本發(fā)明涉及低階煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化
技術領域：
，尤其涉及一種適用于以低階煤為原料進行煉焦的低階煤成型工藝及由該工藝制得的型煤原料。
背景技術：
：自十八世紀以來，煤炭已成為人類世界廣泛使用的能源之一，就我國的能源消費結(jié)構而言，目前煤炭占據(jù)70％左右，是國民賴以生存的主要能源。依據(jù)結(jié)構和組成的不同，煤炭分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類，其中煙煤又分為低變質(zhì)煙煤和中變質(zhì)煙煤，低變質(zhì)煙煤又稱作次煙煤，其與褐煤一起統(tǒng)稱為“低階煤”。據(jù)統(tǒng)計，我國低階煤的儲量占全國已探明的煤炭儲量的55％以上，高達5612億噸，但由于低階煤作為煤化作用初期的產(chǎn)物，具有含碳量低、水分高、易粉化、易自燃、揮發(fā)份高、浸水強度差、抗跌強度差等特點，因而嚴重限制了低階煤的直接開發(fā)利用，這無疑造成了巨大的資源浪費。另外，隨著國內(nèi)能源需求的日益增大和優(yōu)質(zhì)煤炭資源量的銳減，低階煤的提質(zhì)轉(zhuǎn)化與綜合利用已然成為當前我國能源研究與開發(fā)的重點領域。迄今為止，國內(nèi)外針對低階煤的提質(zhì)加工技術大致可分為熱解提質(zhì)技術、非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術和成型提質(zhì)技術三大類，其中，對于成型提質(zhì)技術而言，低階煤在成型過程中，高壓或剪切等物理作用對其凝膠結(jié)構和孔隙系統(tǒng)產(chǎn)生了不可逆的破壞，因而能夠從本質(zhì)上提升低階煤的煤階，使其煤化程度也隨之提高，從而解決了干燥低階煤的粉塵大、易重新吸水、易 于自燃等不足，并使得到的低階煤型煤具有一定的防水性。例如，中國專利文獻cn101928619a公開了一種便于集裝箱運輸?shù)暮置好簤K成型方法，其包括以下步驟：(1)原料處理：通過干燥裝置調(diào)節(jié)褐煤粉的溫度在100℃±5℃、含水率12-14％(重量)；(2)壓制成型：將褐煤粉通過液壓機械壓制，壓制壓強＞35mpa，壓制模式為3-4次壓制；(3)冷卻：壓制后的塊煤通過靜置自然冷卻。上述技術在不使用粘結(jié)劑的情況下直接將褐煤粉壓制成塊煤，有效降低了煤粉在使用過程中所造成的粉塵污染，有助于環(huán)境保護，同時該技術制得的塊煤具有良好的耐水性和安定性，便于集裝箱運輸。但是，上述技術能夠直接將褐煤壓制成型所必須具備兩個先決條件是，首先需要對褐煤進行脫水處理，以使其含水率降低至12-14wt％，其次，保證壓制時的壓強大于35mpa，并且需要壓制3-4次才能成型。由于上述技術對褐煤的含水量要求較高，導致脫水步驟的操作難度大，能耗高，更重要的是低含水量的褐煤極易自燃，尤其是在壓力大于35mpa的壓制條件下，導致安全生產(chǎn)的危險性提高。為了解決上述問題，該技術將壓制工序分成3-4次進行，在一定程度上降低了褐煤自燃的風險，但并不能從根本上有效遏制，并且多次壓制還會造成工藝耗時長，同樣能耗也較高。另外，上述技術制得的型煤焦化后所形成的焦呈粉末狀，無法實現(xiàn)推焦，因而也限制了上述型煤在焦化領域的應用。因此，如何改進低階煤的成型工藝以克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，依然是本領域尚未解決的一個技術難題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術中的低階煤成型工藝所存在的操作繁雜、難度大、耗時長、能耗高、安全風險高的缺陷，進而提供一 種操作簡便快捷、能耗低、安全性好的低階煤成型工藝。本發(fā)明解決的另一個技術問題在于克服現(xiàn)有技術中的低階煤型煤所存在的無法用于煉焦的缺陷，進而提供一種能用于煉焦且所得焦炭可應用于固定床造氣領域、替代塊煤用于造氣生產(chǎn)燃氣、合成氨、甲醇及其它化工產(chǎn)品的低階煤型煤原料及其成型工藝。為此，本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術方案為：一種低階煤的成型工藝，包括如下步驟：干燥步驟：在105-120℃的無氧條件下對低階煤進行干燥處理，直至所述低階煤中的含水量達到15-20wt％；壓制步驟：將干燥后的所述低階煤與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為(90-70)∶(10-30)的比例混勻形成混合物，采用20-30mpa的壓力將所述混合物壓制成型煤。在所述干燥處理之前，所述低階煤的粒度不大于6mm；所述低階煤的g值小于40、揮發(fā)分含量大于40％。所述含水量為15-17wt％。所述干燥步驟中的溫度為107-110℃。所述粘結(jié)劑為在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％的有機粘結(jié)劑。所述有機粘結(jié)劑為軟化點大于100℃的瀝青質(zhì)。所述混合物在20-30mpa下保壓0.1-2min，制得所述型煤。在干燥后的所述低階煤與所述粘結(jié)劑混合之前，將所述干燥后的低階煤降溫至30-40℃。由上述成型工藝制得的低階煤型煤。本發(fā)明采用液壓設備對上述冷卻后的低階煤或其與粘結(jié)劑所形成的混合物進行壓制處理，根據(jù)所使用的模具的形狀和尺寸的不同，能夠制得具有任意形狀和尺寸的型煤。優(yōu)選地，本發(fā)明制得的型煤的形狀和尺寸與搗固焦爐的炭化室相匹配為宜。本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明提供的低階煤的成型工藝，通過在100-120℃的無氧條件下對低階煤進行干燥處理以使其含水量降低至15-20wt％，干燥后的低階煤與粘結(jié)劑混合并壓制成型煤，由于本發(fā)明干燥后的低階煤的含水量相對較高，一方面解決了現(xiàn)有技術中的脫水步驟操作難度大、能耗高的不足，另一方面也克服了含水量低的低階煤在壓制過程中極易自燃的缺陷，降低了低階煤成型工藝的危險系數(shù)。并且，本發(fā)明的成型工藝通過嚴格控制壓制時的壓力，只需壓制一次便可使低階煤得以成型，由此使得本發(fā)明的工藝簡單、易于操作、且還有利于減少能耗、降低成本投入。2、本發(fā)明提供的低階煤型煤，其抗壓強度可達27mpa，該型煤原料在適當?shù)慕够瘲l件下能產(chǎn)生較多的粗煤氣、焦油和焦炭，且所得焦炭可直接從焦爐中推出，使得本發(fā)明的低階煤型煤非常適用于煉焦，由此解決了現(xiàn)有技術中的低階煤無法用于大配比煉焦的缺陷。具體實施方式下面將對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結(jié)合。本發(fā)明所述的低階煤成型工藝中的低階煤成分適用于所有的低階煤煤種或其混合物，為便于說明，下述實施例中的低階煤以次煙煤或褐煤為例。以下實施例中，wt％表示質(zhì)量百分含量；型煤的質(zhì)量＝(低階煤的質(zhì)量×低階煤質(zhì)量占型煤質(zhì)量的百分比+粘結(jié)劑的質(zhì)量×粘結(jié)劑質(zhì)量占型煤質(zhì)量的百分比)，“kg/t型煤”指每噸型煤得到的產(chǎn)品的千克數(shù)，“nm3/t型煤”指每噸型煤得到的粗煤氣的體積換算成0℃、1個標準大氣壓下的立方米數(shù)。