利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法

摘要

本发明提供了一种利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法：获得焦炭平均块度指标；测定各单种煤的胶质层指数Y，基氏流动度，灰分，硫分，灰成分和挥发分；选定一个生产配比；设定P值表征煤的胶质体性能，计算P值；设定B值表征煤的支链化程度，计算支链化程度指标B值；控制P值和B值；若焦炭块度要求为49～50mm，控制P≥130，且B≥0.35，若焦炭块度要求为48～49mm，控制P≥100，且B≥0.30；判断P值和B值是否满足要求。本发明不必对炼焦用配合煤各个指标进行检测，在较短时间内即可得到配合煤焦化过程的特点，能够为5.5m捣固焦炉焦炭块度的调整和确定提供可靠的依据。

说明书

技术领域

本发明属于煤焦化工领域，尤其涉及一种利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法。

背景技术

随着国家政策的引导与炼铁技术的进步，特别是《产业结构调整指导目录(2019年本)》发布以来，将容积400立方米及以下炼钢用生铁高炉列为淘汰类，将容积400立方米以上1200立方米以下炼钢用生铁高炉列为限制类，高炉大型化发展是未来必然趋势。随着高炉的大型化，焦炭作为支撑骨架作用越来越重要，为保证料柱的透气性，降低高炉压差，不仅要求焦炭有良好的冷、热态性能，还要求焦炭有合适的块度和均匀性。捣固炼焦作为一种能减少优质炼焦煤用量、降低焦炭成本的方法在我国发展迅速，国内大多数独立焦化企业采用捣固炼焦方式。由于受配煤结构影响，捣固焦炭块度较小，平均块度一般为45～47mm，无法满足中大型高炉焦炭平均块度48～50mm的要求。因此，提高焦炭块度成为了行业关注热点。

焦炭块度与所用炼焦煤性质息息相关，尤其受热解胶质体性质和黏结性的影响。测定煤黏结性和结焦性的实验室方法很多，常用的方法有：坩埚膨胀序数、罗加指数、黏结指数、基氏流动度、胶质层指数、奥阿膨胀度和格金焦型等。由于成煤过程和成煤植物不同造成了炼焦煤种类的多样性和基本性质的复杂性。上述每个指标都侧重表征煤性质的某一方面，各指标之间既有关联，又没有明确关系，采用不同煤质指标评价相同煤种会得出不同的结果。

发明内容

本发明提供了一种利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法，不必对炼焦用配合煤各个指标进行检测，在较短时间内即可得到配合煤焦化过程的特点，能够为5.5m捣固焦炉焦炭块度的调整和确定提供可靠的依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法，包括如下步骤：

1)获得焦炭平均块度指标；

2)测定各单种煤的胶质层指数Y，基氏流动度，灰分，硫分，灰成分和挥发分；

3)选定一个生产配比，调整该配比，调整配比方法为提高Y≥20mm的单种煤的比例，或提高基氏最大流动度MF≥2000ddpm的单种煤的比例，或提高软固化温度区间ΔT≥85℃的单种煤的比例；

4)按调整后的配比配煤，测定配合煤的胶质层指数、基氏流动度、傅里叶红外曲线(FTIR)和挥发分V

5)设定P值表征煤的胶质体性能，且令：

P＝Y*logMF*ΔT/V

Y—胶质层最大厚度，mm；

MF—基氏最大流动度，ddpm；

T1—初始软化温度，℃；

T3—固化温度，℃

ΔT—软固化温度区间，℃

根据步骤4)测得的胶质层指数、基氏流动度指标和挥发分，计算P值；

6)利用origin图形处理软件，将配合煤红外光谱中3000～2800cm

B＝A

计算支链化程度指标B值；

7)根据步骤1)中焦炭块度要求，控制P值和B值；若焦炭块度要求为49～50mm，控制P≥130，且B≥0.35，若焦炭块度要求为48～49mm，控制P≥100，且B≥0.30；

8)判断按照步骤5)和6)计算的P值和B值是否满足步骤7)要求；

若满足，调整配比结束，否则重复步骤3)至步骤8)。

还需要控制配合煤灰分催化指数MCI小于2.80％；配合煤的灰成分由单种煤灰成分通过加权计算获得；根据如下公式计算配合煤灰分催化指数MCI：

其中：Ad为灰分，Vd为干基挥发分；

并控制配合煤挥发分V

上述步骤1)中焦炭平均粒度指标，是5.5m捣固焦炉生产的焦炭平均块度指标。

上述步骤6)中配合煤的红外光谱在波数范围3000～2800cm

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的发明人经过长期研究，发现将P值与Y值、最大基氏流动度的对数值MF、软固化温度区间ΔT以及V

