一种利用热解半焦制备型焦的方法与系统与流程

本发明涉及一种利用热解半焦制备型焦的方法与系统，属于热解半焦成型领域。

背景技术：

褐煤是变质程度较低的低级煤，而低级煤占中国煤炭资源总量的50％以上。因此，对褐煤低级煤进行分级利用，是实现煤的低碳高效利用的一条有效途径。目前对褐煤的分质利用工艺主要有脱灰分提质、抽提提质、热解提质等，其中热解提质能够充分利用煤中轻重组分，将原煤转化为低温煤焦油、高热值煤气以及无烟半焦；低温煤焦油可以作为加氢改质原料生产LPG、汽油调和组分以及柴油，高热值煤气可作为热解热源或提氢后生产LNG，半焦则可以成型制备无烟燃料或制粉为高炉喷吹原料等，极大提高能源利用效率。

但是，褐煤在热解过程得到的固态半焦产品稳定性差、易粉碎，粉尘含量大，不适合长距离运输。因此，热解半焦产品在利用过程中还存在诸多问题，亟待开发一种新的热解半焦成型技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种利用热解半焦制备型焦的方法，该方法通过向热解半焦中加入复合粘结剂，经混合、压制成型得到型焦，所制备型焦的机械强度满足工业生产要求。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种利用热解半焦制备型焦的系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明首先公开了一种利用热解半焦制备型焦的方法，包括以下步骤：(1)将热解半焦进行筛分，得到半焦粉；(2)将半焦粉烘干，得到干半焦粉；(3)将干半焦粉与复合粘结剂混合，加压成型，即得。

步骤(1)所述热解半焦包括：褐煤热解半焦或长焰煤热解半焦。

在本发明的一个实施方案中，步骤(1)所述半焦粉的粒径≤3mm。

步骤(2)所述烘干的温度为100-120℃，烘干的时间为2-3h。

优选的，按照质量百分比计，所述烘干为烘干至半焦粉的水分含量≤10％。

步骤(3)所述干半焦粉与复合粘结剂按照质量比1：0.05-0.15进行混合；所述混合的时间为10-15min。

步骤(3)将干半焦粉与复合粘结剂混合的混合物料在常温下加压成型，所述加压成型的压力为12-15Mpa。

在本发明的一个实施方案中，步骤(3)所述复合粘结剂是通过将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水进行混合制得的。

在本发明的一个实施方案中，按照质量比计，煤泥：膨润土：腐殖酸钠：水＝1-1.5：0.1-0.3：0.1-0.3：0.5-1。

在本发明的一个实施方案中，所述混合的时间为10-15min。

在本发明的一个实施方案中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm。

在本发明的一个实施方案中，所述复合粘结剂由煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水组成。

褐煤、长焰煤等由于挥发分、水分高，无黏结性、塑性差等特点，直接成型制备型块的强度非常差，通过热解的方式将褐煤中内在水分、挥发分及表面含氧官能团脱除后所得的半焦，具有良好可塑性。本发明采用褐煤或长焰煤热解半焦成型，降低了褐煤、长焰煤单独成型的难度，同时也实现了低级煤的阶梯利用。

由于煤泥是一种比表面积很大的物质，具有一定的粘结性，但是长距离运输时，煤泥作为粘结剂时强度不够、防水性差。而腐殖酸钠是一种水溶性粘结剂，对焦有较好的亲合力，能很好地润湿焦的表面，成型时能将焦粒很好地粘在一起，使型焦具有一定初始强度，其干燥后不断浓缩成凝胶，收缩固化，使型煤具有较高的机械强度，但是其耐水性较差。同时膨润土也是一种高分散性物质，吸水后呈胶体颗粒，填充在生球的颗粒之间，增加颗粒之间的分子粘结力，可以提高生球的强度，与煤泥配合使用，使粘土矿物的胶体溶液充分分散在各粒子周围，即使烘干后也使粘土呈干凝胶状态，使型球仍然保持较高的冷强度。

本发明采用由煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水混合后的复合粘结剂与热解半焦按一定比例进行先混合再成型，在型焦成型过程中，粒径相对较小的混合粘土矿物胶体溶液和腐殖酸钠胶状物质充分分布在热解半焦粒子间，使周围热解半焦粉充分结合。

本发明将粘结剂煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水配合使用，消除了单一粘结剂的缺点，提高型焦的冷热强度，使型焦的冷、热强度均比单独使用煤泥、腐殖酸钠或膨润土好，且型焦具有较强的热稳定性，使热解半焦成型得到的型焦强度满足长距离运输的要求。

