CN107892935A - 一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法是按煤直接液化残渣：配合煤重量比=3~10：100，将煤直接液化残渣加入配合煤中，捣固压饼，得到煤饼，在干馏炉中隔绝空气加热进行干馏，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，即得到冶金焦炭。本发明具有节约优质炼焦煤，降低炼焦配煤成本的优点。

Description

一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法

技术领域

本发明涉及一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法

背景技术

炼焦是煤炭深加工利用的重要途径之一，而作为特殊和稀缺资源的炼焦煤(以气煤、肥煤、焦煤和瘦煤为主)对焦炭的品质有着极为重要的作用。我国煤炭资源相对丰富，但优质炼焦煤资源量非常有限，且在未来较长时间内对其年需求量仍将维持在9亿-10亿t左右。因此，寻求替代资源，同时保护稀缺的优质炼焦煤资源，事关国民经济以及社会的科学、和谐、可持续发展。

我国具有很多弱(不)粘结性的煤炭资源，合理利用这些弱(不)粘结性煤进行配煤炼焦，节省粘结性煤，成为合理利用煤炭资源、有效降低冶金焦生产成本的重要途径。专利CN1211456C公开了一种冶金焦及其生产方法，其配煤原料组成为气煤、肥煤、焦煤、焦粉以及部分弱粘结性煤，捣固炼焦装煤生产二级冶金焦。专利CN101870875B提供了一种用1/3焦煤和非炼焦煤生产冶金焦的方法，其以1/3焦煤为主，配以10％-12％的长焰煤和5％-10％的无烟煤得到配合煤，炼焦得到二级冶金焦炭。专利CN101284997B以高硫、高灰的1/3焦煤为主炼焦煤，配以无烟煤以及沥青粘结剂，经捣固炼焦工艺后生产得到冶金焦。上述发明专利所述冶金焦制备方法存在的主要问题是：1、冶金焦生产仍主要以炼焦煤资源为主，配入弱(不)粘结性的煤炭资源相对较少；2、生产的冶金焦指标达不到或只能部分达到一级冶金焦标准。

煤直接液化技术能够提供丰富的化学品，但同时会产生占液化原煤总量20％～30％的液化残渣。液化残渣是一种高碳、高灰和高硫的混合物，并被列为《国家危险废物名录》(2016版)，如何绿色、高效地处理液化残渣这种危废物是值得深思的问题。液化残渣是由残油和沥青烯等有机组分、难以溶解于有机溶剂的未反应煤和煤中的无机矿物质等三部分构成。且由于沥青烯是一种甲苯或苯可溶的高分子有机混合物，其具有较高的芳香性，容易发生聚合或者交联，因此其具有很强的粘结性。如专利CN103436280B公开了一种煤直接液化残渣制备焦炭的方法，其首先将液化残渣进行热溶萃取、固液分离、聚合改性，其次将其与炼焦用洗精煤混合、捣固后，进行炼焦，最终得到冶金焦。该专利的液化残渣应用过程中首先需进行改性，操作过程复杂，增加了其应用成本。专利CN101962560A将煤液化残渣进行一级萃取后，固液分离所得固体进行二次萃取，再将分离所得的沥青类物质加热干馏得到中间相沥青，但所得到的沥青类物质粘结性较差，作为粘结剂制备焦炭时，难以提高焦炭机械强度。

经检索，以煤直接液化残渣为粘结剂，在配合煤中替代部分主焦煤或配入较高比例的非炼焦煤生产冶金焦炭的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用煤直接液化残渣在配煤过程中替代部分炼焦煤来生产冶金焦的方法。

本发明首次将煤直接液化残渣直接用于冶金焦的制备。传统冶金焦炭配煤炼焦其核心思路是通过气、肥、焦、瘦炼焦煤的配合，得到具有合适灰分、挥发分、S、G值、Y值配合煤，经高温干馏后得到满足冶金焦要求的工分、冷强度、反应性、反应后强度等各项指标，但是煤的热解过程是一个复杂的物理化学过程，具有粘结性的煤在热解过程中都有胶质体形成，煤粘结性的好坏取决于胶质体的数量、流动性和半焦形成前的热稳定性。炼焦煤都具备一定的粘结指数和胶质层厚度这一特性，但是由于优质的炼焦煤资源大量短缺，找到炼焦煤的替代产品或扩大炼焦煤范围就显得十分重要。

