一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方法

摘要

一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方法，首先将低变质粉煤磨矿、筛分后得到一定粒径的原料粉末，再将低变质粉煤、重质油、焦油渣均匀混合，在成型模具中加压成型，将制备好的型煤在低温条件下进行干燥与强化处理，处理后的型煤置于干馏装置中进行热解，得到型焦、煤焦油及煤气，煤气可作为燃料气或化工原料气，液体油经分馏处理得到重质油与轻质油，轻质油经加氢处理可生产燃料油，重质油、焦油渣可返回型煤制备流程中循环使用；该方法主要应用于低变质粉煤的中低温热解提质分级，在获得型焦产品的同时，最大程度回收利用粉煤中的焦油与富氢煤气，具有工艺简单、生产效率高、热解速度快、型焦强度好、轻质油收率高的特点。

说明书

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，特别涉及一种以低变质粉煤、重质油、焦 油渣为原料制备型焦的方法。

背景技术

我国煤炭资源中，低变质烟煤(长焰煤、不粘煤、弱粘煤)储量极为丰 富，约占全国煤炭资源总量的51％左右，主要集中在陕、晋、宁、蒙、甘接 壤地区，由于该煤种挥发分含量可达到30％以上，因此通过中低温干馏工艺 获得兰炭、煤焦油与煤气，是其分级提质、高效转化和综合利用的主要手段。

陕北低变质煤资源主要采用内热式直立炉生产工艺，以回炉煤气为燃料， 空气为助燃剂对原料煤加热，通过中低温干馏工艺获得兰炭、煤气和焦油产 品。该工艺所能处理的原料煤仅限于20mm～80mm的块煤，但是在开采、运 输等过程中，会产生大量的粉煤，块煤产量仅占约40％左右，这就使得兰炭 生产原料受限，而同时大量的粉煤难以进行热解处理，其中所含6～10％的焦 油无法进行综合利用。目前，粉煤的热解技术大多处于实验室研究或工业试 验阶段，尚未有推广应用的报道。最有应用前景的固体热载体工艺存在的重 质焦油和半焦微细粒子黏附在分离器和冷却管路内壁，影响系统稳定运行、 热载体与粉煤的难以快速混合与加热、热解挥发分不易快速分离等关键问题， 是该技术难以大规模推广应用的瓶颈。

我国煤炭资源虽然丰富，但是煤源和煤种分布不均，除华北、华东地区 外，其它省区炼焦煤源很少，尤其是炼焦所用的主焦煤、肥煤等储量较少， 而且日趋紧缺，难以满足冶金工业的发展需要。为此人们一直在努力开发能 大量利用丰富的低变质粉煤的技术，而发展型煤与型焦技术也是一种提高低 变质粉煤利用率和减少环境污染的重要途径。型焦产品可根据强度以及其他 指标可用为工业或民用块状燃料和气化原料，也可代替常规焦炭用于炼铁和 铸造等工业。因此，发展型煤与型焦技术对我国具有十分重要的现实意义。

目前，利用低变质粉煤制备型焦技术已经有大量的研究与报道，公开专 利CN102925178A中所提及的制备型焦的方法，所采用的粘结剂为煤直接液 化残渣，其热解工艺为型煤干燥后直接热解。专利CN1070220A中提到的方 法也使用焦油渣制备型煤，主要是以无烟煤和烟煤为原料，生产作为燃料的 型煤；其次，除了使用焦油渣之外，该专利还使用了电石渣、电石灰、石灰 等其他添加剂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以低变质粉 煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方法，利用热解得到的副产品(重质 油、焦油渣)为主要粘结剂，生产成本低，工艺简单，可利用现有的兰炭生 产装置进行生产，常温下成型，成型压力低，既可实现低变质粉煤的热解分 级提质，又同时获得了煤焦油、富氢煤气和抗压强度好的型焦产品，对低变 质粉煤资源的综合利用具有重要现实意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方法，包括如下 步骤：