2)本发明方法简单可靠，成本低廉，时效性好，适用于5.5m捣固炼焦企业。

附图说明

图1为本发明的利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法流程图。

图2为本发明实施例提供的配合煤红外光谱3000～2800cm

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用以限制本发明。

本发明是一种利用煤胶质体性能和官能团结构特征提高焦炭块度的方法，就是通过控制胶质体性能指标和官能团结构特征支链化程度来提高焦炭块度，使5.5m捣固焦炉生产的焦炭能满足中大型高炉对焦炭块度的要求。

本发明所适用的单种煤包括不粘煤、长焰煤、气煤、气肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤。

煤是以有机大分子为主，组成和结构十分复杂的体系，对于不同变质程度的煤来说，其结构又存在较大的差异。近些年来，傅里叶变换红外光谱(FTIR)是一种分析固体样品官能团结构特征的现代分析技术，尤其是配合相应的分峰拟合软件后，在煤结构表征中能够提供更加精细的煤结构信息。与其它化学分析手段相比，红外分析的优势在于操作简单、省时、仪器操作费用少。本发明的发明人在研究和实践中发现，炼焦煤的支链化程度与煤的黏结性十分相关，脂肪族结构是煤黏结性形成的关键因素。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体实施例进行详细说明。

某焦化企业长期使用煤和可采购的炼焦煤为炼焦煤A～炼焦煤I。炼焦煤A～炼焦煤I的煤质分析结果见表1，灰成分指标见表2。

表1单种煤的煤质分析

表2单种煤灰成分指标/％

实施例1：

1)获得生产焦炭平均块度指标要求，焦炭平均块度要求为48.5mm；测定所用单种煤煤质指标，见表1和表2；

2)选择一个焦炭块度提升以前的配煤比作为基准配比，在该基准配比的基础上调整配比，综合考虑配合成本和配合煤挥发分、硫分、灰分指标，基准配比和调整后的配比(方案一)见表3；

3)按照方案一进行配煤，按照国标要求制样，测定配合煤的胶质层指数、基氏流动度、傅里叶红外曲线(FTIR)和挥发分V

4)按公式P＝Y*logMF*ΔT/V

5)利用origin图形处理软件，将配合煤红外光谱中3000～2800cm

表3实施例1配煤比/％

表4实施例1配合煤指标

6)判断P值和B值是否满足要求，方案一配合煤P值119，B值0.32，满足配合煤指标控制要求。按照基准方案和方案一生产的焦炭质量见表5。

表5实施例1生产焦炭质量

实施例2：

1)获得生产焦炭平均块度指标要求，焦炭平均块度要求为≥49.0mm；测定所用单种煤煤质指标，本实施例中的单种煤指标参照实施例1中的质量指标；

2)选择一个焦炭块度提升以前的配煤比作为基准配比，基准配比参照实施例1中的配比，在该基准配比的基础上调整配比，综合考虑配合成本和配合煤挥发分、硫分、灰分指标，调整后的配比见表6，方案二在方案一的基础上，继续提升配合煤Y值和基氏流动度指标，采取的措施为：受配合煤成本限制，方案二引进Y值为22mm，软固化温度区间为95℃的炼焦煤D，当炼焦煤D煤资源短缺时，可以提升炼焦煤E的配比，但配煤成本会升高；

3)按照方案而进行配煤，按照国标要求制样，测定配合煤的胶质层指数、基氏流动度、傅里叶红外曲线(FTIR)和挥发分V

4)按公式P＝Y*logMF*ΔT/V

5)利用origin图形处理软件，将配合煤红外光谱中3000～2800cm

表6实施例2配煤比/％

表7实施例2配合煤指标

6)判断P值和B值是否满足要求，方案二配合煤P值135，B值0.38，满足配合煤指标控制要求。按照基准方案和方案二生产的焦炭质量见表8。

表8实施例2生产焦炭质量

由表5和表8可知，按本发明方法控制配合煤指标，可有效提升焦炭平均块度和冷热态质量。

本发明能够准确、简单、快速的判断配合煤指标是否满足焦炭块度的要求，胶质体和分子官能团是影响煤成焦特性的本质因素，因此从源头进行研究开发，可使焦炭质量和块度的提升能得到精准控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明并不限于以上描述实施例，在本发明描述的值与区间内的简单变型及组合，均将视为本发明的公开内容，并属于本发明的保护范围。