專利名稱:改進型焦炭制備方法
技術領域:
本發明涉及一種新型焦炭以及煅燒等生產制取,尤其是改進型焦炭制備方法。
背景技術:
焦炭,煉焦煤料在高溫干餾作用下,經過熱解、縮聚、固化、收縮等一系列復雜的物理化學過程而形成的固體燃料。含碳96X以上,熱值約29X103kJ/kg。焦炭主要用于高爐煉鐵和用于銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風爐冶煉,起還原劑、發熱劑和料柱骨架作用。灰分是焦炭燃燒后的殘留物,主要是氧化硅和氧化鋁。焦炭灰分每增加1%,高爐焦比上升1. 7% 2. 2%,熔劑消耗增加2. 5% 3. 5%,生鐵產量降低2. 2% 3. 0%,生鐵成本提高0.7% 1.0%。焦炭灰分全部來自煉焦用煤,因此,常規必須合理降低經過洗煤的精煤灰分。硫分是生鐵的主要有害物質,高爐爐料中的硫,80%來自焦炭,因此焦炭的硫分要嚴加控制,不宜超過O. 6% 1. 0%。水分波動會使入爐焦炭計量產生誤差,影響高爐操作。一般要求控制在3% 5%,并力求穩定。揮發分的高低,是鑒別焦炭成熟程度的主要標志。正常焦炭的揮發分在1%左右。包括抗碎強度和耐磨強度等力學強度是高爐用焦極重要的物理性質。焦炭作為高爐內料柱骨架,除必須有足夠的力學強度外,還要力求粒度均勻,以保證透氣性。 焦炭以用途一般分為鑄造焦、冶金焦、高硫焦三種。焦炭除大量用于煉鐵和有色金屬冶煉(冶金焦)夕卜,還用于鑄造、化工、電石和鐵合金,其質量要求有所不同。如鑄造用焦,一般要求粒度大、氣孔率低、固定碳高和硫分低;化工氣化用焦,對強度要求不嚴,但要求反應性好,灰熔點較高;電石生產用焦要求盡量提高固定碳含量。 焦炭對高爐煉鐵的作用是(1)主要的熱量來源。高爐煉鐵炭素(包括焦炭和煤粉)燃燒所提供的熱量,占高爐煉鐵總熱量來源的71%。理論最低焦比為250kg/t,焦炭在風口燃燒掉55% 65%。 (2)還原劑。焦炭還原作用是以C和CO形式來對鐵礦石起還原作用。爐料到風口焦炭溶反應為25% 35%。 (3)生鐵的溶碳。在高爐煉鐵過程中焦炭中的碳是逐步滲透到生鐵中。 一般鑄造生鐵含碳3.9%左右,煉鋼生鐵在4.3%左右。生鐵滲碳消耗焦炭7% 10%。 (4)爐料的骨架作用。焦炭在高爐內是起骨架作用,支撐著煉鐵原料(燒結礦,球團礦,天然塊礦),又起到煤氣的透氣窗作用。 中國I級焦炭要求含硫低于1 %,塊度一般為25 75mm, M40 > 80.0 %,M10《8. 0%,灰分《12. 0,水分> 40mm4. 0±1. 0%。反應后強度CSR, 58-66 % ,反應后指數CRI, 25-28% ,焦炭的揮發份應控制在0. 5% 1. 0%為宜。過高會有生焦存在,焦炭強度差;過低是由于煉焦過火的原因,這時焦炭裂紋多,易碎。焦炭含有K20+Na20有害雜質含量小于3. OKg/t。 據統計,我國煤炭資源保有儲量為10070億噸,其中可開采儲量為1891億噸,但煉焦煤的儲量占全國煤炭貯量的25. 28%,主要煉焦煤種(焦煤和肥煤)的儲量又在煉焦煤儲量的40%以下。所以,僅靠提高主焦煤的配比來提高焦炭質量是不科學,也不經濟的。現在我國焦炭生產能力已超過3億噸。2006年上半 全國規模以上煉焦企業 生產焦炭1.2897億噸,同比增長13. 63%。按這種發展態勢估計,我國煉焦煤資源很快就會出現供應緊張的局面。所以,我們應依靠煉焦科技進步,逐步減少主焦煤的配比,而又不影響焦炭質量,甚至有所提高,才能實現我國煉焦工業的可持續發展。 另外,焦炭除以木材為原料煅燒制得的傳統工藝外,還有一種即由石油制得的石油焦。