焦油渣配煤的炼焦试验_煤炭

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焦油渣配煤的炼焦试验

作者：佚名发布时间：1970-01-01

在炼焦过程中，荒煤气在集气管和初冷器冷却后，高沸点的有机化合物被冷凝成焦油。与此同时，煤气中夹带的煤粉、半焦、石墨和灰分也混杂在煤焦油中，形成大小不等的团块，这些团块称为焦油渣。焦油渣的数量与炼焦煤料的水分、粉碎程度、装煤方法和装煤时间等有关。一般焦油渣约占炼焦干煤的0.05%～0.07%，主要从机械化焦油氨水澄清槽中分离出来。焦油渣含有苯类等多种致癌物质，若直接外排，不仅会污染大气环境，而且经地表渗入地下后，还会污染地下水源。多年来，没有较合适的方法来处理焦油渣，致使焦油渣堆积在焦化厂内，既占地，又污染环境。随着环保要求的日益严格，焦化厂为创建节能环保型企业，也必须积极治理废水、废气和废渣。同时，由于焦化工艺的特殊性，“三废”又是困扰焦化企业的生存与可持续发展的重要因素。对于焦油渣的综合利用，虽然已有不少研究报道，但提出的方法都存在工艺过程较复杂等问题。因此，进一步研究解决焦油废渣的处理方法，使之能够在焦化工艺内实现闭路循环，具有重要意义。

1 20kg实验焦炉的配焦油渣炼焦实验

1.1 原料

实验用焦油渣取自湘潭某焦化公司的焦油渣废弃场，其物理化学性质见表1。炼焦原料煤取自该公司的原料煤场，其工业分析见表2。

表1 焦油渣的物理化学性质

FC_d,%	V_daf,%	A_d,%	S_t,d,%	G,%	气孔率，％	密度，g/cm³
60	32	4	0.1	80	63	1.27

表2 原料煤的工业分析

煤种	A_d,%	V_daf,%	S_t,d,%	G,%
气煤	8.56	35.41	0.62	65
肥煤	9.58	28.36	0.76	93
焦煤	10.38	20.85	0.53	89
1/3焦煤	6.65	30.79	0.64	82
瘦煤	9.28	14.03	0.47	22

1.2 实验装置及分析方法

20kg实验焦炉及其配套的原料煤粉碎装置，煤质、强度分析测试装置；粉碎焦油渣用蕾蒙粉碎机。原料煤及焦炭试样的采取和制备严格按照GB1997-89进行。

1.3 焦油渣添加的可行性分析

在炼焦的热解过程中，由于瘦煤的挥发分低，热解时析出的气体少，产生的液态物能够转化为胶质状态的少，但焦油渣在该过程可形成大量的气体及胶质体，把分子量较大的固态物质包围起来，形成气、液、固三相共存的胶质体，抵消了瘦煤粘结性相对较差的弱点。而在形成半焦过程中，液相膜外表开始固化，中间仍为胶质体，内部为没有变化的瘦煤及胶质体混合物，在半焦壳出现裂纹后流出，这些胶质又发生固化，形成新的半焦层，最后转变为半焦。在半焦收缩过程中，焦油渣挥发分高，收缩量相对较大，而瘦煤挥发分低，胶质体数量极少，半焦收缩过程平缓，收缩量极低，所以在配煤炼焦过程中，瘦煤和焦油渣在成焦的每个过程中，都能互相弥补缺限，大大降低了对焦炭强度的影响。可见，在配煤炼焦时，适量添加焦油渣是可行的。

1.4 配煤比的选择及实验方案设计

由焦油渣的理化性质及炼焦煤的性质可知，焦油渣在配煤中的作用近似于1/3焦煤在结焦过程中所起到的作用，主要起粘结组分的作用，在结焦过程中形成大量的液相产物，使塑性体内的液相量增加。因此，焦油渣掺入配煤炼焦需要考虑如下原则：一是配煤中的瘦煤要有富余；二是焦油渣的添加量要适中。

根据上述原则，将具体设计的配煤方案及各方案配煤煤质情况列于表3。设计的第1组实验配煤方案（表3中的方案1、2、3)是在该公司生产二级冶金焦配煤方案的基础上，适当调整的配煤比，用添加3％焦油渣来替换3%的 1/3焦煤，进行焦油渣配煤的可行性实验；设计的第2组实验配煤方案（表3中的方案4、5、6）是优化焦油渣的粒度实验，焦油渣的添加量保持3%不变，改变焦油渣的粒度，观察焦炭质量的变化情况；设计的第3组实验配煤方案（表3中的方案7、8、9、10、11)是寻找焦油渣的最佳添加量，以逐步减少1/3焦煤的配入量，增加焦油渣配入量，观察其对焦炭质量的影响程度。

