转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤的方法

摘要

本发明提供一种转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤的方法，属于煤化工技术领域。该方法首先将干燥后粒度小于3mm的煤料通过螺旋震动给料器在顶部给料，不同气氛介质预热到一定温度后进入转盘式热处理装置，控制炉温与电机转速改变煤料的升温速率来改质低阶弱粘煤或低阶不粘煤。热处理后煤样的干燥无灰基挥发分由原来的42%左右降低到15%左右，H/C基本无变化，O/C相应降低较多，热处理后煤样挥发分降低明显。本发明方法通过转盘式连续热处理将高挥发分的低阶弱（不）粘煤料脱出部分挥发分，改质后煤样可添加适当比例用于配煤炼焦或者直接用于高炉粉煤喷吹。

说明书

技术领域：

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤 的方法，低阶弱（不）粘煤经转盘式脱挥发分连续处理脱出部分挥发分，然后后用于炼焦配 煤或者用于高炉粉煤喷吹。

背景技术：

中国是世界上煤炭使用比例最高的国家，占世界煤炭消费量的27%，虽然我国煤炭资源 比较丰富，低变质程度烟煤（长焰煤、弱黏煤、1/2中粘煤和不粘煤）的储量非常大，约占 我国煤炭总储量的32.6%；但炼焦煤资源相对较少，中等变质程度烟煤（肥煤、焦煤、1/3焦 煤、气肥煤、气煤和瘦煤）的储量约占我国煤炭总储量的26.3%；另外在全国焦炭需求激增 的情况下，主焦煤、肥煤由于资源量有限，供应明显趋紧，同时部分炼焦企业已开始进口炼 焦煤。在这种情况下，只有通过扩大炼焦用煤，合理利用非炼焦煤资源就十分迫切。然而对 低阶弱（不）煤的热预处理方法较多，其装置主要集中在一些固定床、气流床或兰炭炉等上 面，这些方法直接将煤料经中温干馏成半焦，限制其广泛应用，因此本发明转盘式连续热处 理低阶弱（不）粘煤的装置可以将高挥发分的煤料脱出部分挥发分，改善其结构和性能，提 高其利用价值；扩大炼焦煤资源和稳定焦炭质量，将其应用于扩大炼焦煤资源和高炉粉煤喷 吹成为低阶不粘煤研究的新方向。

煤样的热预处理方法有很多，其中研究最多的是煤的加热预处理工艺和水热预处理工艺 等。

1、预热处理。近年来研究发现对原煤进行预热处理，可以改善其粘结性，并对其机理进 行了相关的探索。因此许多研究者通过在固定床反应器中对低阶不粘煤进行低温热改质，以 期提高低阶不粘煤的粘结性和结焦性。Matsuura等认为快速加热预处理可以增加煤分子颗粒 的流动性和煤分子的松弛性，预处理后煤样的塑性增强，焦炭质量变好（Matsuura M.Testu  to Hagane,2003,89(5):565-572.）。戴中蜀等对大同煤和兖州煤进行低温热解，研究发现 煤中含氧官能团的活性不同，因此热处理时，含氧官能团脱除速率不同，从而导致煤中的氧 发生重排；同时经过热处理后煤的微孔表面积和孔径均增大（戴中蜀等，燃料化学学报,1999, 27(3):256-261.）。由于低阶煤表面镶嵌分布着较多羧基、酚羟基等活性含氧官能团，低温 热解这些含量官能团的脱除，会使煤分子中的O重新分布，H分布、C分布及孔径分布的变化， 这是低温热解导致煤分子改性的原因所在。

2、水热处理。煤样在不同温度下经水热处理后，结果发现抽提率有所增加，水恒福等（见 《燃料化学学报》,2007,35(6):655-659.）通过对神华煤水热预处理实验，研究发现水 热预处理能够提高煤的镜质组反射率，改善神华煤的溶胀、抽提以及液化等性能，同时随着 水热处理温度升高，挥发分降低，灰分、H/C摩尔比均增大，并认为高压及高温下水处理煤 样，可以破坏其非共价键结构，由于水的加入有利于煤中新的非共价键（与水）的生成，避 免了煤中破坏的非共价键的重新结合，从而提高煤在溶剂中的抽提率，并随着水处理温度的 升高，煤样的羟基官能团的总数量不断减少，比无水时少的多。在水处理过程中，煤的分子 网络结构中的化学键断裂，特别是氢键，产生的自由基获得氢而稳定，其粘结性是有所提高 的。（Mukherjee D,et al.1996.Fuel.75（4）：477）。

上述对低阶弱粘煤或不粘煤的预热处理技术主要均是在固定床中进行，煤料在固定床中 受热不均匀、连续处理量不足等主要技术问题，预处理后的煤料很多就转变成半焦，会导致 在后续应用方面的限制等不足。本发明转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤的装置就 能很好的解决这些不足之处，煤料通过此装置能均匀的受热，预热后的气体介质从装置的底 部均匀分布进入，与煤料通过错流方式流动传热、带出热解气体，预处理后煤料从底部流出， 实现连续生产。

发明内容：

本发明针对现有处理低阶弱（不）粘煤中存在的技术问题，提供一种转盘式连续热处理 低阶弱粘煤或低阶不粘煤的方法，并将其改质后煤料可添加适当比例用于配煤炼焦或者直接 用于高炉粉煤喷吹。

