利用煤气厂粉焦型球制备复合粘结剂的研究

利用煤气厂粉焦型球制备复合粘结剂的研究

大同煤矿集团指定煤矿厂为大同煤矿集团指定员工提供生活气体。目前,每日干馏大同块煤200t,产焦炭约130t。直立炭化炉干馏块煤的热源由人工发生炉煤气供给,人工发生炉的原料为直立炭化炉生产的焦炭块,每日约用35t。每年人工炉消耗的块焦约1.28万t。煤气厂每年还产生1万多吨粉焦(小于13mm),因用途不大,只好廉价出售。为了提高粉焦的综合利用,加快发展第三产业,获取较高的经济效益及社会环保效益,煤气厂委托中科院山西煤化所,利用煤气厂粉焦为原料,采用煤化所的粘结技术,经过粉碎、搅拌、混捏、成型、烘干即得粉焦型球,以取代人工发生炉所用的块焦,工艺流程示于图1。1原材料(1)表1显示了研磨原料的分析(2)粘合剂淀粉废渣(3)热容剂膨润土(4)辅助设备煤泥(腐植酸盐)、火碱2工艺条件的选择2.1火碱加入量对焦粒初强度和耐水性的影响粘结剂主要是淀粉废渣、煤泥(腐植酸盐)、膨润土和火碱,这种复合粘结剂是棕褐色的碱性水溶液,对焦亲和力强,能浸润焦粒表面,并渗透到焦粒的微孔结构上,对粉焦型球脱膜后具有较好的初强度。淀粉废渣液加入少量火碱,使型球的初强度和耐水性大大提高。在型球烘干过程中,腐植酸盐溶液浓缩成胶体,最后固化收缩,与膨润土形成一种框架结构,使焦球具有较高的机械强度和热稳定性。2.2重复剂的用量据各种资料表明,先配制成5%～10%的淀粉渣液,再加入少量的NaOH、腐植酸盐和膨润土组成固体粘结剂。2.3成型压力对生球强度的影响型球的抗压强度除与粘结剂的特性和用量有关外,选择合适的成型机也很重要。成型压力的大小,受压时间和长短,加压速度的快慢直接影响物料受压时间的塑性、脆性和弹性变形的比例。一般情况下,成型压力越高,塑性变形比例越大,生球强度也越高。但当成型压力加压速度变快时,脆性变形和弹性变形比例增大,生球强度降低。故采用较高压力时,应延长压力作用时间,使大部分弹性变形转化为塑性变形,从而提高生球的初强度。在之后的生产中我们采用了大辊径,低转速成型机,效果很好。2.4块的炼焦粒度球型的形状一般有方枕形和椭球形两种,从成型球窝脱膜性来看,椭球形状比方枕形易脱模,同时椭球型球热裂变性好,便于完全燃烧。但椭球形表面积比较小,不利于加快气化速度。我厂人工炉现用块焦粒度大于36mm,但当燃烧块度较大时,使参加气化反应的比表面积减少,影响气化时焦粉分布及气化速度。同时由于块度过大时,水分和挥发分不易挥发完全,延长气化时间,残碳量增大。结合型球中试经验和问题,在之后的生产中我们选用的型球为椭球形,尺寸为42×38×22(长轴×短轴×高),以提高焦球固定碳利用率。2.5结剂中起粘结作用生球的初强度比较低(约10N/个),而且水分很大(约16%左右)。粘结剂中起粘结作用的主要是淀粉渣和腐植酸盐。当烘干温度过高时,淀粉就会分解,以至破坏。当温度过低时,腐植酸盐未能充分缩凝或聚化,粘结性就不好,影响型球的强度和热稳定性。故在之后的生产中以150℃左右烘干为最佳。3生产过程和主要组成3.1生产工艺(见图2)3.2主要设备(表2)3.3严格控制粉碎细度3.3.1破碎机是型煤焦生产的重要设备之一。锤式破碎机具有打击、反击和研磨三种功能。锤头为环锤式,进料粒度50mm,出料粒度3mm。因为煤焦是一种不均质体,其岩相组成、物理、化学性质都差异悬殊,为了保证煤焦料的均匀性,煤焦料粒度应细一些。型球(焦)的强度是颗粒和粘结剂固化构成的类似“混凝土”结构的最佳强度的体现,型球强度主要是颗粒间由粘结剂固化形成的背架强度。因此,提高成型物料的粉碎细度具有重要意义,主要是为了保证型球的强度。但过细的物料粒度,就增加了粘结剂的用量,消耗较多的动力,造成一定煤尘污染。