表3 焦油渣配煤方案及配煤煤质的分析结果

方案序号	配煤比，％						配煤的煤质，％
方案序号	气煤	肥煤	焦煤	1/3焦煤	瘦煤	焦油渣	A_d	V_daf	S_t,d	G	细度
空白	40	15	10	25	10	－	8.49	29.66	0.62	71.6	86.8
方案1	40	15	10	22	10	3	8.41	29.70	0.61	71.5	85.9
方案2	35	15	15	22	10	3	8.50	28.91	0.60	72.7	86.2
方案3	30	15	20	22	10	3	8.59	28.18	0.60	73.9	86.5
方案4	40	15	10	22	10	3	8.41	29.65	0.61	71.5	86.4
方案5	35	15	15	22	10	3	8.50	28.90	0.60	72.7	87.1
方案6	30	15	20	22	10	3	8.59	28.18	0.60	73.9	87.1
方案7	40	15	10	23	10	2	8.44	29.63	0.61	71.5	87.4
方案8	40	15	10	22	10	3	8.41	29.64	0.61	71.5	85.9
方案9	40	15	10	21	10	4	8.38	29.65	0.60	71.4	86.7
方案10	40	15	10	20	10	5	8.36	29.66	0.60	71.4	88.3
方案11	40	15	10	19	10	6	8.33	29.67	0.59	71.4	89.2

1.5 焦炭质量分析

炼焦实验操作时，严格按照实验焦炉的操作规程进行，规范熄焦方法，控制焦炭水分。各组实验所得焦炭质量及筛分组成见表4。

表4 各方案焦炭质量及筛分组成

方案序号	工业分析，％			机械强度，％		成焦率％	筛分组成，kg				＞60mm块焦率％
方案序号	A_d	V_daf	S_t,d	M₄₀	M₁₀	成焦率％	＞60 mm	60～40mm	40～25mm	25～1mm	＞60mm块焦率％
空白	13.57	1.28	0.54	87.66	8.15	66.3	7.3	4.4	1.2	0.8	65.1
方案1	13.40	1.15	0.50	87.85	8.27	68.1	7.6	4.9	1.0	1.1	86.9
方案2	13.44	1.92	0.52	88.47	8.36	67.8	7.4	5.5	1.0	1.4	79.5
方案3	13.36	2.17	0.51	88.75	8.46	67.5	7.2	4.9	0.9	1.6	72.1
方案4	13.42	1.09	0.52	80.26	9.30	65.4	5.2	6.1	3.2	4.5	51.2
方案5	13.38	1.53	0.51	85.15	8.34	67.9	7.1	5.2	1.7	1.7	77.5
方案6	12.42	2.15	0.50	88.79	8.26	68.2	8.0	5.8	1.4	1.4	85.5
方案7	13.41	1.05	0.51	87.92	8.24	67.4	6.9	7.1	1.1	1.3	67.5
方案8	13.45	1.12	0.52	87.96	8.33	67.8	8.8	6.1	1.0	1.5	84.0
方案9	13.34	1.87	0.51	88.14	8.44	69.0	8.2	4.9	1.2	1.6	84.9
方案10	13.21	1.04	0.52	90.05	8.49	70.2	9.2	5.2	0.9	1.3	85.5
方案11	13.17	1.01	0.49	87.01	9.98	71.1	4.0	4.6	3.2	5.1	55.1

注：为保证实验的准确性，每组方案均做两炉平行实验，表中数据即为两炉平行实验结果的平均值。

2 实验结果分析

2.1 添加焦油渣对焦炭质量的影响

根据焦炭的破碎特性，可分为体积破碎和表面破碎，体积破碎主要与焦炭的抗碎强度有关，表面破碎则主要与焦炭的耐磨强度有关。而破碎又是由裂纹引起的，要减少焦炭的裂纹，就必须改善配煤的煤质，在配煤的煤质受到一定的制约时，添加焦油渣就会起到降低和缓解焦炭因收缩而引起的裂纹。适量加入焦油渣后，焦炭的体积破碎率下降，表观反映就是焦炭的块度和抗碎强度增加。当然，添加焦油渣也有不利之处，这主要是因为焦油渣在热裂解过程中，虽然会产生相当数量的胶质体，但胶质体的粘稠度小，不利于对“变形煤粒”的粘结，会使焦炭的耐磨性变差（即M₁₀指标增加）。因此，在焦油渣配煤炼焦时，必须充分考虑配煤的煤质情况，进行适量的添加。

在方案1、2、3中添加3％焦油渣，且添加的焦油渣事先单独进行了粉碎，使焦油渣的粒度＜0.2mm的占80%后再掺入配煤中炼焦。根据表3的配煤煤质及表4的炼焦实验结果看，其成焦率均比空白方案有所增加，块焦率大为增加，焦炭的抗碎性能（用M₂₅表征）也有所提高，耐磨指标（用M₁₀表征）总体有所上升（即指标变差），与上述理论基本一致，且焦炭质量指标仍能满足二级冶金焦标准。因此，添加适量的焦油渣进行炼焦是可行的。

2.2 焦油渣粒度的影响

方案4中的焦油渣没有进行单独粉碎，直接代替了3%的1/3焦煤，与其他煤配合后一起粉碎。从表4的实验结果可看出，按方案4炼得焦炭的强度比常规方案下降得较多。因此，说明用焦油渣配煤炼焦时，焦油渣必须先进行单独粉碎，再与煤配合后炼焦。

