热载体装置内作热冲击处理，也即在3分钟左右的时间将煤升温至240℃，这里加热源为400～800℃的加热炉废烟气，传热介质为瓷球。然后将经过热冲击处理后的热煤输送到带水冷装置的热煤贮槽中进行急冷处理，此外氮气经管网经环形充氮装置后冲入热煤槽，以实现在氮气保护下的水冷。经过与热煤进行热交换的冷却水送入冷却塔冷却后循环使用。冷却后的煤经格式给料机定量切出送入皮带输送机，急冷速度控制在100℃/分钟。另一方面，常规配煤从贮煤场运送到配煤槽，再从配煤槽取出送入粉碎机，将其粉碎到粒径≤3mm后送入皮带输送机。皮带输送机将改质后的大屯煤与常规配煤按照4∶6的配比混合在一起输送到煤塔，由煤塔定量送入室式焦炉炼焦。
实验数据表明，经240℃热冲击处理后，大屯煤的粘结指数G值由86提高到91，焦炭的DI值由80％提高到83％，提高了3个单位，可见大屯煤的结焦性得到了明显改善。
实施例4参见图5，在实施例4中，将低煤化度煤中煤化度相对较低的东胜气煤由贮煤场运送到低煤化度煤贮槽，再从贮槽取出送入粉碎机，将其粉碎为粒径≤3mm的颗粒。接着，粉碎处理后的碎煤被送入气体热载体装置，在气体热载体装置内作热冲击处理，也即在2秒钟左右的时间将煤升温至400℃，这里采用800℃的放散蒸汽直接作为热媒。然后将经过热冲击处理后的热煤输送到带水冷装置的热煤贮槽中进行急冷处理，此外氮气经管网经环形充氮装置后冲入热煤槽，以实现在氮气保护下的水冷。经过与热煤进行热交换的冷却水送入冷却塔冷却后循环。冷却后的煤经格式给料机定量切出送入皮带输送机，急冷速度控制在50℃/分钟。冷却后的煤经格式给料机定量切出送入皮带输送机。另一方面，常规配煤从贮煤场运送到配煤槽，再从配煤槽取出送入粉碎机，将其粉碎到粒径≤3mm后送入皮带输送机。皮带输送机将改质后的东胜气煤与常规配煤按照3∶7的配比混合在一起输送到煤塔，由煤塔定量送入室式焦炉炼焦。
实验数据表明，东胜气煤经热冲击处理后，其自由膨胀系数F.S.I由1增加到1.5。用70％常规配煤与30％的东胜改质煤混合炼焦所得焦炭与70％常规配煤与30％的未改质的东胜煤混合炼焦所得焦炭相比，其焦炭强度M25改善了1个单位，M10改善了2个单位。可见将低煤化度煤进行热冲击急热处理并采用充氮法急冷后炼焦，无论对单种煤的粘结性、结焦性还是配合煤的粘结性、结焦性都得到明显改善，说明采用本发明的方法可明显改善低煤化度煤的粘结性、结焦性。
权利要求
1.一种提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)用粉碎机将低煤化度煤粉碎为粒径≤3mm的颗粒；(2)将粉碎后的低煤化度煤置于气体热载体装置或固体热载体装置内进行快速加热以获得热煤；以及(3)对所述热煤进行快速冷却处理。
2.根据权利要求1所述的提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，以100～200℃/秒的平均加热速度将置于气体热载装置内的粉碎后的低煤化度煤升温至100～400℃。
3.根据权利要求1所述的提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，以50～80℃/分钟的平均加热速度将置于固体热载装置内的粉碎后的低煤化度煤升温至100～400℃。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，所述气体热载体装置和固体热载体装置所用的热源包括放散蒸汽和加热炉废烟气，其温度为400～800℃。
5.根据权利要求4所述的提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，在步骤(3)中，通过将低温氮气通入水冷的热煤贮槽中将所述热煤冷却至室温，并且其冷却速度为50～100℃/分钟。
6.根据权利要求4所述的提高低煤化度煤结焦性的方法，其特征在于，在步骤(3)中，通过将少量热煤与大量常温煤在混煤机中混合将所述热煤冷却至室温，并且其冷却速度为100～200℃/分钟。
全文摘要
本发明提供了一种提高低煤化度煤结焦性的方法，为热冲击处理法，它包括以下主要步骤1.原料粉碎，将低煤化度煤用粉碎机粉碎至粒径≤3mm。2.急热处理，将粉碎好的低煤化度煤置于气体热载体装置或固体热载体装置中快速加热。3.急冷处理，将加热后的高温煤快速冷却。本发明的提高低煤化度煤结焦性的热冲击处理方法，可明显改善低煤化度煤的粘结性、结焦性，可在炼焦厂现有的装备水平下，实现多配价廉低灰和资源相对丰富的低煤化度煤，缓解强粘煤资源的紧缺状况。采用本发明的方法还具有增产、节能与环保等多种效益。
文档编号C10B53/00GK1789374SQ200410089420
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者张群, 虞继舜, 吴信慈, 史世庄, 姜伟忠, 汪国俊, 杨广福 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 武汉科技大学