石油焦(Petroleum coke)是延遲焦化裝置的原油經高溫蒸餾裂解將輕重質油分離后,重質油再經熱裂的過程,轉化而成的產品,從外觀上看,焦碳為形狀不規則,大小不一的黑色塊狀或顆粒,有金屬光澤,焦碳的顆粒具多孔隙結構,主要的元素組成為碳,占有80wt^以上,其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素。石油焦的產量約為原料油的25-30%。其低位發熱量約為煤的1.5-2倍,灰分含量不大于0.5%,揮發分約為11%左右,品質接近于無煙煤。石油焦具有其特有的物理、化學性質及機械性質,本身是發熱部份的不揮發性碳,揮發物和礦物雜質硫、金屬化合物、水、灰等,這些指標決定焦炭的化學性質。主要用于制取炭素制品,如石墨電極、陽極弧,提供煉鋼、有色金屬、煉鋁之用;制取炭化硅制品,如各種砂輪、砂皮、砂紙等;制取商品電石供制作合成纖維、乙炔等產品;也可做為燃料。依據石化行業標準SH0527-92規定的延遲石油焦,產品按用途分為1、2和3號三個牌號,各牌號又按質量分為A、B兩種。制備過程為,減壓渣油經快速升溫至500°C ,進入焦炭塔,發生焦化反應,生成的焦炭聚結于塔內,用高壓水切割除焦。合格品中較低級的3B延遲石油焦硫含量不大于3. 0%,揮發分不大于20%,灰分不大于1. 2%,水分3%,真密度不大于2. 13g/cm2,塊粒8mm以下粉焦量不大于25%,硅含量不大于0. 08%,釩含量不大于0. 015%,鐵含量不大于0. 08%。 與制備焦炭相關的可能選擇的原料還包括肥煤、焦煤、煤泥等。 中國專利200610117253. 2 —種用普通煉焦煤生產的一級冶金焦及其生產方法公
開一項技術包括,其組成成分的重量百分比為肥煤15 20%, 1/3焦煤10 20%,焦
煤40 50%,氣煤15 25%,石油焦5 8%。其中配合煤顆粒度《3mm部分占總量75%以上,石油焦的灰份(Ad)《0. 55%,石油焦硫份(St, ad)《0. 50%,石油焦的揮發份(Vdaf)《11.5%。利用本發明在普通煉焦煤中添加石油焦可生產出低灰、低硫,冷熱強度具佳的冶金一級焦。然而,這種技術的工業應用價值較低。
發明內容
本發明發明目的在于提出一種節約能源,提高原料利用率,以及制成焦炭產品品
質質量的焦炭,以及包括其生產方法,即改進型焦炭制備方法。 實現本發明發明目的的措施在于以焦煤30-60 % ,煤泥10-40 % ,石油焦15-60% ,混合后裝入爐加熱煅燒,帶揮發成分經熱脫出后,在減少氧化的條件下,降溫得到焦炭。 本發明的優點在于煅燒時不須洗煤,節水量較大,制成焦炭大塊率提高,同時其中固定炭含量提高5-10%,燃燒值增加較大,灰分顯著降低3_7%,制備時間縮短,環保效能提高,制備工藝簡便實用,實施范圍廣。
具體實施例方式
實施例1 :以焦煤30-60 %,煤泥10-40 %,石油焦15-60 % ,混合后裝入爐加熱煅
4燒,帶揮發成分經熱脫出后,在減少氧化的條件下,降溫得到焦炭。 焦煤是中等及低揮發分的中等粘結性及強粘結性的一種煙煤。焦煤分兩類,第一類焦煤的干燥無灰基揮發分Vdaf > 10 % 28 % ,黏結指數G > 65,膠質層最大厚度,y《25mm。這部分煤的結焦性特別好,可以單獨煉出合格的高爐焦。另一類焦煤的干燥無灰基揮發分Vdaf > 20% 28X,黏結指數G > 50 65,結焦性比前者差。焦煤具有中等揮發分和較好的黏結性,是典型的煉焦煤,在加熱時能形成熱穩定性很好的膠質體。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度高的焦炭,其耐磨性也好。但產生的膨脹壓力大,使推焦困難,必須配入氣煤、瘦煤等,以改善操作條件和提高焦炭質量。在煉焦配合煤中焦煤可以起到焦炭骨架和緩和收縮應力的作用,從而提高焦炭機械強度,是優質的煉焦原料。
煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物,是煤炭生產過程中的一種產品,根據品種的不同和形成機理的不同,其性質差別非常大,可利用性也有較大差別,大致有煉焦煤選煤廠的浮選尾煤、煤水混合物產出的煤泥和礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來的煤泥幾種類型。煉焦煤選煤廠的浮選尾煤煤泥,一般是一種廢棄物,其性質與洗選矸石或中煤類似,因煤質不同,浮選煤泥的品質有較大差別,如淮南的氣煤,浮選工藝的抽出率只有30% 40%,這種煤泥灰分比較低,煤質與洗中煤比較接近;平頂山的煤是肥煤或1/3焦,浮選精煤的抽出率可達70% 80%,浮選尾煤的灰分就較高,煤質與洗選矸石接近,根據煤泥回收工藝的不同,煤泥的物理性質差別較大,如用壓濾機回收的煤泥,其顆粒分布比較均勻,它的粘性、持水性都比較弱,利于降低水分,例如平頂山八礦選煤廠的壓濾煤泥,在旱季堆放接近半年以后,抓斗抓起時出現揚塵,總含水率已接近10%,另一種是煤泥沉淀池或尾礦場,根據固體顆粒在水中自然沉淀的原理,實現固液分離而產出的煤泥。這種工藝有粒度分級的功能,粗顆粒易沉淀,大都集中在煤泥水入口附近,細顆粒在中間位置,極細顆粒在末端。末端煤泥具有高粘性和高持水性,又細又軟,晾曬幾個月,表面似已干燥,內部含水率幾乎不降,這種煤泥是最難處理的;煤水混合物產出的煤泥,如動力煤洗煤廠的洗選煤泥、煤炭水力輸送后產出的煤泥,這種煤泥有的比原煤質量都好,數量少時常常摻到成品煤中;礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來的煤泥,收集起來都屬于煤礦的臟雜煤泥,其特點是數量不多,質量不穩定,但一般都比浮選尾煤質量好。 石油焦為3B延遲石油焦。延遲石油焦是指延遲焦化裝置生產的生焦,也稱普通焦。目前還沒有相應的國家標準。現國內生產企業主要依據原中國石化總公司制定的行業標準SH0527-92生產。 對不同焦煤煤種,分組進行選擇粉碎煤工藝,對于硬度較高的焦煤進行細破碎,對硬度較低的焦煤粉碎到可有較大的粒度。焦煤粉碎能夠提高的結焦性和減少焦炭裂紋,進而提高焦炭質量。要通過試驗,優化出本企業的最佳配氣煤度的方案,來指導煉焦優化生產。 焦煤、煤泥和石油焦的調濕是在裝爐之前除掉一部分水分,控制水分在6%左右。如煤的水分能穩定在6 %左右,其焦炭產量可提高7.7%,裝爐密度可提高4% -7 % ,轉鼓指數D150提高0. 8% -1. 5%。煤脫濕可使用流化床技術,用焦爐煙道氣與濕煤進行熱交換;也可以使用干熄焦發電機抽出的蒸汽為熱源,在回轉式多管干燥機內間接熱交換。脫濕有顯著的節能、環保和經濟效益,要保證水分低,且穩定,同時可以提高焦炭質量。
