第34卷第6期中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) Vol. 34 No. 62005年11月 Journal of China University of Mining&. TechnologyNov.2005文章編號(hào):1000-194(2005)06-0779-05型焦制備與氣化試驗(yàn)研究武建軍,韓甲業(yè),諶天兵,應(yīng)瑩,李飛明(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州221008)摘要:以焦粉為原料,添加一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合黏結(jié)劑,采用冷壓成型的方法,研究開(kāi)發(fā)出了冷強(qiáng)度≥70kgf/球,熱強(qiáng)度≥30kgf/球,灰熔點(diǎn)大于1500℃的高質(zhì)量氣化型焦.通過(guò)在移動(dòng)床氣化爐的造氣實(shí)驗(yàn)表明,該氣化型焦完全符合工業(yè)化造氣用煤要求,可替代焦炭作為生產(chǎn)半水煤氣的原料關(guān)鍵詞:焦粉;氣化型焦;冷壓成型;氣化爐中圖分類號(hào):TQ523.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: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、電石等生產(chǎn)企業(yè)將工業(yè)焦害人身健康焦粉氣化型焦工藝的開(kāi)發(fā)則可解決炭破碎時(shí)產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物,因粒度小不符合生造氣用塊煤或塊焦供不應(yīng)求和焦粉大量積壓的矛產(chǎn)工藝要求而被廢棄.據(jù)調(diào)查,焦化廠通常焦粉盾,使制出的型焦達(dá)到高強(qiáng)防水,在氣化爐的高溫、產(chǎn)率約為5%然而,今年由于煉焦煤經(jīng)被人為強(qiáng)制通風(fēng)、快速反應(yīng)、料層移動(dòng)條件下能夠使的混雜,配煤質(zhì)量下降,因而許多焦化廠焦粉的實(shí)用461.用焦粉生產(chǎn)氣化型焦提高了焦粉的經(jīng)濟(jì)附際產(chǎn)率高達(dá)7%~8%2.目前我國(guó)大多數(shù)用焦企加值,是焦粉加工利用的一條新的技術(shù)途徑本業(yè)因沒(méi)有找到解決焦粉成型的有效辦法,廢棄焦粉文介紹以焦粉為原料,添加一種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合黏只能當(dāng)作低級(jí)燃料廉價(jià)處理工業(yè)廢棄焦粉不能再結(jié)劑,采用冷壓成型的方法,生產(chǎn)出了冷、熱強(qiáng)度利用,這不僅造成了大量能源浪費(fèi),生產(chǎn)成本上升,高,熱穩(wěn)定性好的氣化型焦在山西焦化有限公司經(jīng)濟(jì)效益下降,更為重要的是廢棄焦粉堆積露天,造氣車間的造氣試驗(yàn)結(jié)果表明,該氣化型焦完全符風(fēng)吹日曬,四處飛揚(yáng),造成對(duì)環(huán)境嚴(yán)重的粉塵污染,合工業(yè)化造氣用煤標(biāo)準(zhǔn),用它來(lái)替代焦炭作為生產(chǎn)直接影響到生產(chǎn)廠區(qū)及周圍的工作和生活環(huán)境危半水煤氣的原料是可行的收稿日期:2005-06-15780中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷1原料制備及工藝方案成型水分:10%~14%;型煤干重:(30±1)g/個(gè);1.1原料制備干燥條件:105C(2h);焦粉,破碎至3mm以下;成型溫度:室溫;風(fēng)化煤,粉碎至177m以下;摻混時(shí)間:10~15min.黏土,粉碎至125μm以下.2.2黏結(jié)劑對(duì)型焦質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)用粉分析見(jiàn)表1型煤的熱穩(wěn)定性是指型煤在高溫燃燒或氣化表1試驗(yàn)用粉工業(yè)分析過(guò)程中對(duì)熱的耐受程度,即型煤在高溫作用下保持 Table 1 Proximate analysis of coke powder原來(lái)形狀的性質(zhì)10.