炼焦煤尾煤制备清洁燃料新技术

摘要

炼焦煤尾煤(煤泥)制备清洁燃料新技术，其特征在于将炼焦煤尾煤(煤泥)由输送装置送入具有锁气功能的给料装置，之后进入外热式热解装置中进行催化热解。热解装置由三层组成，外层为隔热保温层、中间为热解反应室、内层为燃烧室。催化剂由设置于输送带之上的添加器按比例加入到尾煤(煤泥)中。热解产物冷凝分离后得到的热解气体引入燃烧室燃烧。冷凝分离得到的热解液体经过油水分离回收热解油，并精馏出轻质组分与重质组分。轻质组分加工制备浮选用油，重质组分经过乳化制成乳化油，同样进入燃烧室燃烧。热解形成的固体产物经过底部的排料口排入熄焦器回收热解焦。实施炼焦煤催化热解，工艺过程简单、便于实现，具有良好的应用前景。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种炼焦煤尾煤制备清洁燃料新技术，目的是对炼焦煤的尾煤(煤泥)进行 催化热解，制备热解焦、热解气体和热解液体，进行尾煤(煤泥)的高效利用。本发明属于 煤化工、煤炭加工利用以及环境保护领域。

背景技术

尾煤是选煤过程中产生的煤泥水经过脱水干燥形成的灰分较高的废弃物，产率一般占入 选原煤的5％～8％，预计我国每年产生的炼焦煤尾煤大约6000～8000万吨。由于尾煤的灰分 和水分较高，灰分普遍在30％以上甚至更高，水分高达25％以上，因而发热量较低，限制了 其有效加工与利用。煤炭形势紧张、销售状况较好时，尾煤会大量掺入商品煤中销售，或者 与中煤、煤矸石一起作为煤矸石电厂的燃料用于燃烧发电，部分尾煤也用于生产型煤或者直 接烧砖、烧水泥、烧石灰，有些尾煤也掺入煤泥水中制成煤泥浆进行燃烧或者气化。但是， 当煤炭销售形势趋缓时，许多尾煤就会堆存甚至弃置，特别是处于偏远地区或者没有兴建煤 矸石电厂的煤矿，尾煤通常会大量堆存甚至弃置，不仅造成宝贵资源的损失和浪费，而且会 引起生态环境污染甚至破坏。显然，开展尾煤高效利用技术的研究，不仅可以有效利用废弃 资源，节省优质煤炭，而且可以消除尾煤堆存甚至弃置所造成的环境污染，保护生态、美化 矿区环境。

有鉴于此，发明人进行了尾煤高效利用技术的研究，采用催化热解工艺，利用炼焦煤尾 煤(煤泥)，制得了性能良好的热解焦、热解气体和热解油。

发明内容

本发明提出了利用炼焦煤尾煤(煤泥)催化热解，制备热解焦、热解气体与热解油，以 进行尾煤(煤泥)的高效能源化利用。

(1)工艺过程

本发明所指的炼焦煤尾煤(煤泥)催化热解，工艺单元包括包括原料预处理和输送系统、 原料混合系统、热解反应系统、冷凝和油气分离系统、排焦和熄焦系统、控制系统等。

热解过程中，尾煤(煤泥)经过破碎和预处理，通过输送带输送至具有锁气功能的原料 混合器，在此进行混合与均质化处理，然后进入外热式热解反应装置中进行催化热解。

热解反应装置主要由三层结构组成，内层为燃烧室，中间为热解反应室，分别由不同的 耐火材料砌筑而成。外层为隔热保温层，由隔热和保温材料砌筑而成，最外层由碳钢加固。

燃烧室采用双燃料供热，分别燃烧热解过程中形成的热解气体和重质热解油乳化制得的 乳化油。燃烧室生成的烟气直接送入热解反应室的外壁进行循环，以保持反应室温度均匀， 并促进热解反应。热解温度控制在820℃～950℃、热解时间控制在60min-300min。为了保证 充分热解，并提高热解产物的产率，采用分段热解的方式进行催化热解。其中低温热解阶段， 温度处于室温至350℃之间时，升温速率控制在5℃-30℃/min为宜。中温热解阶段，温度处于 380℃～800℃之间，升温速率控制在20℃-100℃/min为宜。高温热解阶段，温度处于800℃～ 950℃之间，升温速率控制在10℃-50℃/min之间为宜。