本发明方法所制备成型球团的平均抗压强度为221-272N，平均落下强度为6-8次。

本发明进一步公开了一种利用热解半焦制备型焦的系统，包括：筛分装置、破碎装置、烘干装置、第一混合装置、第二混合装置和成型装置。

其中，所述筛分装置设有半焦入口、筛下半焦粉出口和筛上半焦出口；所述破碎装置设有筛上半焦入口和半焦粉出口；所述烘干装置设有半焦粉入口和干半焦粉出口；所述第一混合装置设有煤泥入口、膨润土入口、腐殖酸钠入口、水入口和复合粘结剂出口；所述第二混合装置设有干半焦粉入口、复合粘结剂入口和混合物料出口；所述成型装置设有混合物料入口和成型球团出口。

在本发明的一个实施方案中，所述筛分装置的筛上半焦出口与所述破碎装置的筛上半焦入口相连；所述破碎装置的半焦粉出口与所述筛分装置的半焦入口相连；所述筛分装置的筛下半焦粉出口与所述烘干装置的半焦粉入口相连；所述烘干装置的干半焦粉出口与所述第二混合装置的干半焦粉入口相连；所述第一混合装置的复合粘结剂出口与所述第二混合装置的复合粘结剂入口相连；所述第二混合装置的混合物料出口与所述成型装置的混合物料入口相连。

本发明所述“相连”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。

本发明利用热解半焦制备型焦的系统，热解半焦经所述筛分装置的半焦入口进入筛分装置，将热解半焦进行筛分，得到粒径≤3mm的半焦粉和筛上半焦；筛上半焦经所述破碎装置的筛上半焦入口进入破碎装置进行破碎，得到的半焦粉再次经筛分装置进行筛分，进而回收利用；半焦粉经所述烘干装置的半焦粉入口进入烘干装置，将半焦粉烘干，得到干半焦粉；干半焦粉经所述第二混合装置的干半焦粉入口进入第二混合装置；将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水分别通过所述第一混合装置的煤泥入口、膨润土入口、腐殖酸钠入口和水入口加入第一混合装置中，将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水进行混合，得到复合粘结剂；复合粘结剂经所述第二混合装置的复合粘结剂入口进入第二混合装置，将干半焦粉与复合粘结剂混合，得到混合物料；混合物料经所述成型装置的混合物料入口进入成型装置，将混合物料在常温下加压成型，得到型焦球团。

在本发明的一个实施方案中，所述烘干装置为烘箱。

在本发明的一个实施方案中，所述成型装置为对辊成型机。

本发明对所述筛分装置、破碎装置、第一混合装置或第二混合装置没有特殊限制。

本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明通过向热解半焦中加入煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水混合后的复合粘结剂，经混合、压制成型得到的型焦，具有较高的机械强度。

2.本发明方法不仅解决了热解半焦粉尘含量大、运输困难等问题，也解决了普通型煤热值偏低的问题，提高了半焦的燃烧利用效率，减少环境污染的同时提高了能源利用率。

3.本发明方法工艺简单、型焦加工费用低，并且粘结剂价格低廉、易处理，达到了节能高效的目的。

附图说明

图1为本发明利用热解半焦制备型焦的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种利用热解半焦制备型焦的系统，包括：筛分装置200、破碎装置300、烘干装置400、第一混合装置100、第二混合装置500和成型装置600。

其中，筛分装置200设有半焦入口、筛下半焦粉出口和筛上半焦出口；破碎装置300设有筛上半焦入口和半焦粉出口；烘干装置400设有半焦粉入口和干半焦粉出口；第一混合装置100设有煤泥入口、膨润土入口、腐殖酸钠入口、水入口和复合粘结剂出口；第二混合装置500设有干半焦粉入口、复合粘结剂入口和混合物料出口；成型装置600设有混合物料入口和成型球团出口。

进一步优选的，筛分装置200的筛上半焦出口与破碎装置300的筛上半焦入口相连；破碎装置300的半焦粉出口与筛分装置200的半焦入口相连；筛分装置200的筛下半焦粉出口与烘干装置400的半焦粉入口相连；烘干装置400的干半焦粉出口与第二混合装置500的干半焦粉入口相连；第一混合装置100的复合粘结剂出口与第二混合装置500的复合粘结剂入口相连；第二混合装置500的混合物料出口与成型装置600的混合物料入口相连。

