CN111575034A - 一种型焦及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种型焦及其制备方法和应用。所述型焦的制备方法包括：(1)将原料混合得到的配合煤进行压制得到型煤；以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉15‑25wt％、肥煤60‑70wt％、无烟煤5‑15wt％；(2)在室温下将所述型煤放入炼焦炉中，以6‑10℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1000‑1200℃，并在1000‑1200℃下干馏380‑480h，得到型焦。本发明得到的型焦内部裂纹极少，块度大、热强度高、且灰分低，使其具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种型焦及其制备方法和应用。
背景技术
型焦是用加压成型的方法生产的形状均一的焦炭，型煤炼焦是将部分原料煤进行混捏，压制成具有一定形状大小的型块，再将型块按一定比例和原料煤配合，装入焦炉炼焦。型煤炼焦有利于提高入炉煤的堆比重，改善焦炭质量，也可在稳定焦炭质量的基础上，增加弱粘结炼焦煤配量，降低企业配煤成本。相比于常规焦炭，型焦的大小和形状可根据用户需要来制备，型焦焦体致密，气孔小且分布均匀，更适于在冶金、化工、汽车等领域应用。
现有焦炭制备方法采用主焦煤、瘦化剂和粘结剂等原料配煤、成型后在800-1000℃下干馏15-24h，该工艺具有以下缺点：1、必须使用粘结剂；2、产出型焦的热强度差、破碎强度低、成品率低，难以大规模高效生产，从而限制了其大规模应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的型焦的热强度差、破碎强度低和成品率低的问题，提供型焦及其制备方法和应用，实现在无粘结剂存在的情况下制备热强度高、粒度大的型焦。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种型焦的制备方法，包括：
(1)将原料混合得到的配合煤进行压制得到型煤；以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉15-25wt％、肥煤60-70wt％、无烟煤5-15wt％；
(2)在室温下将所述型煤放入炼焦炉中，以6-10℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1000-1200℃，并在1000-1200℃下干馏380-480h，得到型焦。
本发明第二方面提供一种根据本发明的制备方法制得的型焦。
本发明第三发面提供一种本发明的型焦在铸造焦、延绵焦中的应用。
本发明将型煤在炼焦炉内以较低的升温速率升温，并长时间结焦，使得肥煤中的胶质完全熔融产生足量的胶质体，能够将肥煤与抗收缩能力强的焦粉和可磨性好的无烟煤的煤粒充分粘结，还降低了成焦过程中因收缩产生的应力差，保证型焦具有较大的块度，提高了型焦的热强度，打破了只有使用粘结剂才能生成大块型焦的局限性；本发明得到的型焦内部裂纹极少，块度大(70wt％以上的所述型焦的块度≥90mm)、热强度高(≥60wt％)、且灰分低(＜10wt％)，使其具有广阔的应用前景。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种型焦的制备方法，包括：
(1)将原料混合得到的配合煤进行压制得到型煤；以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉15-25wt％、肥煤60-70wt％、无烟煤5-15wt％；
(2)在室温下将所述型煤放入炼焦炉中，以6-10℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1000-1200℃，并在1000-1200℃下干馏380-480h，得到型焦。
本发明将型煤在炼焦炉内以较低的升温速率升温，并长时间结焦，使得肥煤中的胶质完全熔融产生足量的胶质体，配合抗收缩能力强的焦粉和可磨性好的无烟煤，不仅可以使配煤的煤粒能够充分粘结，还降低了成焦过程中因收缩产生的应力差，从而保证型焦具有较大的块度，还提高了型焦的热强度，打破了只有使用粘结剂才能生成大块型焦的局限性。
为了进一步提高型焦的热强度和块度，降低型焦内部的裂纹，优选条件下，以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉18-22wt％、肥煤65-70wt％、无烟煤9-13wt％。