方案5与方案6的焦油渣添加量仍为3%，但焦油渣事先进行了单独粉碎，且焦油渣粒度＜3mm的占100%。其中，方案5中的焦油渣粒度＜0. 2mm的占30%, 方案6中的焦油渣粒度＜0. 2mm的占85%。从表3可看出，就配煤的煤质情况而言，方案6比方案5稍差，但从表4的实验结果来看，由方案6炼制的焦炭质量反而比方案5的焦炭好。

综上所述，焦油渣的粒度对配煤炼焦的影响较大，故应将焦油渣粉碎至0. 2mm左右的占85％。

2.3 焦油渣的添加量

以湘潭某焦化公司的常规配煤方案（即实验中的空白方案）为基准，在方案7～11中，逐步减少了1/3焦煤的配入量，增加了焦油渣的配入量，并将焦油渣细度控制在0.2mm左右的占85%。配煤实验情况及炼焦结果见表3、表4。由表4可以看出，根据配煤的煤质情况，适量添加焦油渣后炼制的焦炭，其块度随焦油渣的加入量而增加，基本上呈增大趋势，焦炭质量的抗碎强度也有所增加。当焦油渣的添加量达6％时，所得焦炭的耐磨强度与常规配煤方案（方案1)相比下降得较多。因此，焦油渣的添加量不宜超过5%，以3%～5％为宜。

3 工业性对比试验

根据20kg实验焦炉的实验结果，并结合该公司的实际情况，在工业焦炉（66-III型）上进行了3方案6组的小铁箱配煤炼焦的工业性对比试验。在这3个方案中，焦油渣掺入的比例分别为3％、4%、5%。先将焦油渣用球磨机磨碎，焦油渣粒度≤0. 2mm的占85%, ≤ 3mm的占100%，再按比例与炼焦煤配合。小铁箱采用4mm钢板制作，装炼焦配煤70kg左右。选定在焦炉炭化室出焦后、装煤前进行试验，用人工方式将盛满焦油渣配煤的密封小铁箱推入炭化室中，焦饼中心温度1050±50℃，结焦时间为9 h 30min左右。工业性对比试验的配煤方案及配煤的煤质数据见表5，所得焦炭质量及粒度组成见表6。

表5 工业性对比试验的配煤方案及配煤煤质

试验方案	配煤比，％						配煤的煤质，％
试验方案	气煤	肥煤	焦煤	1/3焦煤	瘦煤	焦油渣	A_d	V_daf	S_t,d	G	细度
方案1	40	15	10	25	10	－	8.49	29.66	0.62	71.6	86.8
方案1	40	15	10	22	10	3	8.41	29.64	0.61	71.5	85.9
方案2	40	15	10	25	10	－	8.49	29.66	0.62	70.6	86.8
方案2	40	15	10	21	10	4	8.38	29.65	0.60	70.4	86.7
方案3	40	15	10	25	10	－	8.49	29.66	0.61	71.5	86.8
方案3	40	15	10	20	10	5	8.36	29.66	0.62	71.6	88.3

表6 添加焦油渣后焦炭质量及粒度组成

试验方案	工业分析，％			机械强度，％		成焦率％	粒度组成，％		平均粒度 mm
试验方案	A_d	V_daf	S_t,d	M₂₅	M₁₀	成焦率％	＞60mm	＜25mm	平均粒度 mm
方案1	13.62	1.47	0.55	88.71	8.07	64.9	55	15	51.3
方案1	13.51	1.52	0.52	89.84	8.41	67.8	57	13	52.4
方案2	13.46	1.68	0.54	88.43	8.35	64.7	54	16	50.8
方案2	13.41	1.82	0.53	89.85	8.48	68.6	59	14	51.9
方案3	13.58	1.53	0.54	88.21	8.26	65.9	56	16	50.1
方案3	13.32	1.64	0.52	89.26	8.57	69.1	58	15	51.2

由表5和表6可看出，在工业性对比试验中，添加3%～5％的焦油渣后，成焦率提高了3％左右，焦炭的大块焦率也明显增加，M₂₅提高了1%左右，M₁₀有所增加，但增加值不大，焦炭质量指标基本能满足二级冶金焦的标准。

工业焦炉的试验结果与20kg实验焦炉的实验结果基本一致，由此可见，在散装及顶装煤的工业焦炉上进行焦油渣配煤炼焦是可行的。

4 结论

（1）在顶装煤的炼焦工艺条件下，添加3%～5％焦油渣代替1/3焦煤进行配煤炼焦，在技术上是可行的。

（2）焦油渣掺入配煤中炼焦，可明显增加焦炭的块焦率；另外，为保证焦炭的质量，控制焦油渣的粒度至关重要。

（3）采用焦油渣配煤炼焦，既解决了焦化厂焦油带来的环境污染问题，又节省了煤源，达到了能源的二次利用，由于焦油渣可替代部分1/3焦煤，为焦化厂提供了降本增效的新途径。

（4）焦油渣配煤炼焦技术具有一定的实用价值，但在实际应用中，其存在的主要问题是配煤工艺设备的选择，即选择合理的焦油渣研磨设备是保证焦油渣达到规定粒度指标要求的关键。

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