3.3.2搅拌工艺是为了使煤料与粘结剂充分接触,使粘结剂在煤料表面形成一层薄膜。另外,由于焦粉料有一定的吸附性,若充分搅拌后可使粘结剂渗透到物料的孔隙中去,从而增强型球的强度。为此,就必须延长搅拌时间。在卧式搅拌机轴上安装正反螺旋叶片,使物料在搅拌过程中反复运动翻转。为了在成型过程中具有连续性,采用了具有贮料和混捏效果的立式搅拌机,调节物料的盈亏。3.3.3对辊式成型机具有结构简单,生产能力大、运行稳定等特点。在压球过程中,压力较小时,则生球易碎,不易运输,初强度不行。如果采用过高的压力,生球虽然初强度增强了,但过密实的焦球其内部颗粒之间孔隙率下降,造成气化速度降低,反应活性下降,延长气化时间和残碳量增加,在之后的生产中我们采用250kg/cm2。3.3.4烘干窑是目前生成型球(煤)最关键的设备。常用烘干窑有隧道小车窑,链条烘干窑和双层翻板烘干窑。但前两种窑人员劳动强度大,能耗高,不能满足型煤生产的能力要求。故我厂选用双层翻板烘干窑,该设备与成型机生产配套,达到连续生产,连续烘干,机械化强度高。该窑有效烘干时间为2h,烘干温度可调,进口温度180℃,出口温度50℃,窑长40m,宽1.6m,年处理能力1.5万t/a。4由含有30ml粉末的粉末试燃烧和结论组成4.1煤气厂人工气、天然气生产场所的燃料质量指数见表34.2标径表44.3通过对热量、气体组成、热量和灰渣残碳量的分析和讨论4.3.1通过总结直隶炉的每日操作记录表5，讨论了光度高度计算和测量讨论:对比两者数据可以看出,烧块焦和烧型球的效果是相同的。4.3.2屋顶和表6显示了屋顶和表6之间的平均比较讨论:对比两者数据,块焦与型球产生的煤气组成与热值相近,效果是相同的。4.3.3固定碳用量最佳参数确定讨论:从灰渣残炭的分析结果看,两者都较高,这与取样方法、炉子结构和工艺操作均有关系,为了进一步提高固定碳利用率,应确定最佳参数、降低成型压力、增加气化速度、选择合适几何形状、减小型球尺寸。4.4试验结果和讨论烧块焦和粉焦型球时,人工炉的供蒸气和供风条件基本相同,运行状况正常。从炉底掏出的粉焦型球未粉碎或崩塌,80%仍保持加入时的形状,证明热稳定性良好。试烧型球两天后,炉底清灰时发现有疏松的渣块形成,与烧块焦相比延长了清灰时间,增加了清灰难度(注:块焦也有结渣出现,渣块较硬)。表8分别是块焦、试验粉焦、型球、炉渣及热稳剂的灰熔点,从表8中测定结果可以看出,块焦的T2高出粉焦290℃,高出型球255℃,所以当人工炉炉温超过1145℃,粉焦型球就会出现结渣现象,而在此炉温下,尚未达到块焦T2的温度,故烧块焦时不会结渣。从表8的测定结果还可以看出,加入的热稳定剂及加工成型的粉焦型球的灰熔点均高于粉焦,说明粘结剂及成型工艺没有降低粉焦的灰熔点。烧粉焦型球时出现结渣,主要是粉焦本身灰熔点低造成的。另外,在试烧型球过程中,加入了一些碎末焦粉也是结渣的原因。如果在生产型球时采用一批灰熔点较高的粉焦原料,并且在人工炉投料前加一道筛网筛去碎末,则结渣现象可望减少或避免。从另外角度讲,适当结成较疏松渣,对保护栅板及减少灰渣残碳量都是有好处的。5回收灰渣煤型球替代块焦的可行性经煤气厂与中科院山西煤化所参加研制与工业试烧的同志共同讨论,一致认为:5.1粉焦型球配方工艺是科学的,技术上是可行的,工艺流程是合理先进的,经济效益是显著的。5.2制成的粉焦型球冷强度及热稳定性良好,能满足工艺质量要求,保证人工炉煤气发生炉正常运行,在人工炉中用型球代替块焦在技术上是可行的。5.3影响灰渣残碳量较高的因素较多,进一步改善工艺操作条件及适当改变型球的冷强度、尺寸及几何形状,将会进一步提高固定碳的利用率,降低灰渣残碳量。