型焦的熱穩(wěn)定性是影響型焦名稱 Mad Vad FCad造氣效果的關(guān)鍵因素,而黏結(jié)劑在粉焦成型的過(guò)程 wB/%3.11.283.3212.38中起著非常重要的作用,不同的黏結(jié)劑對(duì)同一種原1.2工藝方案料煤具有不同的黏結(jié)效果,同一種黏結(jié)劑的不同添粉焦成型工藝見(jiàn)圖1.加量對(duì)同一種原料煤也具有不同的黏結(jié)效果.基于粉碎2213Z24這個(gè)原理,對(duì)同一冶金焦粉,通過(guò)使用不同的黏結(jié)粉碎涼干定溶解粉碎劑及其用量,研究黏結(jié)劑對(duì)型焦冷熱強(qiáng)度的影響規(guī)律,為最終確定氣化型焦生產(chǎn)配方提供理論基礎(chǔ).定量定量定量定量定最加水定量定量2..13黏結(jié)劑對(duì)型焦冷熱強(qiáng)度的影響從圖2可以觀察到:型煤的冷強(qiáng)度隨著Y3配攪拌比的增加而明顯提高,Y3的添加量對(duì)型煤冷強(qiáng)度的影響很明顯,在不加Y3時(shí)型煤的冷強(qiáng)度很低成型干燥入爐造氣當(dāng)Y3的配比大于2%時(shí)型煤的冷強(qiáng)度就達(dá)到圖1粉焦成型工藝流程99%以上,但當(dāng)配比大于4%時(shí),變化就不明顯了 Fig. 1 Process flow of coke powder formedY3對(duì)型煤熱穩(wěn)定性的影響也是非常明顯的,從沒(méi)影響型焦質(zhì)量的一個(gè)重要因素就是黏結(jié)劑.無(wú)有Y3時(shí)的58.23%增加到Y(jié)3為2%時(shí)的機(jī)黏結(jié)劑成型后的冷、熱強(qiáng)度好,熱穩(wěn)定性好,價(jià)格9632%,當(dāng)Y3配比增大到4%時(shí),型煤熱穩(wěn)定性低,但防水性能差,型焦的發(fā)熱量降低,灰分提高,的變化就不明顯了,到10%還稍微有點(diǎn)下降有機(jī)黏結(jié)劑成型的型焦機(jī)械強(qiáng)度和防水性能能滿100熱強(qiáng)度足要求,也不會(huì)降低發(fā)熱量,但熱穩(wěn)定性差,價(jià)格偏高,生產(chǎn)成本高8.本文提出了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合80冷強(qiáng)度60黏結(jié)劑,采用冷壓成型的方法,用此黏結(jié)劑冷壓成40型的氣化型焦具有冷、熱強(qiáng)度高,熱穩(wěn)定性好和防20水效果優(yōu)良的特性,其指標(biāo)完全滿足普通煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量要求.另外,所研發(fā)的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合黏0w(3)%681結(jié)劑型煤黏結(jié)劑還具有來(lái)源廣、價(jià)廉、灰分增加量圖2Y3的添加量對(duì)氣化型焦冷熱強(qiáng)度的影響少的特點(diǎn) 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黏結(jié)劑是一種天然高分子化合物,一般由焦粉成型質(zhì)量好壞與添加劑中各種原料配比直鏈分子和支鏈分子2部分組成,支鏈分子遇水生有直接的關(guān)系為了保證型焦質(zhì)量符合生產(chǎn)企業(yè)成穩(wěn)定的溶液,該溶液具有較高的黏度有學(xué)者認(rèn)為,Y3的直鏈分子間由氫結(jié)合成束狀結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)的生產(chǎn)工藝要求,本課題對(duì)焦粉成型的各種原料配凝沉作用形成凝膠體,當(dāng)它們同煤粒子接觸時(shí),產(chǎn)比做了大量反復(fù)試驗(yàn),并對(duì)黏結(jié)劑種類及其添加量生分子間黏附力,使得型煤具有一定的強(qiáng)度.對(duì)型焦質(zhì)量的影響做了深入研究.經(jīng)過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn),2.2.2X黏結(jié)劑對(duì)型焦冷熱強(qiáng)度的影響最終確定了氣化型焦生產(chǎn)的原料最優(yōu)配比圖?