一种提高焦炭强度的废塑料加工方法及设备系统

摘要

本发明公开了一种提高焦炭强度的废塑料加工方法及设备系统，涉及废塑料处理技术与设备。该废塑料加工方法的特点在于通过热熔法将废塑料进行加工处理，加工处理后的废塑料按一定配比与炼焦配煤进行共焦化，可以达到改善焦炭质量的目的。该系统是由废塑料给料装置、废塑料破碎装置、共熔剂预热装置、废塑料热熔融装置、热熔物输送装置和热熔物与炼焦配煤混合装置组成。本发明的优点在于废塑料通过热熔融加工处理，无需进行挤塑成型和造粒等复杂的加工过程，加工工艺简单，有效解决了废塑料与煤偏析和混合不均等技术问题，减少或消除添加剂的使用，并达到利用废塑料或添加剂来显著改善焦炭质量的效果，从而大大降低废塑料加工成本和运行费用。

说明书

技术领域

本发明属于废塑料与煤共焦化处理领域，涉及废塑料加工技术和利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法及系统，尤其是涉及提高焦炭强度的废塑料加工方法及系统。

技术背景

随着世界经济和科技的迅猛发展，人们物质生活水平的日益提高，城市化进程的不断加快，城市固体废弃物的产量急剧增加。据统计，我国目前城市生活垃圾的年产量已经超过1.5亿吨，而且每年正以8％～10％的速度增长。我国大约有2/3的城市处于垃圾包围之中。我国城市生活垃圾中的废塑料约占垃圾总量的4％～10％，年产量达到500～600万吨，而且每年正以近8％～9％的速度增长。

目前，我国城市生活垃圾处理处置技术仍以卫生填埋和露天堆放为主，占总处理量的79.2％，其次采用堆肥处理，占总处理量的18.8％，少量采用焚烧技术，约占总处理量的2％。我国废塑料的回收再利用量仅占10％，约90％的废塑料被填埋和焚烧。因此，如何实现废塑料资源化利用和无害化处理，已经成为世界关注的焦点问题。  利用焦炉处理废塑料技术具有投资少，处理规模大，100％实现废塑料的资源化利用以及几乎不产生二次污染等优点，在世界上得以广泛关注，而且已经成功应用于生产实践。在利用焦化工艺处理废塑料的技术中，需要考虑两个方面的问题，一是废塑料加工、废塑料与煤均匀混合问题，二是废塑料对焦炭强度的影响问题。在现有利用焦炉处理废塑料的技术中，废塑料的加工处理大多采用破碎、挤塑、成型和造粒的方法，存在加工成本较高，处理能力较低，焦炭强度不增加等问题。

日本专利(专利号：P6-228565)提出将废塑料加工成颗粒与煤混合或者与型煤混合炼焦，导致废塑料加工工艺复杂，加工成本高，而且影响焦炭强度等问题。

日本专利(专利号：P2001-49261A)提出将假密度为0.40～0.95kg/L的废塑料挤塑成型，并制成5-80mm的颗粒，以小于5％的比例与煤混合入炉炼焦，该技术提出的废塑料加工方法成本高，而且对废塑料要求严格，实用性较差。

日本专利(专利号：P2001-11468A)提出一种不降低焦炭强度的废塑料加工方法，该方法是将废塑料分为细粒(小于6mm)和粗粒(大于6mm)，并将细粒废塑料加入块状煤中，将粗粒废塑料加入粉状煤中进行干馏，该方法工艺复杂，成本较高，而且仅能保持焦炭强度不降低。

日本专利(专利号：P2001-240868A)提出一种高炉用焦炼焦方法。该方法是首先将废塑料缩体固化成块状物，然后再在废塑料表面覆盖一层粘结性填补剂以防止焦炭质量劣化。该技术同样存在加工成本较高，无法改善焦炭质量等问题。

日本专利(专利号：P2001-187406)提出一种用普通废塑料垃圾制造焦炉原料的方法。该方法经过7道工序将废塑料加工成块状焦炉原料，工艺十分繁杂，投资和运行成本非常高，因此，实用性受到限制。

日本专利(专利号：P9-241654)提出一种废塑料处理方法。该方法是在传统煤调湿工艺基础上，首先将煤干燥到水分为2-6％范围内，再将废塑料加入干燥煤中，为了防止废塑料熔融粘结，要求操作温度控制在废塑料熔点(140℃)以下，而且要求定期对干燥设备内壁进行清理，该方法没有提及提高焦炭强度。