本发明中，为了提高所述型焦的块度和热强度，优选条件下，所述肥煤的粘结指数G肥≥90，例如可以为90、91、92、95或上述数值之间的任意值；所述无烟煤的可磨指数HGI无≥70wt％，例如可以为70、73、75、80或上述数值之间的任意值；在本发明的一个优选实施方式中，通过同时调节肥煤的粘结指数和无烟煤的可磨指数，能够进一步提高型焦的块度和冷热强度，优选的，所述肥煤的粘结指数满足90≤G肥≤95，且所述无烟煤的可磨指数满足70wt％≤HGI无≤75wt％，更优选的，所述肥煤的粘结指数为91.5，且所述无烟煤的可磨指数为73。
本发明中，优选条件下，所述焦粉为石油焦和/或沥青焦，石油焦和沥青焦中的灰分低、抗收缩能力强，一方面能够降低型焦的灰分，另一方面可以减少型焦的内部裂纹的生成。
本发明中，型焦的块度和冷热强度不仅仅受原料的粘结指数的影响，同时还受原料的灰分、挥发分、硫分以及可磨指数的共同影响，为了进一步提高所述型焦的块度和冷热强度，优选条件下，所述肥煤同时满足以下性能指标：Ad肥≤13wt％，25wt％≤Vdaf,肥≤29wt％，St,d,肥≤3wt％；所述无烟煤同时满足以下性能指标：Ad无≤9wt％，10wt％≤Vdaf,无≤16wt％，St,d,无≤3wt％；所述焦粉同时满足以下性能指标：Ad粉≤0.5wt％，13wt％≤Vdaf,粉≤17wt％，St,d,粉≤3wt％。进一步优选的，所述肥煤同时满足以下性能指标：Ad肥≤12wt％，26wt％≤Vdaf,肥≤28wt％，St,d,肥≤0.5wt％；所述无烟煤同时满足以下性能指标：Ad无≤8wt％，12wt％≤Vdaf,无≤15wt％，St,d,无≤0.5wt％；所述焦粉同时满足以下性能指标：Ad粉≤0.45wt％，14wt％≤Vdaf,粉≤16wt％，St,d,粉≤0.5wt％。
本发明中，为了使原料充分混合，提高原料间的协同作用，进一步提高所述型焦的热强度，优选条件下，本发明还对焦粉进行预破碎，以所述焦粉的总重量为基准，95wt％以上的所述焦粉的平均粒度＜3mm。
本发明中，为了使原料混合均匀，优选条件下，以所述配合煤的总重量为基准，97wt％以上的所述配合煤的平均粒度＜3mm，更优选的，97wt％-99wt％的所述配合煤的平均粒度＜3mm。
本发明中，优选条件下，在步骤(1)中，所述型煤的密度为1200-1300kg/m3，例如可以为1200kg/m3、1250kg/m3、1300kg/m3或上述数值之间的任意值，最优选为1270kg/m3。
本发明中，型煤在室温下加入炼焦炉中，采用较低的升温速率升温炼焦炉长时间结焦，一方面能够使配合煤中的胶质完全熔融，产生足量的胶质体，另一方面能够降低成焦过程中的应力差，减少裂纹的生成，使得到的型焦具有较大的块度和较高的热强度，优选条件下，所述升温速率为6-10℃/h，例如可以为6℃/h、7℃/h、8℃/h、9℃/h、10℃/h或上述数值之间的任意值或其组合，优选为7-9℃/h，最优选为8℃/h。优选条件下，所述结焦的时间为380-480h，例如可以为380h、400h、420h、450h、480h或上述数值之间的任意值，优选为390-410h，最优选为400h。优选条件下，所述结焦的温度为1100-1200℃，例如可以为1100℃、1150℃、1200℃或上述数值之间的任意值，更优选为1150℃。
本发明中，在干馏结束后，在炼焦炉内对型焦进行熄焦，炉内熄焦能够减小熄焦过程中的冷热温差，减少型焦裂纹的产生，提高型焦的块度，所述熄焦的方式可以为干熄焦也可以为湿熄焦，优选为湿熄焦，更优选的，所述湿熄焦的具体工艺为：向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温。
本发明还提供一种根据所述的制备方法制得的型焦。优选条件下，所述型焦的性能指标为：Ad,型＜10wt％；1wt％≤Vdaf％＜1.5wt％；St,d,炭＜0.8wt％；M40,炭≥90wt％；CRI炭≤25wt％；CSR型≥60wt％；70wt％以上的所述型焦的块度≥90mm。
本发明中制备得到的型焦的灰分低、块度大、热强度高，可作为铸造焦和延绵焦使用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，型焦的灰分(Ad/wt％)、挥发分(Vdaf/wt％)指标根据GB/T 2001—1991《焦炭工业分析测定方法》测试得到；型焦的粒度指标根据GB/T 2005—1994《冶金焦炭的焦末含量及筛分组成的测定方法》测试得到；型焦的机械强度(M40/wt％)根据GB/T 1996—2003《冶金焦炭》测试得到；型焦的硫分(St,d/wt％)根据GB/T 2286—1991《焦炭全硫含量测定方法》测试得到；型焦的热性质(CRI/wt％、CSR/wt％)根据GB/T 4000—1996《焦炭反应性及反应后强度的测定方法》测试得到。