實施例1本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在107℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到20wt％；所述褐煤的g值為0、揮發(fā)分含量為60％、且在干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤自然降溫至30-40℃之后，將其與粘結(jié)劑按9∶1的比例混勻形成混合物，將該混合物置于液壓機中，在20mpa下保壓1min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為110℃的煤焦油瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為45％。將本實施例制得的型煤原料送入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為335.5nm3/t型煤，所述焦油的量為17kg/t型煤，所述焦炭的量為490kg/t型煤。其中 所述焦炭中的固體碳含量不小于47％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的20％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的50％。實施例2本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在105℃的無氧條件下對次煙煤進行干燥處理，直至所述次煙煤的含水量達到18wt％；所述次煙煤的g值為0、揮發(fā)分含量為60％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的次煙煤降溫至30℃-40℃之后，將其與粘結(jié)劑按9∶1的比例混勻形成混合物，將該混合物置于液壓機中，在20mpa下保壓0.1min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為120℃的石油瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為47％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油的混合物，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為343.86nm3/t型煤，所述焦油的量為17.6kg/t型煤，所述焦炭的量為502.3kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于47％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的25％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的50％。實施例3本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在110℃的無氧條件下對次煙煤進行干燥處理，直至所述次煙煤 的含水量達到15wt％；所述次煙煤的g值為20、揮發(fā)分含量為40％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的次煙煤降溫至30℃之后，將具與粘結(jié)劑按4∶1的比例混勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在30mpa下保壓2min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為105℃的石油瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為356.5nm3/t型煤，所述焦油的量為18.2kg/t型煤，所述焦炭的量為520.8kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于47％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的40％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的60％。實施例4本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在107℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到17wt％；所褐煤的g值為30、揮發(fā)分含量為40％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤降溫至30℃之后，將其與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為7∶3的比例混勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在15mpa下保壓1.5min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為120℃的石油瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為345.1nm3/t型煤，所述焦油的量為29.6kg/t型煤，所述焦炭的量為527.5kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于55％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆粒總質(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的60％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的80％。實施例5本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在110℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到16wt％；所述褐煤的g值為35、揮發(fā)分含量為50％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤降溫至30℃之后，將其與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為4∶1的比例混合均勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在22.5mpa下保壓0.5min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為105℃的煤瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為46％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為341.3nm3/t型煤，所述焦油的量為44.34kg/t型煤，所述焦炭的量為532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于60％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的75％，粒徑在25mm 以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的85％。