步骤一，将低变质粉煤与焦油渣分别经过磨矿、筛分预处理后得到一定 粒径的原料煤粉末；

步骤二，按照低变质粉煤65％～90％，重质油5％～15％、焦油渣5％～20％ 的质量配比混合均匀，在成型模具中加压成型，得到型煤；

步骤三，将制备好的型煤置于加热炉内，在200～300℃下进行干燥与强 化处理；

步骤四，将强化处理后的型煤在干馏装置中于800℃～1000℃进行热解， 得到型焦、煤焦油及煤气。

进一步地，所述低变质粉煤为长焰煤、弱粘煤及不黏煤中的一种或者多 种。

进一步地，所述低变质粉煤与焦油渣经预处理后，低变质粉煤的粒度为 80目，焦油渣的粒度控制在3mm以下。

进一步地，所述重质油及焦油渣为低变质煤热解得到的副产品。

进一步地，所述的重质油是将中低温煤焦油进行分馏处理，切割温度为 400℃～500℃时所获取的重质焦油。

进一步地，所述步骤二中成型压力为6Mpa～10Mpa。

进一步地，所述步骤三中低温强化时间为30～60min。

进一步地，所述步骤四中的热解时间为2～4h。

进一步地，所述步骤四中得到的煤焦油进行分馏处理，得到焦油渣、重 质油和轻质油，其中焦油渣返回至步骤一循环使用，重质油返回至步骤二成 型阶段循环使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)解决了目前我国晋陕蒙宁地区兰炭产业中大量低变质粉煤(包括长 焰煤、弱粘煤及不粘煤)资源综合利用的难题，可利用现有的、技术成熟的 内热式低温干馏装置与工艺直接进行生产。

(2)以低变质粉煤作为主体原料，重质油作为主要粘结剂，同时利用了 兰炭生产过程的两种副产品和焦油渣，制备除了性能优良的型焦产品，同时 获得了煤焦油与富氢煤气，实现了低变质粉煤的分级提质。

(3)弥补了现有粉煤热解技术的不足，实现了低变质煤分级提质提油， 同时有效利用了焦油渣，扩大了低变质煤热解焦的使用领域，解决了煤洁净 转化过程中存在的关键难题，对推动我国煤化工产业的健康可持续发展具有 重要意义。

(4)与专利CN1070220A相比，本发明主要以兰炭生产过程得到的中 低温煤焦油经分馏后得到的重质组分(约占焦油量的30％左右)以及焦油渣 为粘结剂，型煤需要在干燥的同时进行强化处理，随后进行热解。本发明着 力于解决低变质粉煤(长焰煤、弱粘煤及不粘煤)的利用问题，最终得到的 产品为型焦、煤焦油和高热值煤气。同时本发明所采用粘结剂主要是重质油、 焦油渣，均为低变质粉煤或块煤热解后的副产品，基本实现了原料自供。

综上，本发明以低变质粉煤为主体原料，以重质油与焦油渣作为粘结剂， 通过成型热解技术获得型焦、煤焦油及煤气，既可实现低变质粉煤资源的分 级提质，同时也解决了焦油渣的堆存与污染问题，是一种行之有效的利用途 径，对我国粉煤中低温干馏工艺的技术进步具有重要的现实意义。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例中所用原料为陕西榆林孙家岔煤(SJC)和三江煤化工有限责任 公司的重质油和焦油渣。原料煤的元素分析与工业分析结果如表1所示。

表1工业分析及元素分析

表中：M_t为全水分，A_ad为空气干燥基灰分，FC_ad为空气干燥基固定碳， V_ad为空气干燥基挥发分；C_ad、H_ad、N_ad、S_t,ad、O_ad分别为煤在空气干燥基条 件下碳、氢、氮、硫、氧元素的含量。

实施例1：

如图1所示，一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方 法，包括如下步骤：

步骤一，将低变质粉煤与焦油渣经过磨矿、筛分预处理后，低变质粉煤 的粒度控制为80目，焦油渣的粒度控制在3mm以下；

步骤二，按重量百分比，取70％粒度小于80目的低变质煤粉末、15％的 重质油、15％的焦油渣，一起放入烧杯中进行搅拌，待物料混合均匀后，装 入模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤(Φ30mm×20mm)。

步骤三，将制备好的型煤在300℃的低温条件下对其进行强化处理40min 后取出冷却至室温。

步骤四，将冷却后的型煤装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高 温干馏炉中进行热解，以2℃/min的升温速率升温至800℃，然后保温30min 后得到固体焦和粗煤气，固体焦经干熄焦处理后得到型焦产品，热解气经除 尘、冷凝处理后分离出液体油和净煤气。在热解过程中对焦油和煤气进行收 集，热解完成后，取出反应器，冷却至室温，得到的型焦抗压强度为760N/ball。 得到的煤气可作为燃料气或化工原料气，液体油经分馏处理得到重质油与轻 质油，轻质油经加氢处理可生产燃料油，重质油、焦油渣可返回至型焦制备 流程中循环使用。