实施例1
本实施例中制备型焦的原料的性质参数如表1所示，原料的组成如表2所示；所述型焦的制备方法如下：
(1)对石油焦进行预破碎得到石油焦粉，以所述石油焦粉的总重量为基准，95wt％的所述焦粉的平均粒度＜3mm；将石油焦粉、肥煤和无烟煤混合得到的配合煤进行压制成规格为500×450×420cm的型煤，并将该型煤堆码成2×2×2的型煤垛；其中，以所述配合煤的总重量为基准，98wt％的所述配合煤的平均粒度＜3mm，且所述型煤的密度为1270kg/m3，
(2)在室温下将所述型煤垛放入炼焦炉中，以8℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1100℃，并在1100℃下干馏400h，干馏结束后，向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温，得到型焦A1。
本实施例得到的型焦A1的性能参数如表6所示。
实施例2-5
实施例2-5中制备型焦的原料的性质参数如表1所示，原料的组成如表2所示。
所述型焦的制备方法同实施例1，得到型焦A2-A5。
实施例2-5得到的型焦A2-A5的性能参数如表6所示。
表1：实施例1-5中原料的性质参数
表2：实施例1-5中原料的组成
实施例6
本实施例中制备型焦的原料的性质参数如表3所示，原料的组成同实施例1。
所述型焦的制备方法同实施例1，得到型焦A6。
本实施例得到的型焦A6的性能参数如表6所示。
表3：实施例6中原料的性质参数
实施例7
本实施例中制备型焦的原料的性质参数如表4所示，原料的组成同实施例1。
所述型焦的制备方法同实施例1，得到型焦A7。
本实施例得到的型焦A7的性能参数如表6所示。
表4：实施例7中原料的性质参数
实施例8
本实施例中制备型焦的原料的组成与原料性质参数同实施例1，不同的是：炼焦炉的升温速率以及型煤的干馏时间不同，具体的，所述型焦的制备方法如下：
(1)对石油焦进行预破碎得到石油焦粉，以所述石油焦粉的总重量为基准，96wt％的所述焦粉的平均粒度＜3mm；将石油焦粉、肥煤和无烟煤混合得到的配合煤进行压制成规格为500×450×420cm的型煤，并将该型煤堆码成2×2×2的型煤垛；其中，以所述配合煤的总重量为基准，97wt％的所述配合煤的平均粒度＜3mm，且所述型煤的密度为1270kg/m3，
(2)在室温下将所述型煤垛放入炼焦炉中，以6℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1050℃，并在1050℃下干馏450h，干馏结束后，向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温，得到型焦A8。
本实施例得到的型焦A8的性能参数如表6所示。
实施例9
本实施例中制备型焦的原料的组成与原料性质参数同实施例1，不同的是：炼焦炉的升温速率以及型煤的干馏时间不同，具体的，所述型焦的制备方法如下：
(1)对石油焦进行预破碎得到石油焦粉，以所述石油焦粉的总重量为基准，95wt％的所述焦粉的平均粒度＜3mm；将石油焦粉、肥煤和无烟煤混合得到的配合煤进行压制成规格为500×450×420cm的型煤，并将该型煤堆码成2×2×2的型煤垛；其中，以所述配合煤的总重量为基准，98wt％的所述配合煤的平均粒度＜3mm，且所述型煤的密度为1250kg/m3，
(2)在室温下将所述型煤垛放入炼焦炉中，以10℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1200℃，并在1200℃下干馏380h，干馏结束后，向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温，得到型焦A9。
本实施例得到的型焦A9的性能参数如表6所示。
对比例1
本实施例中制备型焦的原料的组成与原料性质同实施例1，不同的是：炼焦炉的升温速率以及型煤的干馏时间不同，具体的，所述型焦的制备方法如下：
(1)对石油焦进行预破碎得到石油焦粉，以所述石油焦粉的总重量为基准，95wt％的所述焦粉的平均粒度＜3mm；将石油焦粉、肥煤和无烟煤混合得到的配合煤进行压制成规格为500×450×420cm的型煤，并将该型煤堆码成2×2×2的型煤垛；其中，以所述配合煤的总重量为基准，98wt％的所述配合煤的平均粒度＜3mm，且所述型煤的密度为1250kg/m3，
(2)在室温下将所述型煤垛放入炼焦炉中，以3℃/min速率将炼焦炉从室温升温至1150℃，并在1150℃下干馏300h，干馏结束后，向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温，得到型焦B1。
本对比例得到的型焦B1的性能参数如表6所示。