不難看出型的強(qiáng)度均隨著黏第6期武建軍等:型焦制備與氣化試驗(yàn)研究781加,型煤的冷熱強(qiáng)度變化更是非常明顯在不添其作黏結(jié)劑時(shí),添加量太多了對(duì)型煤的冷、熱強(qiáng)度加X(jué)時(shí),型焦的冷強(qiáng)度幾乎為0,熱強(qiáng)度為7.4%,不利.添加量在控制在6%~9%之間時(shí),型煤的機(jī)但當(dāng)X的添加量達(dá)到2%時(shí),型焦的熱強(qiáng)度達(dá)到了械強(qiáng)度可大幅度提高93.92%,冷強(qiáng)度達(dá)到了85.13%;當(dāng)?shù)呐浔仍黾?.3型焦配方的優(yōu)化選擇到一定量時(shí),型煤的冷、熱強(qiáng)度變化都趨于平緩,當(dāng)通過(guò)對(duì)各種黏結(jié)劑對(duì)型焦質(zhì)量影響的分析研X的添加量達(dá)到6%時(shí),型焦的冷熱強(qiáng)度幾乎不再究,結(jié)合有機(jī)黏結(jié)劑和無(wú)機(jī)黏結(jié)劑各自的優(yōu)缺點(diǎn),增加最終研發(fā)出了有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合黏結(jié)劑.該有機(jī)一無(wú)熱強(qiáng)度機(jī)符合黏結(jié)劑,所選用的添加劑有Y1,Y2,Y3,W,冷度Z1和Z2等.Y1黏結(jié)劑,作用是增強(qiáng)型焦的冷強(qiáng)40度,促進(jìn)在熱態(tài)下使焦粉顆粒間黏連,促進(jìn)熱穩(wěn)定性提高,因?yàn)槭且环N有機(jī)廢棄物,不會(huì)提高型焦灰10102468分,成本也較低.Y2黏結(jié)劑,是一種具有冷態(tài)和熱態(tài)強(qiáng)度共同作用的黏結(jié)劑,與Z1助劑作用生成黏性較好的黏結(jié)劑X,本身灰分較低,對(duì)型焦灰分影圖3X的添加量對(duì)氣化型焦冷熱強(qiáng)度的影響 Fig. 3 Influence of X content on cold響不大W黏結(jié)劑,是一種無(wú)機(jī)黏結(jié)劑,對(duì)提高型 strength and thermal strength焦冷強(qiáng)度有利,來(lái)源廣,成本低,有利于提高型焦的 formed coke for gasfication produced灰熔點(diǎn).Y3黏結(jié)劑,有機(jī)黏結(jié)劑,對(duì)提高型焦冷態(tài)X黏結(jié)劑是一種水溶性的黏結(jié)劑,對(duì)煤有很強(qiáng)強(qiáng)度有利,尤其是濕球的初始強(qiáng)度.Y4是一種有機(jī)的親和力,能很好地潤(rùn)濕煤粒表面,以至能滲入煤高分子黏結(jié)劑,可提高型焦的冷強(qiáng)度,尤其是型焦的微孔結(jié)構(gòu)中.在成型壓力作用下,X黏結(jié)劑能黏的初始強(qiáng)度.Z2助劑,對(duì)提高型焦活性有利結(jié)煤料,是使型煤具有一定的初始強(qiáng)度,型煤烘干經(jīng)試驗(yàn)研究,氣化型焦最終配方方案如表2所后,隨水分的蒸發(fā),X黏結(jié)劑能縮成膠體,最后收縮示.采用表2所示配方進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐,加工出來(lái)的固化,將煤料黏結(jié)牢固,使型煤具有較高的強(qiáng)度.型焦,冷強(qiáng)度為≥70kgf/球,熱強(qiáng)度≥30kgf/球,灰2.2.3W黏結(jié)劑對(duì)型焦冷熱強(qiáng)度的影響熔點(diǎn)1500C不熔,加工過(guò)程中返料約7%對(duì)成品從圖4可以看出:黏結(jié)劑W配比的變化對(duì)型型焦進(jìn)行工業(yè)分析,得到的結(jié)果如表3所示焦熱穩(wěn)定性的影響不明顯;但型焦的冷強(qiáng)度隨著W配比的增加而提高,從不添加W到添加W冷強(qiáng)表2氣化型焦最終配方方案度曲線變化較大,在W的添加量達(dá)到3%時(shí),冷強(qiáng) for gasfication produced度從不添加W時(shí)的68.76%提高99.39%;隨著W名稱焦粉 