实施例2：

如图1所示，一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方 法，包括如下步骤：

步骤一，将低变质粉煤与焦油渣经过磨矿、筛分预处理后，低变质粉煤 的粒度控制为80目，焦油渣的粒度控制在3mm以下；

步骤二，按重量百分比，取65％粒度小于80目的低变质煤粉末、15％的 重质油、20％的焦油渣，一起放入烧杯中进行搅拌，待物料混合均匀后，装 入模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤(Φ30mm×20mm)。

步骤三，将制备好的型煤在200℃的低温条件下对其进行强化处理40min 后取出冷却至室温。

步骤四，将冷却后的型煤装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高 温干馏炉中进行热解，以2℃/min的升温速率升温至800℃，然后保温30min 后得到固体焦和粗煤气，固体焦经干熄焦处理后得到型焦产品，热解气经除 尘、冷凝处理后分离出液体油和净煤气。在热解过程中对焦油和煤气进行收 集，热解完成后，取出反应器，冷却至室温，得到的型焦抗压强度为820N/ball。 得到的煤气可作为燃料气或化工原料气，液体油经分馏处理得到重质油与轻 质油，轻质油经加氢处理可生产燃料油，重质油、焦油渣可一起返回至型焦 制备流程中循环使用。

实施例3

如图1所示，一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方 法，包括如下步骤：

步骤一，将低变质粉煤与焦油渣经过磨矿、筛分预处理后，低变质粉煤 的粒度控制为80目，焦油渣的粒度控制在3mm以下；

步骤二，按重量百分比，取75％粒度小于80目的低变质煤粉末、10％的 重质油、15％的焦油渣，一起放入烧杯中进行搅拌，待物料混合均匀后，装 入模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤(Φ30mm×20mm)。

步骤三，将制备好的型煤在300℃的低温条件下对其进行强化处理40min 后取出冷却至室温。

步骤四，将冷却后的型煤装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高 温干馏炉中进行热解，以2℃/min的升温速率升温至800℃，然后保温30min 后得到固体焦和粗煤气，固体焦经干熄焦处理后得到型焦产品，热解气经除 尘、冷凝处理后分离出液体油和净煤气。在热解过程中对焦油和煤气进行收 集，热解完成后，取出反应器，冷却至室温，得到的型焦抗压强度为780N/ball。 得到的煤气可作为燃料气或化工原料气，液体油经分馏处理得到重质油与轻 质油，轻质油经加氢处理可生产燃料油，重质油、焦油渣可一起返回至型焦 制备流程中循环使用。

实施例4

如图1所示，一种以低变质粉煤、重质油、焦油渣为原料制备型焦的方 法，包括如下步骤：

步骤一，将低变质粉煤与焦油渣经过磨矿、筛分预处理后，低变质粉煤 的粒度控制为80目，焦油渣的粒度控制在3mm以下；

步骤二，按重量百分比，取75％粒度小于80目的低变质煤粉末、15％的 重质油、10％的焦油渣一起放入烧杯中进行搅拌，待物料混合均匀后，装入 模具中，在6Mpa的压力下冷压成型，得到圆柱形型煤(Φ30mm×20mm)。

步骤三，将制备好的型煤在200℃的低温条件下对其进行强化处理30min 后取出冷却至室温。

步骤四，将冷却后的型煤装入侧壁带有导气管的石英反应器中，置于高 温干馏炉中进行热解，以2℃/min的升温速率升温至800℃，然后保温30min 后得到固体焦和粗煤气，固体焦经干熄焦处理后得到型焦产品，热解气经除 尘、冷凝处理后分离出液体油和净煤气。在热解过程中对焦油和煤气进行收 集，热解完成后，取出反应器，冷却至室温，得到的型焦抗压强度为740N/ball。 得到的煤气可作为燃料气或化工原料气，液体油经分馏处理得到重质油与轻 质油，轻质油经加氢处理可生产燃料油，重质油、焦油渣可一起返回至型焦 制备流程中循环使用。