本发明涉及炼焦技术领域，尤其涉及一种适用于捣固炼焦的将低阶煤和生物质压制成型的工艺及由该工艺制得的成型料。
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。但目前的低阶煤提质技术均处于试验研究和工程化初始应用阶段，不存在使其大规模工业化应用的设备，由此限制了低阶煤的开发利用。
生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，即以生物质为载体的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。近年来研发的生物质固化成型技术改变了传统的生物质能利用方式，将松散的生物质转化为高密度的成型燃料，直接燃烧或用作气化、液化原料，成为生物质能开发利用的一种有效途径，也是替代常规能源的有效方法，然而遗憾的是，目前尚不具备使生物质燃料大规模工业化应用的设备。
捣固焦炉是煤的焦化工艺中使用的大型化设备，其占地面积广，投资基建费用大。煤焦化是以煤为原料经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺，其焦炭产品主要是冶金焦或化工焦。由于工业上对这类焦炭的品质要求很高，使得生产冶金焦或化工焦所采用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属于中变质烟煤，但是近年来煤炭资源的短缺，特别是用于焦化工业的中高品质煤原料的减少，使得焦化行业的原料成本与日俱增，加之近几年钢铁、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行业的衰退，导致焦炭产品的需求量减少、价格下滑，从而迫使焦化厂急剧缩减焦炭产量，由此带来的后果是捣固焦炉停止运行，而一旦焦炉停用便会报废，那么为了保护斥巨资投建的捣固焦炉设备，就不得不在最低程度内维持焦炉的运行，这 样不仅降低了捣固焦炉的利用度，还会造成焦化行业的产能过剩。因此，如何拯救濒临负增长的焦化产业，提高捣固焦炉的利用度，解决焦化行业产能过剩的问题已成为当前遏制焦化行业发展的瓶颈。
综上所述，在目前的形势下如何能够将捣固焦炉应用于低阶煤和生物质的开发利用领域以使上述问题都得以迎刃而解，是困扰本领域技术人员的一个技术难题。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题在于克服现有技术无法实现低阶煤和生物质能大规模应用的缺陷及现有的捣固焦炉利用度低的问题，进而提供一种适于捣固炼焦的对低阶煤和生物质进行压制成型的工艺及由该工艺制得的成型料。
为此，本发明实现上述目的的技术方案为：
一种低阶煤和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将生物质原料打包成捆，形成捆状料；
(2)将低阶煤装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；
(3)在20-100℃、15-40mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含有低阶煤和生物质的成型料。
所述生物质原料的含水量不大于20wt％；所述生物质原料为秸秆和/或木质废弃物。
所述捆状料的体积不小于0.5m3。
所述低阶煤的含水量不大于20wt％。
步骤(2)中，将所述低阶煤与粘结剂按质量比(9-7)：(1-3)混匀形 成混合物，再将所述混合物装填至所述捆状料的内部。
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。
所述低阶煤与所述捆状料的质量比为1：(1-5)。
所述压制的条件下力为50-70℃、20-30mpa。
所述成型料与所述物料的密度之比为(2-4)：1。
由权利要求上述的成型工艺制得的含低阶煤和生物质的成型料。
本发明采用液压设备对上述具有核壳结构的物料进行压制处理，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成型料。优选地，本发明制得的含低阶煤和生物质的成型料的形状和尺寸与捣固焦炉的炭化室相匹配。
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和生物质的成型工艺，通过将低阶煤装填于由生物质打包所形成的捆状料中，再在特定条件下对得到的具有核壳结构的物料进行压制处理，即可制得含低阶煤和生物质的成型料，这样一方面可使低阶煤和生物质原料能够推入捣固焦炉中进行高温干馏，另一方面还使得低阶煤和生物质干馏后的固体易于捣固焦炉的推焦，从而得到可观量的粗煤气、焦油、残炭。可见，本发明的成型工艺不仅能够降低油气和焦炭产品的原料成本，还可有效实现生物质的资源化利用，使得本发明既有可观的经济效益又有一定的社会效益。由此，本发明的成型料不仅解决了现有技术因不存在大规模的工业化设备而使低阶煤和生物质应用受限的问题，还有效克服了现有的捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过剩的问题。
2、本发明提供的低阶煤和生物质的成型工艺，优选将低阶煤与粘结剂的混合物装填至所述捆状料的内部，进一步优选粘结剂为在850℃隔绝空气的条件下干馏失重小于50％的有机粘结剂，使得粘结剂中的有效成分可促进低阶煤和生物质中的高分子聚合物在高温下的降解，从而有助于提高低阶煤和生物质原料的油气产量，使油气总量增产10％以上。并且在成型过程中，一定的压力作用促使粘结剂将生物质与低阶煤粘合，使得低阶煤和生物质原料在高温干馏过程中产生的液体能够渗入至粘结剂中，这样有助于提高低阶煤和生物质所产的焦炭的质量。
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。
本发明制得的成型料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。在下述实施例中，wt％表示质量百分含量，成型料的质量＝((低阶煤的质量+生物质的质量)×80％+粘结剂的质量)，“kg/t成型料”指每吨成型料得到的产品的千克数，“nm3/t成型料”指每吨成型料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和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将含水量为18wt％的秸秆打包成捆，得到体积为0.5m3的长方体状捆状料；
(2)将含水量为20wt％的次烟煤装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；所述次烟煤与所述捆状料的质量比为1：5；
(3)在50℃、15mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含低阶煤与生物质的成型料，该成型料与捆状料的密度之比为2：1。