在煉焦煤中適量配入粘結劑、抗 劑等非煤添加劑,配入粘結劑工藝適用于低流動性的弱粘結性的煤種。配入粘結劑、抗裂劑等非煤添加劑,可以改善焦炭的機械強度和焦炭的反應性,抗裂劑使用工藝適用于高流動性的高揮發性煤種,可以改善煤的結焦性能,可增大焦炭塊度,提高強度、改善焦炭氣孔結構,提高焦炭反應后強度。這樣可以擴大煉焦煤源或減緩半焦收縮,增大焦炭塊度。 將焦煤、煤泥制成方型、長型、球型等壓塊狀,在焦爐外進行對原料搗固,配入30% 50X的型煤時,其煤的密度可達800kg/m3,同時可以允許增加10% 15%的弱粘結性煤的用量,使其密度提高到950-1150kg/m3,可使焦炭M40提高1% -6%, M10降低2X-4X,反應后強度CSR,提高1X-6X。在焦炭質量變化不大的條件下,煤搗固可以多配5%-20%弱粘結性的氣肥煤、氣煤,這樣可少用主焦煤。型煤制塊后煅燒煉焦提高裝爐煤料的密度,顯著改善焦炭質量。 延長結焦時間包括降低結焦速度和悶爐,即焦餅在焦爐內成熟之后,再經過一段時間悶爐,達到提高焦炭質量的目的。對于粘結性能好的煤,延長結焦時間可以提高焦炭的強度。實踐表明,延長結焦時間1小時,可提高焦炭M401X。 結焦后的原料采用惰性氣體熄滅紅熱焦炭的干法熄焦。干熄焦與濕法焦對比,焦炭M40可提高3X 8X, M10降低0. 3% 0. 8%,焦炭反應必降低,粒度均勻。進而改善了高爐煉鐵技術經濟標,焦比降低2%,產量提高1%。 本發明實施例煅燒時不須洗煤,節水量較大,制成焦炭大塊率提高,同時其中固定炭含量提高5-10% ,燃燒值增加較大,灰分顯著降低3-7% ,制備時間縮短,環保效能提高,制備工藝簡便實用,實施范圍廣。
權利要求
改進型焦炭制備方法,其特征在于,以焦煤30-60%,煤泥10-40%,石油焦15-60%,混合后裝入爐加熱煅燒,帶揮發成分經熱脫出后,在減少氧化的條件下,降溫得到焦炭。
2. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,對不同焦煤煤種,分組進行選擇粉碎煤工藝,對于硬度較高的焦煤進行細破碎,對硬度較低的焦煤粉碎到可有較大的粒度。
3. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,焦煤、煤泥和石油焦的調濕是在裝爐之前除掉一部分水分,控制水分在6%左右。
4. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,在煉焦煤中適量配入粘結劑、抗裂劑等非煤添加劑,配入粘結劑工藝適用于低流動性的弱粘結性的煤種。
5. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,將焦煤、煤泥制成方型、長型、球型等壓塊狀,在焦爐外進行對原料搗固,配入30% 50%的型煤時,其煤的密度可達800kg/m3,同時可以允許增加10% 15%的弱粘結性煤的用量,使其密度提高到950-1150kg/m3,可使焦炭M40提高1% _6%, M10降低2 % -4 %,反應后強度CSR,提高1% -6%。
6. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,延長結焦時間包括降低結焦速度和悶爐,即焦餅在焦爐內成熟之后,再經過一段時間悶爐。
7. 如權利要求1所述的改進型焦炭制備方法,其特征在于,結焦后的原料采用惰性氣體熄滅紅熱焦炭的干法熄焦。
全文摘要
改進型焦炭制備方法,以焦煤30-60%,煤泥10-40%,石油焦15-60%,混合后裝入爐加熱煅燒,待揮發成分經熱脫出后,在減少氧化的條件下,降溫得到焦炭。煅燒時不須洗煤,節水量較大,制成焦炭大塊率提高,同時其中固定炭含量提高5-10%,燃燒值增加較大,灰分顯著降低3-7%,制備時間縮短,環保效能提高,制備工藝簡便實用,實施范圍廣。
文檔編號C10L5/06GK101768489SQ200810073039
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者王竹青, 石秀珍 申請人:王竹青