Y2添加量的繼續(xù)增加,冷強(qiáng)度曲線趨于平緩,在添加80~85482~36~9名稱 Y3 22 Y4量達(dá)到7%后,冷強(qiáng)度基本上穩(wěn)定在99.70%左右./%0.3~0.41~1.30.05~0.10.1~0.3100熱強(qiáng)度表3生產(chǎn)成品型焦工業(yè)分析9080 Table 3 Proximate analysis of formed coke8冷強(qiáng)度名稱MdV FCaA80wB/%0.24.672.922.3706563型焦工業(yè)化造氣試驗(yàn) w(Wy/%圖4W的添加量對(duì)氣化型焦冷熱強(qiáng)度的影響型焦的工業(yè)化試驗(yàn)是在山西焦化有限公司的 Fig. 4 Influence of W content on cold strength造氣車間的2,4造氣爐進(jìn)行的,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)造 and thermal strength of formed coke for gasfication produced氣工段造氣爐使用型焦的情況進(jìn)行了72h連續(xù)生本試驗(yàn)所用的黏結(jié)劑W為鈉基的,它與水的產(chǎn)考核.在考核期間,2和4造氣爐按一定比例,混合物具有黏結(jié)性、可塑性,與大量的水混合可呈把焦炭和型焦配燒對(duì)于2造氣爐,型焦和焦炭的油的腎憂生水可為腎的用休配燒比例為1:3;4造氣爐型焦和焦炭的配燒比782中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷的型焦配燒比例為3%實(shí)驗(yàn)方式采用對(duì)比性實(shí)進(jìn)行比較,結(jié)果如表6所示驗(yàn),即在工藝參數(shù)不變的前提下,只更換原料,把考表6考核前后造氣爐下灰情況核前的數(shù)據(jù)指標(biāo)和考核期的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分 Table 6 The amount of ash from gasify析 furnace before test and after test3.2半水煤氣量及成份圓門/上行集塵器下行集塵器/(平車·d-1)(翻斗車·d-1)(平車·d-1)在72h生產(chǎn)考核期間,依據(jù)考核方案對(duì)造氣2#爐4#爐2爐4爐2#爐4#爐爐所生產(chǎn)的半水煤氣每小時(shí)做一次全分析,共取得考核前13.4115.242.43.441.51.572組分析數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,求平均得到考核期18.6627.99441.51.5了考核期間的所生產(chǎn)的半水煤氣的成分?jǐn)?shù)據(jù),并將從表6可以看出圓門和上行集塵器的下灰量此數(shù)據(jù)與考核前純燒焦炭時(shí)的半水煤氣成分的平明顯增多,下行集塵器的下灰量沒(méi)有變化均值進(jìn)行了比較.數(shù)據(jù)如表4所示4結(jié)論表4考核前后造氣爐半水煤氣量及成份 Table 4 Component and amount of semi-water1)利用粉焦生產(chǎn)的氣化型焦冷熱強(qiáng)度高,冷 gas furnace before test and after test強(qiáng)度≥70kgf/球,熱強(qiáng)度≥30kgf/球,灰熔點(diǎn)氣體成份/%氣量/項(xiàng)目CO2O2COH2CH4N2合計(jì)(m3·h)1500C不熔,加工過(guò)程中返料在7%左右.型焦質(zhì)考核前7.90.43540.61.1151007200量:固定炭≥72%,灰份20%左右,水份為0.2%,考核期8.70.434.441.41.213.9107200型焦產(chǎn)品可滿足造氣爐部分配燒的要求.從上表可以看出:半水煤氣量沒(méi)有變化,氣體2)型焦按27%和36.6%的比例和焦炭配燒成份有一些變化,但均在工藝指標(biāo)范圍(工藝指標(biāo)時(shí),半水煤氣量和成份沒(méi)有大的變化,原料的消耗為每替代1t焦炭需1.18t型焦.