本发明所提供的转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤的方法，该方法具体步骤如 下：

（1）首先将低阶弱粘煤或低阶不粘煤进行干燥处理得到粒度小于3mm的煤料，然后将 所述煤料通过螺旋震动给料机在转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤装置的顶部给 料，所述转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤装置中设有上下均布的倾斜挡板及上下 均布的水平转盘、加热电炉、热电偶、螺旋震动给料机的进料口、底部出料口、底部预热气 进口、顶部热解气出口以及电机；

（2）将气体介质预热后从所述底部预热气进口通过气体分布器进入所述转盘式连续热处 理低阶弱粘煤或低阶不粘煤装置，启动所述电机带动所述转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低 阶不粘煤装置连续转动，控制所述加热炉的炉温在300℃～550℃的温度范围，调节电机转 速将所述煤料在所述转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤装置中热处理15～40min， 处理完毕后的煤料从所述底部出料口排出。

所述气体介质为惰性气体（N₂、CO₂等）或还原性气体（H₂、CH₄等）或氧化性气氛（空气、 H₂O（g）等），载气流量为0.1～1L/min，所述电机的转速为5r/min～30r/min。

本发明方法通过改变不同全体介质，在不同温度等条件下来改质高挥发份低阶弱粘煤或 低阶不粘煤，即在氮气和水蒸气等气氛下，将干燥后粒度<3mm煤料通过螺旋震动给料器在 顶部给料，不同气氛介质预热到一定温度后从底部通过气体分布器进入转盘式热处理装置， 控制加热炉的炉温在300℃～550℃以及电机转速等条件改变煤料的升温速率来改质低阶弱 （不）粘煤；热处理后煤样具有了中高阶煤的光学特征，使其V_daf由原来的42%左右降低到 15%左右；红外光谱分析和官能团测定表明，煤样结构单元上的含氧官能团和小分子键发生 了断裂，总酸基和酚羟基脱除率在50%左右。

本发明方法以低阶弱（不）粘煤为原料，通过转盘式连续热处理将高挥发分的低阶弱（不） 粘煤料脱出部分挥发分，改善其结构和性能，提高其利用价值；并应用于配煤炼焦或高炉粉 煤喷吹。

附图说明：

图1：转盘式连续热处理低阶弱粘煤或低阶不粘煤装置结构示意图。

图中：1：螺旋震动进料机的进料口，2：倾斜挡板，3：水平转盘，4：加热电炉，5： 热电偶，6：底部出料口，7：底部预热气进口，8：顶部热解气出口。

具体实施方式：

实施本发明的具体方法是：原料煤样为低阶弱（不）粘煤，将干燥后粒度<3mm煤样进 入转盘式连续热处理低装置，分别采用不同的气氛介质（惰性气体（N₂、CO₂等）、还原性气体 （H₂、CH₄等）、H₂O（g）、氧化性气氛（空气））等，载气流量为0.1～1L/min，控制其外部加 热炉的炉温（300℃～550℃）与电机转速改变煤料的升温速率来改质低阶弱（不）粘煤； 并通过红外光谱分析和官能团测定表明，煤样结构单元上的含氧官能团和小分子烃键发生了 断裂，总酸基和酚羟基脱除率在50%左右；热处理后煤样具有了中高阶煤的光学特征，可添 加适当比例用于配煤炼焦或者直接用于高炉粉煤喷吹。

实施例1：选取高挥发份低阶弱（不）粘煤，煤样基本性质如表1，将干燥后粒度<3mm 的煤料通过螺旋震动给料器在顶部给料，将惰性气氛（氮气）预热到一定温度后从底部通过 气体分布器进入转盘式热处理装置，载气流量为0.5L/min，并控制其外部加热炉的炉温 400℃与电机转速10转/min来改质低阶弱（不）粘煤；分析结果表明，经热处理后，水分 大幅度减少，由原来的10.3%降至2.0%左右；且随着处理温度的升高和电机转速的减慢，水 分降低越大；干燥无灰基挥发分V_daf由原来的42.9%降低至28.2%左右，其对含氧官能团的脱 出较为明显；处理煤样的碳元素含量随处理时间的延长和处理温度的升高基本呈增长趋势， 从原煤的54%左右增至80%左右；氢元素的变化幅度较小，基本没有变化。根据以上变化趋 势分析说明，热处理煤样的煤化度有所提高。

实施例2：选取高挥发份低阶弱（不）粘煤，煤样基本性质如表1，将干燥后粒度<3mm 的煤料通过螺旋震动给料器在顶部给料，热处理气氛采用CO₂，处理温度为400℃与电机转 速10转/min，热处理后煤样水分降至1.8%；干燥无灰基挥发分V_daf降低至30.1%，碳元素含 量增至75%。

实施例3：选取高挥发份低阶弱（不）粘煤，煤样基本性质如表1，将干燥后粒度<3mm 的煤料通过螺旋震动给料器在顶部给料，热处理气氛采用水蒸汽，处理温度为450℃与电机 转速10转/min，热处理后煤样水分降至1.3%；干燥无灰基挥发分V_daf降低至24%，碳元素含 量增至81%。

实施例4：选取高挥发份低阶弱（不）粘煤，煤样基本性质如表1，将干燥后粒度<3mm 的煤料通过螺旋震动给料器在顶部给料，热处理气氛采用氮气，处理温度为450℃与电机转 速10转/min，热处理后煤样水分降至2.4%；干燥无灰基挥发分V_daf降低至20%左右，碳元素 含量增至77%。

表1煤质分析数据