将本实施例制得的成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为850℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到残炭。本实施例得到的粗煤气的量为390nm3/t成型料，焦油的量为35kg/t成型料，残炭的量为350kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于50％、挥发分含量不大于6％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的10％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的20％。
实施例2
本实施例所述的低阶煤和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将含水量为15wt％的秸秆打包成捆，得到体积为0.5m3的长方体状捆状料；
(2)将含水量为15wt％的褐煤装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；所述褐煤与所述捆状料的质量比为1：3；
(3)在100℃、30mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含低阶煤与生物质的成型料，该成型料与捆状料的密度之比为3：1。
将本实施例制得的成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温 度为850℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭。本实施例得到的粗煤气的量为456nm3/t成型料，焦油的量为40kg/t成型料，焦炭的量为360kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于50％、挥发分含量不大于6％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的10％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的20％。
实施例3
本实施例所述的低阶煤和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将含水量为16wt％的秸秆打包成捆，得到体积为0.5m3的长方体状捆状料；
(2)将含水量为17wt％的次烟煤与粘结剂按质量比9：1混匀形成混合物，再将所述混合物装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；
所述次烟煤与所述捆状料的质量比为1：1，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，在本实施例中所述有机粘结剂优选为软化点为120℃的煤沥青；
(3)在70℃、20mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含低阶煤与生物质的成型料，该成型料与捆状料的密度之比为2.5：1。
将本实施例制得的成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为850℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭。本实施例得到的粗煤气的量为510nm3/t成型料，焦油的量为55kg/t成型料，焦炭的量为400kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于50％、挥发分含量不大于6％，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4
本实施例所述的低阶煤和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将含水量为16wt％的秸秆打包成捆，得到体积为0.5m3的长方体状捆状料；
(2)将含水量为18wt％的次烟煤与粘结剂按质量比7：3混匀形成混合物，再将所述混合物装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；
所述次烟煤与所述捆状料的质量比为1：2，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，在本实施例中所述有机粘结剂优选为软化点为125℃的石油沥青；
(3)在20℃、40mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含低阶煤与生物质的成型料，该成型料与捆状料的密度之比为4：1。
将本实施例制得的成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为850℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭。本实施例得到的粗煤气的量为475nm3/t成型料，焦油的量为43kg/t，焦炭的量为390kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于50％、挥发分含量不大于6％，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5
本实施例所述的低阶煤和生物质的成型工艺，包括如下步骤：
(1)将含水量为16wt％的秸秆打包成捆，得到体积为0.5m3的长方体状捆状料；
(2)将含水量为15wt％的次烟煤与粘结剂按质量比4：1混匀形成混合物，再将所述混合物装填至所述捆状料的内部，形成具有核壳结构的物料；
所述次烟煤与所述捆状料的质量比为1：4，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，在本实施例中所述有机粘结剂优选为软化点为130℃的煤沥青；
(3)在60℃、25mpa的条件下将所述物料压制成型，即制得含低阶煤与生物质的成型料，该成型料与捆状料的密度之比为3.5：1。
将本实施例制得的生物质成型料推入捣固焦炉中进行提质处理，控制提质温度为850℃，提质时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油，同时得到焦炭。本实施例得到的粗煤气的量为445nm3/t成型料，焦油的量为38kg/t成型料，焦炭的量为370kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于50％、挥发分含量不大于6％，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40％。
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。