煤直接液化残渣的组成较为复杂，根据不同的煤种其成分也有很大差别。主要由3个部分组成：能够被有机溶剂溶解的组分，为重油或残油、沥青烯、前沥青烯；难以溶解于有机溶剂的未反应煤，包括惰质组以及在液化蒸馏过程中形成的分子量更大的组分；煤中的无机矿物质和加入的催化剂。神华煤液化残渣中重油含量为34％～37％，沥青烯含量为17％～22％，前沥青烯和四氢呋喃不溶物含量为43％～46％；煤液化残渣中重油和沥青烯含量＞50％。

在煤直接液化残渣中大量存在的沥青烯是一种甲苯或苯可溶的高分子有机混合物，其具有较高的芳香性，容易发生聚合或者交联，因此其具有很强的粘结性。在配煤中加入煤直接液化残渣，可提高配合煤的流动度，改善焦炭的结晶性和显微组织，同时增加煤容惰能力，这样一来就可以部分替代强粘结煤或增加炼焦煤种不粘结煤的用量。

本发明首次将煤直接液化残渣在不做精加工的条件下直接用于冶金焦的制备。

本发明一种冶金焦炭制备方法，包括如下步骤：

按煤直接液化残渣：配合煤重量比＝3-10:100，将煤直接液化残渣加入配合煤中，捣固压饼，得到煤饼，在干馏炉中隔绝空气加热进行干馏，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，即得到冶金焦炭。

所述配合煤的质量指标为：V_daf≤25％，A_d≤10.5％，S_td＜0.70％，粘结指数≥6，细度：＜0.3mm占85％。

所述煤直接液化残渣的质量指标为：V_daf≥38％，A_d≤16％，FC_d≥45％。

所述煤直接液化残渣的制备方法：将其片状固体，经破碎机破碎至＜3mm备用。

所述干馏的温度为950～1100℃，干馏的时间为16～24h。

上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份≤1.10％，A_d≤12.00％，V_daf≤0.98％，S_td≤0.65％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀≥72.7％，M₂₅≥85.7％，M₁₀≤8.3％，焦炭反应性≤30.8％，反应后强度≥52.0％。

配合煤的制备方法如下：

(1)配合煤组成是：主焦煤20-25％，肥煤5-10％，1/3焦煤25-30％，气煤10-20％，非炼焦煤10-20％，煤直接液化残渣3-10％。其中煤直接液化残渣:非炼焦煤重量比为1:2-7；

(2)将配合煤组成的各种煤粉碎至＜3mm占80％以上，混配均匀，使配合煤水份达到10-12％。

冶金焦生产方法采用配煤捣固法装煤，应用常规焦炉生产冶金焦方法。

本发明与传统冶金焦生产技术相比的优点主要表现在以下几方面：

1.煤直接液化残渣作为炼焦高温粘结剂的同时，可促使使某些单种煤发生一定程度的变质，促进各向异性碳的发展，提高配合煤的流动度，改善焦炭的结晶性和显微组织，增加配合煤的容惰性。

2.煤直接液化残渣的加入可部分替代强粘结煤或增加炼焦煤种不粘结煤的用量，能有效扩大炼焦煤资源，节约优质炼焦煤，降低炼焦配煤成本。

3.煤直接液化残渣属于大宗危废品，但同时来源丰富，价格低廉，热粘结性能优异，本发明在获得性能优良的冶金焦的同时实现了煤直接液化残渣的绿色、高效工业化应用。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步地说明。

实施例1

(1)将煤直接液化残渣破碎成＜3mm；

(2)入炉煤料由25wt％的主焦煤、10wt％的肥煤、25wt％的1/3焦煤、20wt％的气煤、17wt％的贫煤、3％的煤直接液化残渣配合而成；配合煤的质量指标为：V_daf24％，A_d8.85％，S_td0.68％，粘结指数6，细度：＜0.3mm占89％。

(3)将制好的混合均匀后的煤样捣固压饼，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到冶金焦炭。

(4)上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份1.0％，A_d10.02％，V_daf0.69％，S_td0.58％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀76.8％，M₂₅88.7％，M₁₀7.3％，焦炭反应性28.0％，反应后强度65.0％。

实施例2

(1)将煤直接液化残渣破碎成＜3mm；

(2)入炉煤料由22wt％的主焦煤、10wt％的肥煤、30wt％的1/3焦煤、15wt％的气煤、20wt％的弱粘煤、3％的煤直接液化残渣配合而成；配合煤的质量指标为：V_daf24.5％，A_d8.95％，S_td0.73％，粘结指数6，细度：＜0.3mm占83％。

