本發(fā)明涉及煉焦技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用搗固焦?fàn)t對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝。
背景技術(shù)：
自十八世紀(jì)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jì)，我國低階煤的儲(chǔ)量占全國已探明的煤炭儲(chǔ)量的55％以上，高達(dá)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(qiáng)度差、抗跌強(qiáng)度差等特點(diǎn)，因而嚴(yán)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(fèi)。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(dāng)前我國能源研究與開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。
迄今為止，國內(nèi)外針對低階煤的提質(zhì)加工技術(shù)大致可分為熱解提質(zhì)技術(shù)、非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)和成型提質(zhì)技術(shù)三大類，其中，對于成型提質(zhì)技術(shù)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(gòu)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。但目前的低階煤提質(zhì)技術(shù)均處于試驗(yàn)研究和工程化初始應(yīng)用階段，不存在使其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的設(shè)備，由此限制了低階煤的開發(fā)利用。
生物質(zhì)能是綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，即以生物質(zhì)為載體的能量形式，它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。近年來研發(fā)的生物質(zhì)固化成型技術(shù)改變了傳統(tǒng)的生物質(zhì)能利用方式，將松散的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高密度的成型燃料，直接燃燒或用作氣化、液化原料，成為生物質(zhì)能開發(fā)利用的一種有效途徑，也是替代常規(guī)能源的有效方法，然而遺憾的是，目前尚不具備使生物質(zhì)燃料大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的設(shè)備。
現(xiàn)階段我國對于生活垃圾的資源化利用方式有目前推行的垃圾堆肥工藝和正在研究的垃圾衍生燃料技術(shù)，其中對于垃圾衍生燃料技術(shù)而言，雖然該技術(shù)已在日、德、美等發(fā)達(dá)國家得到了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但由于我國目前尚不具備規(guī)范的垃圾分類收集體系，所以國外對于組分穩(wěn)定的分類垃圾的燃料制作技術(shù)無法適用于我國的高濕混合垃圾，因此，應(yīng)當(dāng)針對我國的垃圾回收現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)研發(fā)適合我國國情的垃圾資源化處理方法。
搗固焦?fàn)t是煤的焦化工藝中使用的大型化設(shè)備，其占地面積廣，投資基建費(fèi)用大。煤焦化是以煤為原料經(jīng)高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時(shí)獲得煤氣、煤焦油并回收其它化工產(chǎn)品的一種煤轉(zhuǎn)化工藝，其焦炭產(chǎn)品主要是冶金焦或化工焦。由于工業(yè)上對這類焦炭的品質(zhì)要求很高，使得生產(chǎn)冶金焦或化工焦所采用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、氣煤、肥煤、瘦煤、貧瘦煤 等煤種，屬于中變質(zhì)煙煤，但是近年來煤炭資源的短缺，特別是用于焦化工業(yè)的中高品質(zhì)煤原料的減少，使得焦化行業(yè)的原料成本與日俱增，加之近幾年鋼鐵、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行業(yè)的衰退，導(dǎo)致焦炭產(chǎn)品的需求量減少、價(jià)格下滑，從而迫使焦化廠急劇縮減焦炭產(chǎn)量，由此帶來的后果是搗固焦?fàn)t停止運(yùn)行，而一旦焦?fàn)t停用便會(huì)報(bào)廢，那么為了保護(hù)斥巨資投建的搗固焦?fàn)t設(shè)備，就不得不在最低程度內(nèi)維持焦?fàn)t的運(yùn)行，這樣不僅降低了搗固焦?fàn)t的利用度，還會(huì)造成焦化行業(yè)的產(chǎn)能過剩。因此，如何拯救瀕臨負(fù)增長的焦化產(chǎn)業(yè)，提高搗固焦?fàn)t的利用度，解決焦化行業(yè)產(chǎn)能過剩的問題已成為當(dāng)前遏制焦化行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
綜上所述，在目前的形勢下如何能夠?qū)v固焦?fàn)t應(yīng)用于低階煤、垃圾和生物質(zhì)的開發(fā)利用領(lǐng)域以使上述問題都得以迎刃而解，是困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)低階煤、垃圾和生物質(zhì)能大規(guī)模應(yīng)用的缺陷及現(xiàn)有的搗固焦?fàn)t利用度低的問題，進(jìn)而提供一種采用搗固煉焦對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝。
為此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：
一種對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，包括如下步驟：
(1)將生物質(zhì)原料打包成捆，形成捆狀料；
(2)對生活垃圾進(jìn)行分類，收集有機(jī)物成分，所述有機(jī)物成分包括木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾中的一種或多種；在110-120℃ 的無氧條件下對所述有機(jī)物成分進(jìn)行干燥處理直至含水量降低至25wt％以下；
(3)將步驟(2)得到的有機(jī)物成分與低階煤混合形成混合物，將所述混合物裝填至所述捆狀料的內(nèi)部，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的物料；