在考核期間的下CO2)為6%~9%(CO+H2)≥63%;(O2)≤灰量和考核前相比,圓門和上行集塵器的下灰量明0.5%)之內(nèi)3.3原料消耗顯增多,下行集塵器的下灰量沒(méi)有變化3)從型焦工業(yè)化造氣試驗(yàn)的考核結(jié)果來(lái)看,經(jīng)實(shí)際測(cè)定,在72h考核期間2,4”2臺(tái)移動(dòng)利用粉焦生產(chǎn)的型焦可以替代部分焦炭作為生產(chǎn)床氣化爐共配燒型焦83.84t,其中2爐配燒33.92t,4#爐配燒49.92t.另外還測(cè)定出72h的半水煤氣的原料,所以該工藝方案是可行的考核期間2消耗焦炭91.9t,4消耗焦炭86.1t,參考文獻(xiàn):2臺(tái)爐共耗焦炭178t.加上耗型焦83.84t,這樣2臺(tái)爐共耗原料178+83.84=261.84t平均每個(gè)班1]劉長(zhǎng)林王毅藺謙工藝廢棄焦粉成型技術(shù)甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003(1):73-75.耗原料(焦炭和型焦)29.09t.而考核前純燒焦炭 Liu C L, Wang Y, Lin Q. Shaping technology of時(shí),統(tǒng)計(jì)每個(gè)班的原料消耗量為27.66t.2#爐和 discarded powdered coke in industries [J]. Journal o4爐考核前和考核期間的原料消耗如表5所示 Gansu University of Technology, 2003(1) 73-75.表5考核前后造氣爐原料消耗[2]虞繼順,周菊武,鄒禮英焦粉配入無(wú)煙煤制取鑄造型 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爐4爐2爐4#爐合計(jì)/ 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]劉長(zhǎng)林雒和明,茍國(guó)俊焦粉成型技術(shù)J]環(huán)境污染由于考核期半水煤氣量和成份沒(méi)有大的變化,治理技術(shù)與設(shè)備,2002.3(12):73-75因此從上表可以計(jì)算出每替代1t焦炭需1.18t Liu CL, Luo, Gou G J. The shaping technology型焦.配燒比例分別為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]武建軍.氣化型煤生產(chǎn)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[]革新與在考核期間對(duì)2,4造氣爐的下灰情況(室內(nèi)綜述2001625-27第6期武建軍等:型焦制備與氣化試驗(yàn)研究783 Innovation and Survey, 2001(6): 25-27.[8]武海燕,賈超熊,馬國(guó)順?lè)劢钩尚椭圃鞖饣媒沟难衃5]諶倫建,趙躍民型煤灰球中固硫物相及其沿徑向的究[]煤氣與熱力,2001,21(6):492-493.分布特征[]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),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.焦粉成型焦的生產(chǎn)工藝及其煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng) sphere[J]. Journal of China University of Mining用J]重慶鋼鐵高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)1999.9(1-2):1 Technology,2001,30(6):590-5922[6]武建軍,楊曉東,韓甲業(yè),等.添加劑抑制CaSO4高溫 Xiong M S. Coke powder made formed coke and the分解的TG-fTR研究復(fù)合固硫劑[J中國(guó)礦 application of iron producing [J]. Chongqing Steel's業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,34(5):660-663. 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