(3)将制好的混合均匀后的煤样捣固压饼，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到冶金焦炭。

(4)上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份0.94％，A_d11.02％，V_daf0.85％，S_td0.60％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀77.8％，M₂₅89.7％，M₁₀7.9％，焦炭反应性26.0％，反应后强度67.0％。

实施例3

(1)将煤直接液化残渣破碎成＜3mm；

(2)入炉煤料由25wt％的主焦煤、5wt％的肥煤、27wt％的1/3焦煤、18wt％的气煤、20wt％的不粘煤、5％的煤直接液化残渣配合而成；配合煤的质量指标为：V_daf24％，A_d8.25％，S_td0.68％，粘结指数6，细度：＜0.3mm占88％。

(3)将制好的混合均匀后的煤样捣固压饼，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到冶金焦炭。

(4)上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份0.87％，A_d10.02％，V_daf0.69％，S_td0.52％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀78.8％，M₂₅89.4％，M₁₀7.2％，焦炭反应性24.0％，反应后强度69.0％。

实施例4

(1)将煤直接液化残渣破碎成＜3mm；

(2)入炉煤料由21wt％的主焦煤、6wt％的肥煤、28wt％的1/3焦煤、19wt％的气煤、18wt％的长焰煤、8％的煤直接液化残渣配合而成；配合煤的质量指标为：V_daf24.8％，A_d8.5％，S_td0.65％，粘结指数6，细度：＜0.3mm占88％。

(3)将制好的混合均匀后的煤样捣固压饼，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到冶金焦炭；

(4)上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份0.83％，A_d10.52％，V_daf0.54％，S_td0.58％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀77.8％，M₂₅86.4％，M₁₀7.1％，焦炭反应性25.0％，反应后强度68.0％。

实施例5

(1)将煤直接液化残渣破碎成＜3mm；

(2)入炉煤料由20wt％的主焦煤、10wt％的肥煤、30wt％的1/3焦煤、10wt％的气煤、20wt％的贫煤、10％的煤直接液化残渣配合而成；配合煤的质量指标为：V_daf24.7％，A_d6.2％，S_td0.60％，粘结指数6，细度：＜0.3mm占89％。

(3)将制好的混合均匀后的煤样捣固压饼，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到冶金焦炭；

(4)上述配煤通过捣固装煤炼制的冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份0.84％，A_d9.52％，V_daf0.86％，S_td0.58％。焦炭强度(转鼓法)，M₄₀77.8％，M₂₅85.9％，M₁₀7.1％，焦炭反应性27.0％，反应后强度63.0％。

Claims (7)

1.一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于包括如下步骤：

按煤直接液化残渣：配合煤重量比=3-10：100，将煤直接液化残渣加入配合煤中，捣固压饼，得到煤饼，在干馏炉中隔绝空气加热进行干馏，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，即得到冶金焦炭。

2.如权利要求1所述的一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于所述配合煤的质量指标为：V_daf≤25%，A_d≤10.5%，S_td＜0.70%，粘结指数≥6，细度：＜0.3mm占85%。

3.如权利要求1所述的一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于所述配合煤的制备方法如下：

(1)配合煤组成是：主焦煤20-25%，肥煤5-10%，1/3焦煤25-30%，气煤10-20%，非炼焦煤10-20%，煤直接液化残渣3-10%；

其中煤直接液化残渣:非炼焦煤重量比为1:2-7；

(2)将配合煤组成的各种煤粉碎至＜3mm占80％以上，混配均匀，使配合煤水份达到10-12％。

4.如权利要求1所述的一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于所述煤直接液化残渣的质量指标为： V_daf≥38%，A_d≤16%，FC_d≥45%。

5.如权利要求1所述的一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于所述煤直接液化残渣的制备方法：将其片状固体，经破碎机破碎至＜3mm备用。

6.如权利要求1所述的一种利用煤直接液化残渣替代炼焦煤生产冶金焦的方法，其特征在于所述干馏的温度为950～1100℃，干馏的时间为16～24h。

7.如权利要求1-6任一项所述方法生产的冶金焦，其特征在于冶金焦的指标如下：

冶金焦的水份≤1.10％，A_d≤12.00％，V_daf≤0.98％，S_td≤0.65％，焦炭强度，M₄₀≥72.7％，M₂₅≥85.7％，M₁₀≤8.3％，焦炭反应性≤30.8％，反应后强度≥52.0％。