中国专利(专利申请号：02149021.X，02285830.X)提出一种利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法及系统。该方法是将废塑料进行简单破碎处理后与添加剂煤制沥青混合，再配入炼焦煤进行炼焦，达到提高冶金焦炭强度的目的，但该技术无法解决煤与废塑料偏析分离的技术问题，同时存在添加剂比例过高，导致成本增加的问题。

发明内容

针对国内外现有利用焦炉处理废塑料专利技术中普遍存在废塑料加工工艺相对复杂、废塑料加工能力较低、废塑料与煤易发生偏析以及焦炭强度未能得到提高等缺陷。本发明的目的在于提供一种工艺简单，既能处理废塑料，同时又能够提高焦炭强度的废塑料加工方法和系统。该方法和系统的基本原理是：利用热能和机械搅拌，实现废塑料的熔融缩体，并使废塑料均匀熔化形成薄膜附着在预热煤表面，实现废塑料与煤紧密粘结和废塑料在炼焦配煤中均匀分布。在焦化过程中，附着在煤粒表面的废塑料薄膜受热分解产生的挥发分较为分散而且分布均匀，有效抑制焦炭大孔洞和大裂纹的产生，从而改善焦炭强度。将操作温度控制在废塑料热熔融而不发生热分解的范围内，预热后煤与废塑料进行短暂搅拌混合，利用物料间的接触传热和机械搅拌混合，废塑料熔融并附着在预热煤表面，避免熔融废塑料粘结在干燥机内壁，干燥机不需要定期清理。热熔融处理后的混合物料再与添加剂颗粒混合(皮带混合)，将添加剂直接热熔融进共熔剂与废塑料组成的混合物料中，更加有利于废塑料与添加剂的分散和包裹，从而提高焦炭强度。该方法和系统具有以下优点：

(1)废塑料加工与混合系统十分简单，处理能力大，

(2)废塑料不需要分类、挤塑成型和造粒等复杂的加工过程，处理成本较低，节省投资和运行费用。

(3)废塑料与煤混合均匀，不发生偏析和分离，而且能够提高焦炭强度

(4)各系统中设备的生产和使用相对成熟，有利于该技术工业化应用，并带动相关设备制造行业的快速发展。

上述目的和任务是通过如下技术方案实现的：一种提高焦炭强度的废塑料加工方法，其实现步骤包括：(1)从生活垃圾中分拣出来的废塑料，首先进行破碎处理；(2)将共熔剂预热；(3)将破碎处理后的废塑料按一定比例加入预热后的共熔剂中进行热熔融处理；(4)将热熔融处理后的混合物料与炼焦配煤按一定配比进行混合，或者配入少量添加剂。

一种提高焦炭强度的废塑料加工系统，其特征在于：所述的共熔剂经过定量给料装置加入预热装置进行预热处理，预热处理后的共熔剂通过保温溜槽加入共热熔融装置；废塑料经过破碎装置进行破碎处理，破碎后的废塑料经过定量给料斗均匀地向共热熔融装置添加废塑料，废塑料与预热后共熔剂在共热熔融装置内进行搅拌混合，共热熔融处理后的混合物料进入1#皮带机，在1#皮带机前端通过定量给料装置加入添加剂传输给焦化厂配煤主皮带机(2#皮带机)与炼焦配煤混合作为炼焦原料。

附图说明

如图1所示为本发明所涉及一种提高焦炭强度的废塑料加工方法及系统的工艺流程图。

其中：1.共熔剂定量给料装置；2.共熔剂预热装置；3.溜槽；4.共热熔融装置；5.废塑料专用破碎装置；6.废塑料定量给料斗；7.1#皮带机；8.2#皮带机，9.添加剂定量给料装置。