本发明所述“相连”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。

本发明利用热解半焦制备型焦的系统，热解半焦经筛分装置200的半焦入口进入筛分装置200，将热解半焦进行筛分，得到粒径≤3mm的半焦粉和筛上半焦；筛上半焦经破碎装置300的筛上半焦入口进入破碎装置300进行破碎，得到的半焦粉再次经筛分装置200进行筛分，进而回收利用；半焦粉经烘干装置400的半焦粉入口进入烘干装置400，将半焦粉烘干，得到干半焦粉；干半焦粉经第二混合装置500的干半焦粉入口进入第二混合装置500；将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水分别通过第一混合装置100的煤泥入口、膨润土入口、腐殖酸钠入口和水入口加入第一混合装置100中，将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水进行混合，得到复合粘结剂；复合粘结剂经第二混合装置500的复合粘结剂入口进入第二混合装置500，将干半焦粉与复合粘结剂混合，得到混合物料；混合物料经成型装置600的混合物料入口进入成型装置600，将混合物料在常温下加压成型，得到型焦球团。

作为本发明的具体实施方式，烘干装置400为烘箱，成型装置600为对辊成型机。

本发明对所述筛分装置、破碎装置、第一混合装置或第二混合装置没有特殊限制。

以下实施例中，成型球团平均抗压强度是利用球团压力试验机进行测试的。成型球团下降的速度是20mm/min。

实施例1

将褐煤热解得到半焦，将所得半焦筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于105℃烘箱中烘干，烘干2h，半焦粉水分为8％(质量百分比)。将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水按(1.1：0.3：0.2：0.5)比例(质量比)在混合装置中进行混合(其中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm)，混合的时间为10-15min，得到复合粘结剂。将复合粘结剂与干半焦粉按0.1:1比例(质量比)在混合装置中进行混合，混合的时间为10-15min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为12Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为221N，平均落下强度为6次。

实施例2

将长焰煤热解得到半焦，将所得半焦筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于105℃烘箱中烘干，烘干2h，半焦粉水分为6％(质量百分比)。将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水按(1.5：0.1：0.2：0.8)比例(质量比)在混合装置中进行混合(其中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm)，混合的时间为10-15min，得到复合粘结剂。将复合粘结剂与干半焦粉按1：0.05比例(质量比)在混合装置中进行混合，混合的时间为10-15min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为14Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为272N，平均落下强度为8次。

实施例3

将褐煤热解得到半焦，将所得半焦筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于100℃烘箱中烘干，烘干3h，干半焦粉的水分为10％(质量百分比)。将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水按(1：0.1：0.1：0.5)比例(质量比)在混合装置中进行混合(其中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm)，混合的时间为10min，得到复合粘结剂。将干半焦粉与复合粘结剂按照质量比1：0.05在混合装置中进行混合，混合的时间为10min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为12Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为267N，平均落下强度为8次。

实施例4

褐煤热解半焦经筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于120℃烘箱中烘干，烘干2h，干半焦粉的水分为4％(质量百分比)。将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水按(1.5：0.3：0.3：1)比例(质量比)在混合装置中进行混合(其中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm)，混合的时间为15min，得到复合粘结剂。将干半焦粉与复合粘结剂按照质量比1：0.15在混合装置中进行混合，混合的时间为15min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为15Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为252N，平均落下强度为7次。

实施例5

褐煤热解半焦经筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于110℃烘箱中烘干，烘干2h，干半焦粉的水分为5％(质量百分比)。将煤泥、膨润土、腐殖酸钠和水按(1.2：0.2：0.15：0.6)比例(质量比)在混合装置中进行混合(其中，所述煤泥、膨润土或腐殖酸钠的平均粒径均小于1mm)，混合的时间为12min，得到复合粘结剂。将干半焦粉与复合粘结剂按照质量比1：0.1在混合装置中进行混合，混合的时间为12min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为13Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为268N，平均落下强度为8次。

实施例6

褐煤热解半焦经筛分得到3mm以下筛下半焦粉，将其置于110℃烘箱中烘干，烘干2h，干半焦粉的水分为5％(质量百分比)。将煤泥和水按(2：1)比例(质量比)在混合装置中进行混合，混合的时间为15min，得到粘结剂。将干半焦粉与粘结剂按照质量比1：0.15在混合装置中进行混合，混合的时间为15min，得到混合物料。将上述混合物料常温下在对辊成型机中压球，压力为15Mpa，得到成型球团。所述成型球团平均抗压强度为107N，平均落下强度为3次。