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&. TechnologyNov.2005文章编号:1000-194(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1500℃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:A Study of Formed Coke Production and Gasification Experiment WU Jian-jun, HAN Jia-ye, CHEN Tian-bing, YING Ying, LI Fei-ming (School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining 8. Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China) Abstract: The major objective of this study was to explore the use of coke powder as main material of producing formed coke which is formed under a certain pressure at room temperature added with an organic-inorganic multiple binder. The result show that the ashy melting point of the formed coke is above 1 500 C and its cold strength over 70 kg as well as its thermal strength also surpasses 30 kg. It has been proved that the formed coke is qualified to be used as industrial gasification coal that produces gas with the formed coke in the moving bed gasify furnace. Key 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461.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,造气车间的造气试验结果表明,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,合工业化造气用煤标准,用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半水煤气的原料是可行的收稿日期:2005-06-15780中国矿业大学学报第34卷1原料制备及工艺方案成型水分:10%~14%;型煤干重:(30±1)g/个;1.1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125μm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 analysis of coke powder原来形状的性质10.型焦的热稳定性是影响型焦名称 Mad Vad FCad造气效果的关键因素,而黏结剂在粉焦成型的过程 wB/%3.11.283.3212.38中起着非常重要的作用,不同的黏结剂对同一种原1.2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.基于粉碎2213Z24这个原理,对同一冶金焦粉,通过使用不同的黏结粉碎凉干定溶解粉碎剂及其用量,研究黏结剂对型焦冷热强度的影响规律,为最终确定气化型焦生产配方提供理论基础.定量定量定量定量定最加水定量定量2..13黏结剂对型焦冷热强度的影响从图2可以观察到:型煤的冷强度随着Y3配搅拌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干燥入炉造气当Y3的配比大于2%时型煤的冷强度就达到图1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 Fig. 1 Process flow of 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9632%,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100热强度足要求,也不会降低发热量,但热稳定性差,价格偏高,生产成本高8.本文提出了一种有机-无机复合80冷强度60黏结剂,采用冷压成型的方法,用此黏结剂冷压成40型的气化型焦具有冷、热强度高,热稳定性好和防20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0w(3)%681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 and thermal 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,支链分子遇水生有直接的关系为了保证型焦质量符合生产企业成稳定的溶液,该溶液具有较高的黏度有学者认为,Y3的直链分子间由氢结合成束状结构,经过的生产工艺要求,本课题对焦粉成型的各种原料配凝沉作用形成凝胶体,当它们同煤粒子接触时,产比做了大量反复试验,并对黏结剂种类及其添加量生分子间黏附力,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图?不难看出型的强度均随着黏第6期武建军等:型焦制备与气化试验研究781加,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7.4%,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.该有机一无热强度机符合黏结剂,所选用的添加剂有Y1,Y2,Y3,W,冷度Z1和Z2等.Y1黏结剂,作用是增强型焦的冷强40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10102468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助剂作用生成黏性较好的黏结剂X,本身灰分较低,对型焦灰分影图3X的添加量对气化型焦冷热强度的影响 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99.39%;随着W名称焦粉 Y2添加量的继续增加,冷强度曲线趋于平缓,在添加80~85482~36~9名称 Y3 22 Y4量达到7%后,冷强度基本上稳定在99.70%左右./%0.3~0.41~1.30.05~0.10.1~0.3100热强度表3生产成品型焦工业分析9080 Table 3 Proximate analysis of formed coke8冷强度名称MdV FCaA80wB/%0.24.672.922.3706563型焦工业化造气试验 w(Wy/%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 Fig. 4 Influence of W content on cold strength造气车间的2,4造气炉进行的,实验过程中对造 and thermal strength of formed coke for gasfication produced气工段造气炉使用型焦的情况进行了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.在考核期间,2和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,型焦和焦炭的油的肾忧生水可为肾的用休配烧比例为1:3;4造气炉型焦和焦炭的配烧比782中国矿业大学学报第34卷的型焦配烧比例为3%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 gasify析 furnace before test and after test3.2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72h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18.6627.99441.51.5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强度≥70kgf/球,热强度≥30kgf/球,灰熔点气体成份/%气量/项目CO2O2COH2CH4N2合计(m3·h)1500C不熔,加工过程中返料在7%左右.型焦质考核前7.90.43540.61.1151007200量:固定炭≥72%,灰份20%左右,水份为0.2%,考核期8.70.434.441.41.213.9107200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,原料的消耗为每替代1t焦炭需1.18t型焦.在考核期间的下CO2)为6%~9%(CO+H2)≥63%;(O2)≤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3)从型焦工业化造气试验的考核结果来看,经实际测定,在72h考核期间2,4”2台移动利用粉焦生产的型焦可以替代部分焦炭作为生产床气化炉共配烧型焦83.84t,其中2炉配烧33.92t,4#炉配烧49.92t.另外还测定出72h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:2台炉共耗焦炭178t.加上耗型焦83.84t,这样2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 o4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) 73-75.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[J]煤化工,1997(1):44-48. before test and after test Yu J S, Zhou J W, Zhou L Y. Study on型焦/t焦炭/t manufacturing formed foundry coke by means of2炉4炉2炉4#炉合计/ adding anthracite into coke fines []. Coal Chemical考核前00124.47124.47248.94 Industry,1997(1):44-48.考核期33.9249.9291.986.1261.843]刘长林雒和明,苟国俊焦粉成型技术J]环境污染由于考核期半水煤气量和成份没有大的变化,治理技术与设备,2002.3(12):73-75因此从上表可以计算出每替代1t焦炭需1.18t Liu CL, Luo, Gou G J. The shaping technology型焦.配烧比例分别为27%和36.6% of powdered coke[j. Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control, 2002,3(12):73-75.3.4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(室内综述2001625-27第6期武建军等:型焦制备与气化试验研究783 Innovation and Survey, 2001(6): 25-27.[8]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[]中国矿业大学学报,2001,30(6):590 Wu H Y, Jia C X, Ma G S. Study on gasiflcation592 coke made of coke powders[J]. Coal Gas and Heating Chen L J, Zhao Y M. Characteristic of radial Power,2001,21(6):492-493 distribution 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1999.9(1-2):1 Technology,2001,30(6):590-5922[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-fTR研究复合固硫剂[J中国矿 application of iron producing [J]. Chongqing Steel's业大学学报,2005,34(5):660-663. Journal of Higher Junior College, 1999, 9(1-2): 1-2. Wu Yang, Han,etal. 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