實施例6本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在110℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到15wt％；所述褐煤的g值為20、揮發(fā)分含量為50％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤降溫至30℃之后，將其與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為7∶3的比例混合均勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在25mpa下保壓1min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為120℃的煤瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，得到的所述粗煤氣的量為341.3nm3/t型煤，所述焦油的量為44.34kg/t型煤，所述焦炭的量為532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于60％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的85％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的95％。實施例7本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在110℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到15wt％；所述褐煤的g值為0、揮發(fā)分含量為60％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤降溫至30℃之后將其與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為85∶15的比例混合均勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在30mpa下保壓1min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為120℃煤瀝青，具在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，并進一步從焦油中分離出粗苯，得到的所述粗煤氣的量為341.3nm3/t型煤，所述焦油的量為44.34kg/t型煤，所述焦炭的量為532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于60％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的90％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的97％。實施例8本實施例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在110℃的無氧條件下對次煙煤進行干燥處理，直至所述次煙煤的含水量達到19wt％；所述次煙煤的g值為30、揮發(fā)分含量為55％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的次煙煤降溫至35℃之后將其與粘結(jié)劑按質(zhì)量比為75∶25的比例混合均勻形成混合物，再將該混合物置于液壓機中，在20mpa下保壓2min即得長方體狀的型煤；所述粘結(jié)劑為軟化點為120℃的煤瀝青，其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％。將本實施例制得的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度 為950℃、焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭；采用常規(guī)工藝分離得到粗煤氣和焦油，并進一步從焦油中分離出粗苯，得到的所述粗煤氣的量為341.3nm3/t型煤，所述焦油的量為44.34kg/t型煤，所述焦炭的量為532.7kg/t型煤。其中所述焦炭中的固體碳含量不小于60％，揮發(fā)分含量不大于3％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的90％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的95％。對比例1本對比例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在107℃-110℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到20wt％；所述褐煤的g值為0、揮發(fā)分含量為60％、且干燥前的粒度不超過6mm；(2)待干燥后的褐煤自然降溫至30℃-40℃之后再將其置于液壓機中，在40mpa下壓制3次，每次壓制周期為20秒，即得長方體狀的型煤。對比例2本對比例所述的低階煤的成型工藝，包括如下步驟：(1)在100℃的無氧條件下對褐煤進行干燥處理，直至所述褐煤的含水量達到14wt％；所述褐煤的g值為0、揮發(fā)分含量為60％、且粒度不超過6mm；(2)將干燥后的褐煤置于液壓機中，在40mpa下壓制3次，每次壓制周期為20秒；(3)壓制后的塊煤經(jīng)自然冷卻，即得長方體狀的型煤。實驗例1使用ya-100b抗壓強度試驗機對上述實施例及對比例中制得的型煤進行強度測試，結(jié)果如表1所示：表1上述實施例及對比例制得的型煤的抗壓強度實施例1實施例3實施例4實施例6抗壓強度(mpa)18202224實施例7實施例8對比例1對比例2抗壓強度(mpa)26271216從表1可以看出，與對比例1-2相比，本發(fā)明上述實施例制得的型煤具有更高的抗壓強度，說明本發(fā)明的低階煤成型工藝有利于制備得到高強度的型煤原料。實驗例2對上述實施例及對比例制得的型煤進行安定性測試：使用切割機高速切割對比例2的型煤時出現(xiàn)零星火花，說明對比例2制得型煤的安定性較差。而高速切割實施例1-8制得的型煤時均無燃燒現(xiàn)象發(fā)生，表明由本發(fā)明的成型工藝制得的低階煤型煤難以自燃，安定性好。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。當前第1頁12