对比例2
按照实施例1的方法，原料的性质参数同实施例1，不同的是，制备型焦的原料组成为：15wt％焦粉、肥煤77wt％和8wt％无烟煤，得到型焦B2。
对比例2得到的型焦B2的性能参数如表6所示。
对比例3
按照实施例1的方法，原料的组成及型焦的制备方法同实施例1，不同的是：本对比例中制备型焦的原料的性质参数如表5所示，得到型焦B3。
本实施例得到的型焦B3的性能参数如表6所示。
表5：对比例3中原料的性质参数
对比例4
采用公开号CN 109097084A中公开的方法制备型焦，具体如下：
一种生产型焦的配煤原料组合物，包括粘结剂3％、瘦化剂3％、无烟煤35％、焦煤59％；粘结剂为软化点130℃-150℃的煤液化残渣提纯沥青，粒度小于0.5mm，灰分小于0.2％；瘦化剂为挥发分小于1.8％的冶金焦粉，粒度小于0.5mm，无烟煤粒度小于1mm，焦煤粒度小于1mm。
用型煤液压装置将配煤原料组合物制成型煤，型煤输送至热回收炼焦炉进行高温干馏，干馏温度为900℃，制得型焦B4。
本对比例得到的型焦B2的性能参数如表6所示。
表6型焦A1-A9和B1-B4的性能参数
从以上实施例、对比例和表1-6的结果可以看出，采用低灰分的焦粉、高灰分高粘结性能的肥煤与高耐磨指数的瘦煤按照特定比例配煤后，尤其当肥煤的粘结指数90≤G肥≤95且无烟煤的可磨指数70wt％≤HGI无≤75wt％时，在较慢的升温速率下长时间结焦，能够显著提高型焦的块度(70wt％以上的所述型焦的块度≥90mm)和热强度高(≥60wt％)，且得到的型焦的灰分低(＜10wt％)。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种型焦的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将原料混合得到的配合煤进行压制得到型煤；以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉15-25wt％、肥煤60-70wt％、无烟煤5-15wt％；
(2)在室温下将所述型煤放入炼焦炉中，以6-10℃/h速率将炼焦炉从室温升温至1000-1200℃，并在1000-1200℃下干馏380-480h，得到型焦。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以所述原料的总重量为基准，所述原料包含：焦粉18-22wt％、肥煤65-70wt％、无烟煤9-13wt％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述肥煤的粘结指数G肥≥90；和/或
所述无烟煤的可磨指数HGI无≥70wt％；和/或
所述焦粉为石油焦和/或沥青焦。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述肥煤的粘结指数满足90≤G肥≤95，所述无烟煤的可磨指数满足70wt％≤HGI无≤75wt％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述肥煤同时满足以下性能指标：Ad肥≤13wt％，25wt％≤Vdaf,肥≤29wt％，St,d,肥≤3wt％；和/或
所述无烟煤同时满足以下性能指标：Ad无≤9wt％，10wt％≤Vdaf,无≤16wt％，St,d,无≤3wt％；和/或
所述焦粉同时满足以下性能指标：Ad粉≤0.5wt％，13wt％≤Vdaf,粉≤17wt％，St,d,粉≤3wt％。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其中，以所述焦粉的总重量为基准，95wt％以上的所述焦粉的平均粒度＜3mm；和/或
以所述配合煤的总重量为基准，97wt％以上的所述配合煤的平均粒度＜3mm；和/或
所述型煤的密度为1200-1300kg/m3。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括：干馏结束后，向炼焦炉内通水冲淋所述型焦，至所述型焦降温至室温。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制得的型焦。
9.根据权利要求8所述的型焦，其中，所述型焦的性能指标为：Ad,型＜10wt％；1wt％≤Vdaf％＜1.5wt％；St,d,炭＜0.8wt％；M40,炭≥90wt％；CRI炭≤25wt％；CSR型≥60wt％；70wt％以上的所述型焦的块度≥90mm。
10.一种权利要求8或9所述的型焦在铸造焦、延绵焦中的应用。
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