热解过程中所用的催化剂，系由安装在输送带上的添加器加入，添加量控制为原料加入 量的0.5％～5％。试验结果表明，可以用于尾煤(煤泥)催化热解用的催化剂可以是碱金属、 碱土金属、过渡金属氧化物及其混合物，也可以是煤矸石、矿渣、灰渣和工业废渣等。其中 适合于尾煤(煤泥)催化热解用的煤矸石、矿渣、灰渣和工业废渣等材料的主要化学组成以 Al₂O₃1％～10％、SiO₂1％～10％、Fe₂O35％～60％、CaO5％～95％、MgO5％～90％、Na₂O1％～ 10％、K₂O1％～10％为宜。

热解过程中形成的挥发物进入冷凝系统，经过冷凝分离，得到热解气体和热解液体。热 解气体计量后直接进入燃烧室燃烧，为热解过程提供热量。同时取气体进行组成分析。

热解液体经过油水分离后得到热解油和水。热解油在105℃～360℃之间精馏，得到轻质 组分和重质组分。轻质组分经过处理制备浮选用油，用于选煤厂的浮选过程。重质组分经过 乳化得到乳化油，进入燃烧室燃烧，同样为热解过程提供热量。与此同时，分别利用液相色 谱仪进行油品的组成分析。分离出来的水，经过净化处理后进入冷凝系统，作为冷凝分离用 的冷却介质。

热解过程中形成的固体产物经过热解反应室底部的出料口排料进入熄焦室，熄焦后形成 热解焦，通过螺旋出焦器出焦。热解焦在成焦过程中脱去了挥发分和一定量的硫分，因而硫 分相对较低而且燃烧时无烟，加之热解过程中由于结焦作用，形成为具有一定块度和强度的 焦块，所以可以作为无烟燃料，进行民用甚至工业使用。热解焦可以通过工业分析、元素分 析、发热量和燃烧性能测定进行性质表征。

具体实施方式

近年来，发明人先后开展了开滦、汾西等地尾煤(煤泥水)的催化热解试验研究，成功 制得了性能良好的热解焦。这些试验为炼焦煤尾煤(煤泥)催化热解制备热解焦，提供了成 功的实施范例。

开滦煤泥水催化热解试验

选用开滦某两个选煤厂沉淀池下层的煤泥水(样品1：M_ad45.13％、A_ad19.63％；样品2： M_ad42.14％、A_ad25.13％)，添加工业废渣(Al₂O₃3.09％、SiO₂2.05％、Fe₂O₃5.43％、CaO47.06％、 MgO38.43％、K₂O1.55％、Na₂O2.39％)进行了催化热解，得出热解气体的产量分别为183.78m³和154.33m³，热解油的产率分别为10.36％和7.45％。进一步对样品1的热解油在205℃下进行了 精馏，得出轻质组分和重质组分的产率分别为29.64％和70.36％。热解焦的产率分别为52.09％ 和56.12％，进一步对热解焦进行了工业分析，结果如表1所示。可见，热解焦的灰分与煤泥水 的灰分密切相关。

表1开滦煤泥水热解焦的工业分析

  样品   热解焦产率   M_ad  A_ad  V_ad  FC_ad  样品1   52.09％   0.27   25.34   3.29   71.10   样品2   56.12％   0.44   49.53   1.71   48.33

(1)汾西尾煤催化热解试验

选取汾西矿业集团公司两个选煤厂的滤饼进行了催化热解试验，样品的工业分析和元素 分析结果见表2所示。催化剂采用尾矿渣，化学组成为：SiO₂2.71％、Al₂O₃4.35％、Fe₂O₃61.95％、 CaO5.92％、MgO5.67％、TiO₂7.83％、V₂O₅9.79％。通过催化热解制得了热解焦、热解气体和 热解液体。其中热解气体产量分别为145.78m³和165.37m³，热解油产率分别为7.97％和9.18％。 进一步将1号热解油在185℃下进行了精馏，得出轻质组分和重质组分的产率分别为35.86％ 和64.14％。热解焦的产率分别为65.33％和61.66％，进一步对热解焦进行了工业分析、元素 分析和发热量测定，结果如表3所示。可见尾煤催化热解制得的热解焦，灰分略有升高，硫 分降低了25％，氢和氧的含量分别下降90％以上，发热量略有升高，主要是因为尾煤中的小 分子断裂，固定碳含量增大所致。

表2汾西尾煤的工业分析和元素分析结果

表3汾西尾煤热解焦的工业分析和元素分析结果