具体实施方式

本发明所涉及的一种提高焦炭强度的废塑料加工方法，其实现步骤包括：(1)首先将从生活垃圾中分拣出来的废塑料进行破碎处理；(2)将共熔剂预热；(3)将破碎处理后的废塑料按一定比例加入预热后的共熔剂中进行热熔融处理；(4)将热熔融处理后的混合物料与炼焦配煤按一定配比进行混合，或者配入少量添加剂。所述的废塑料包括任何种类的废塑料，尤其是城市生活垃圾中难以处理的混合废塑料，废塑料破碎粒度范围在5mm至50mm之间；所述的共熔剂包括任何种类的煤粉和焦粉，添加剂包括任何种类的煤焦油沥青和石油沥青；共熔剂预热温度控制在150-220℃，废塑料占共熔剂的比例不大于25％，废塑料与预热后共熔剂的混合时间范围为1-3min，废塑料占炼焦配煤的比例范围为1-2％；也可以配入1-2％的添加剂，以显著提高焦炭强度。

本发明涉及的实施提高焦炭强度的废塑料加工方法的设备系统结合图1描述如下：共熔剂经过定量给料装置1加入预热装置2进行预热处理，预热处理后的共熔剂通过保温溜槽3加入共热熔融装置4；废塑料经过破碎装置5进行破碎处理，破碎后的废塑料经过定量给料斗6均匀地向共热熔融装置4添加废塑料，废塑料与预热后共熔剂在共热熔融装置4内进行搅拌混合，共热熔融处理后的混合物料进入1#皮带机7，在1#皮带机前端通过定量给料装置9加入添加剂传输给焦化厂配煤主皮带机(2#皮带机)8与炼焦配煤混合作为炼焦原料。

整个系统的设备连接情况描述如下：定量给料装置1的出料口与共熔剂预热装置2的入料端相连，共熔剂预热装置2的出料口与溜槽3的入料口连接，溜槽3的出料口与共热熔融装置4的一个入料口连接；废塑料破碎装置5的出料口与定量给料斗6的入口连接，定量给料斗6的出料口与共热熔融装置4的另一入料口连接；共热熔融装置4的出料口通过溜槽与1#皮带机7的入料端连接，添加剂定量给料装置9的出料口设在1#皮带机前端，1#皮带机6的出料端与配煤主皮带8连接。

具体实施例：用200kg试验焦炉进行试验，试验焦炉的规格为：炉体有效长800mm，有效高900mm，宽度为450mm，装煤量230kg(干煤)，结焦时间为18小时，焦饼中心温度大于950℃。本实施方案采用的原料包括炼焦配煤(BC)、废塑料(MP)和煤制沥青；废塑料按上述工艺加工，首先将废塑料破碎成小于10mm的碎片，然后将一定量煤预热到190℃，再将废塑料碎片与预热煤混合搅拌，共热熔融时间为2min，取出混合物料与一定量的炼焦配煤混合或者加入一定量的煤制沥青，配制成200kg焦炉试验原料。200kg焦炉炼焦试验所产生的焦炭进行筛分试验和转鼓试验，测试其抗碎强度(M40)和耐磨强度(M10)，进行焦炭的二氧化碳反应性(CRI)测试和反应后强度(CSR)测试。后有关物料配比和试验焦炭强度测试结果如表1所示。

                         表一：不同方案所得焦炭强度指标

    预热煤    (kg)    煤沥青    (kg)    废塑料    (kg)  炼焦煤  (kg)  M₄₀  (％)  M₁₀  (％)  CRI  (％)  CSR  (％)  比较例    0    0    0  230  73.6  9.6  29.3  52.6  实施例1    9.2    0    2.3  218.5  75.6  8.8  29.7  55.8  实施例2    18.4    0    4.6  207  72.4  9.4  29.3  55.9  实施例3    9.2    2.3    2.3  216.2  76.8  8.0  28.2  62.0  实施例4    18.4    2.3    4.6  204.7  76  8.4  29.1  58.3  实施例5    9.2    4.6    2.3  213.9  74.4  8.6  27.9  60.7

从表1中所列数据可以看出，与比较例(不加沥青和废塑料)方案相比，实施例所得焦炭的强度指标均在不同程度上得以改善(个别指标与比较例相当)，其中实施例3所得焦炭的M₄₀和CSR分别增加3.2和9.4，M₁₀和CRI分别降低1.6和1.1。

上述实施例说明：(1)采用所述的废塑料加工方法和系统可以在不添加任何添加剂的前提下适当改善焦炭质量，而且废塑料的配比可以达到2％；(2)采用所述废塑料加工系统，添加1％的煤制沥青和1％的废塑料可以显著改善焦炭质量。