(4)在20-100℃、15-40mpa的條件下將所述物料壓制成型，即制得含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料；
(5)對所述成型料進(jìn)行焦化處理，控制焦餅中心的溫度為950-1050℃、焦化時(shí)間不小于16小時(shí)，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時(shí)得到焦炭。
所述生物質(zhì)原料的含水量不大于20wt％；所述生物質(zhì)原料為秸稈和/或木質(zhì)廢棄物。
所述捆狀料的體積不小于0.5m3。
步驟(3)中，所述低階煤的含水量不大于20wt％，所述有機(jī)物成分與所述低階煤的質(zhì)量比為(4-7)：(3-6)。
步驟(3)中，所述混合物中還包含粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑與所述低階煤的質(zhì)量比為(1-3)：(9-7)。
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(jī)粘結(jié)劑。
所述低階煤與所述捆狀料的質(zhì)量比為1：(1-5)。
所述壓制的條件下力為50-70℃、20-30mpa。
所述成型料與所述物料的密度之比為(2-4)：1。
所述焦化處理是在搗固焦?fàn)t中進(jìn)行的。
本發(fā)明采用液壓設(shè)備對上述具有核殼結(jié)構(gòu)的物料進(jìn)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成型料。優(yōu)選地，本發(fā)明制得的含低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料的形狀和尺寸與搗固焦?fàn)t的炭化室相匹配。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明提供的對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，通過將低階煤和垃圾裝填于由生物質(zhì)打包所形成的捆狀料中，再在特定條件下對得到的具有核殼結(jié)構(gòu)的物料進(jìn)行壓制處理，即可制得含低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料，這樣一方面可使低階煤、垃圾和生物質(zhì)原料能夠推入搗固焦?fàn)t中進(jìn)行高溫干餾，另一方面還使得低階煤、垃圾和生物質(zhì)干餾后的固體產(chǎn)物易于從搗固焦?fàn)t中推出，從而得到可觀量的粗煤氣、焦油、焦炭?？梢?，本發(fā)明的工藝不僅能夠降低油氣和焦炭產(chǎn)品的原料成本，還可有效實(shí)現(xiàn)垃圾和生物質(zhì)的資源化利用，使得本發(fā)明既有可觀的經(jīng)濟(jì)效益又有一定的社會(huì)效益。由此，本發(fā)明的工藝不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)因不存在大規(guī)模的工業(yè)化設(shè)備而使低階煤、垃圾和生物質(zhì)應(yīng)用受限的問題，還有效克服了現(xiàn)有的搗固焦?fàn)t利用度低、焦化行業(yè)產(chǎn)能過剩的問題。
2、本發(fā)明提供的對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，優(yōu)選向低階煤與有機(jī)物成分的混合物中添加粘結(jié)劑，進(jìn)一步優(yōu)選粘結(jié)劑為在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％的有機(jī)粘結(jié)劑，使得粘結(jié)劑中的有效成分可促進(jìn)低階煤、垃圾和生物質(zhì)中的高分子聚合物在高溫下的降解，從而有助于提高低階煤、垃圾和生物質(zhì)原料的油氣產(chǎn)量，使油氣總量增產(chǎn)10％以上。并且在成型過程中，一定的壓力作用促使粘結(jié)劑將生物質(zhì)與低階煤、垃圾粘合，使得低階煤、垃圾和生物質(zhì)原料在高溫干餾過 程中產(chǎn)生的液體能夠滲入至粘結(jié)劑中，這樣有助于提高低階煤、垃圾和生物質(zhì)所產(chǎn)的焦炭的質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
本發(fā)明制得的成型料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(shí)施例中的低階煤以次煙煤或褐煤為例。在下述實(shí)施例中，wt％表示質(zhì)量百分含量，成型料的質(zhì)量＝((低階煤的質(zhì)量+生物質(zhì)的質(zhì)量+垃圾的質(zhì)量)×80％+粘結(jié)劑的質(zhì)量)，“kg/t成型料”指每噸成型料得到的產(chǎn)品的千克數(shù)，“nm3/t成型料”指每噸成型料得到的粗煤氣的體積換算成0℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的立方米數(shù)。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的對低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，包括如下步驟：
(1)將含水量為18wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；
(2)對生活垃圾進(jìn)行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機(jī)物成分，在110℃的無氧條件下對所述有機(jī)物成分進(jìn)行干燥處理直至含水量降低至25wt％；
(3)將步驟(2)得到的有機(jī)物成分與含水量為20wt％的次煙煤按質(zhì)量比4:6混合形成混合物，將所述混合物裝填至所述捆狀料的內(nèi)部，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的物料；所述次煙煤與所述捆狀料的質(zhì)量比為1：5；
(4)在50℃、15mpa的條件下將所述物料壓制成型，即制得含低階煤、垃圾與生物質(zhì)的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為2：1；
(5)將所述成型料推入搗固焦?fàn)t中進(jìn)行焦化處理，控制焦化溫度為1050℃，焦化時(shí)間為16小時(shí)，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時(shí)得到焦炭。
本實(shí)施例得到的粗煤氣的量為455nm3/t成型料，焦油的量為3kg/t成型料，焦炭的量為315kg/t成型料，以質(zhì)量計(jì)，其中焦炭中的固體碳含量不小于50％、揮發(fā)分含量不大于4％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的10％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的40％。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，包括如下步驟：
(1)將含水量為15wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.6m3的長方體狀捆狀料；
(2)對生活垃圾進(jìn)行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機(jī)物成分，在120℃的無氧條件下對所述有機(jī)物成分進(jìn)行干燥處理直至含水量降低至16wt％；
(3)將步驟(2)得到的有機(jī)物成分與含水量為15wt％的褐煤按質(zhì)量比5:5混合形成混合物，將所述混合物裝填至所述捆狀料的內(nèi)部，形成具有核 殼結(jié)構(gòu)的物料；所述褐煤與所述捆狀料的質(zhì)量比為1：3；
(4)在100℃、30mpa的條件下將所述物料壓制成型，即制得含低階煤與生物質(zhì)的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為4：1；
(5)將所述成型料推入搗固焦?fàn)t中進(jìn)行焦化處理，控制焦化溫度為950℃，焦化時(shí)間為18小時(shí)，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時(shí)得到焦炭。
本實(shí)施例得到的粗煤氣的量為430nm3/t成型料，焦油的量為30kg/t成型料，焦炭的量為320kg/t成型料，以質(zhì)量計(jì)，其中焦炭中的固體碳含量不小于50％、揮發(fā)分含量不大于5％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的10％，粒徑在25mm以上的顆粒總質(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的50％。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述的對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，包括如下步驟：
(1)將含水量為16wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；
(2)對生活垃圾進(jìn)行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機(jī)物成分，在115℃的無氧條件下對所述有機(jī)物成分進(jìn)行干燥處理直至含水量降低至22wt％；
(3)將步驟(2)得到的有機(jī)物成分與含水量為17wt％的次煙煤、粘結(jié)劑混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內(nèi)部，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的物料；
所述有機(jī)物成分與所述次煙煤的質(zhì)量比為7:3，所述次煙煤與所述粘結(jié) 劑的質(zhì)量比為9:1，所述次煙煤與所述捆狀料的質(zhì)量比為1：1，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(jī)粘結(jié)劑，在本實(shí)施例中所述有機(jī)粘結(jié)劑優(yōu)選為軟化點(diǎn)為120℃的煤瀝青；
(4)在70℃、20mpa的條件下將所述物料壓制成型，即制得含低階煤與生物質(zhì)的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為2.5：1；
(5)將所述成型料推入搗固焦?fàn)t中進(jìn)行焦化處理，控制焦化溫度為1000℃，焦化時(shí)間為20小時(shí)，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時(shí)得到焦炭。
本實(shí)施例得到的粗煤氣的量為490nm3/t成型料，焦油的量為5kg/t成型料，焦炭的量為365kg/t成型料，以質(zhì)量計(jì)，其中焦炭中的固體碳含量不小于50％、揮發(fā)分含量不大于4％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的30％，粒徑在25mm以上的顆粒總質(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的60％。
實(shí)施例4
本實(shí)施例所述的對含有低階煤、垃圾和生物質(zhì)的成型料進(jìn)行焦化的工藝，包括如下步驟：
(1)將含水量為16wt％的秸稈打包成捆，得到體積為0.5m3的長方體狀捆狀料；
(2)對生活垃圾進(jìn)行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機(jī)物成分，在120℃的無氧條件下對所述有機(jī)物成分進(jìn)行干燥處理直至含水量降低至19wt％；
(3)將步驟(2)得到的有機(jī)物成分與含水量為18wt％的褐煤、粘結(jié)劑混勻形成混合物，再將所述混合物裝填至所述捆狀料的內(nèi)部，形成具有核 殼結(jié)構(gòu)的物料；
所述褐煤與所述捆狀料的質(zhì)量比為1：2，所述有機(jī)物成分與所述褐煤的質(zhì)量比為6:4，所述粘結(jié)劑與所述褐煤的質(zhì)量之比為7:3，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(jī)粘結(jié)劑，在本實(shí)施例中所述有機(jī)粘結(jié)劑優(yōu)選為軟化點(diǎn)為125℃的石油瀝青；
(4)在20℃、40mpa的條件下將所述物料壓制成型，即制得含低階煤與生物質(zhì)的成型料，該成型料與捆狀料的密度之比為3：1；
(5)將所述成型料推入搗固焦?fàn)t中進(jìn)行焦化處理，控制焦化溫度為950℃，焦化時(shí)間為18小時(shí)，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時(shí)得到焦炭。
本實(shí)施例得到的粗煤氣的量為450nm3/t成型料，焦油的量為28kg/t成型料，焦炭的量為350kg/t成型料，以質(zhì)量計(jì)，其中焦炭中的固體碳含量不小于50％、揮發(fā)分含量不大于5％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的30％，粒徑在25mm以上的顆粒總質(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的60％。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。