本發(fā)明涉及一種采用搗固焦爐對含有低階煤和顆粒物的型煤進行焦化并回收煤瀝青的工藝，屬于低階煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化技術領域。
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。但目前的低階煤提質(zhì)技術均處于試驗研究和工程化初始應用階段，不存在使其大規(guī)模工業(yè)化應用的設備，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)化應用的設備。
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，其中對于垃圾衍生燃料技術而言，雖然該技術已在日、德、美等發(fā)達國家得到了產(chǎn)業(yè)化應用，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無法適用于我國的高濕混合垃圾，因此，應當針對我國的垃圾回收現(xiàn)狀，設計研發(fā)適合我國國情的垃圾資源化處理方法。
搗固焦爐是煤的焦化工藝中使用的大型化設備，其占地面積廣，投資基建費用大。煤焦化是以煤為原料經(jīng)高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、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，導致焦炭產(chǎn)品的需求量減少、價格下滑，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爐停止運行，而一旦焦爐停用便會報廢，那么為了保護斥巨資投建的搗固焦爐設備，就不得不在最低程度內(nèi)維持焦爐的運行，這樣不僅降低了搗固焦爐的利用度，還會造成焦化行業(yè)的產(chǎn)能過剩。因此，如何拯救瀕臨負增長的焦化產(chǎn)業(yè)，提高搗固焦爐的利用度，解決焦化行業(yè)產(chǎn)能過剩的問題已成為當前遏制焦化行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
綜上所述，在目前的形勢下如何能夠?qū)v固焦爐應用于低階煤、生物質(zhì)和垃圾的開發(fā)利用領域以使上述問題都得以迎刃而解，是困擾本領域技術人員的一個技術難題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)低階煤、生物質(zhì)和垃圾的大規(guī)模應用的缺陷及現(xiàn)有的搗固焦爐利用度低的問題，進而提供一種采用搗固焦爐對含有低階煤和顆粒物的型煤進行焦化并回收煤瀝青的工藝。
為此，本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術方案為：
一種對含有低階煤和顆粒物的型煤進行焦化并回收煤瀝青的工藝，包括：
(1)將生物質(zhì)原料干燥、粉碎，得生物質(zhì)粉體；將垃圾干燥、粉碎，得垃圾粉體；將所述生物質(zhì)粉體與所述垃圾粉體按質(zhì)量比為(5-7)：(3-5) 的比例混合并壓制成顆粒物，備用；
(2)將低階煤與有機粘結劑混合形成混合料，所述混合料經(jīng)粉碎后再與步驟(1)的顆粒物混勻形成低階煤原料，備用；
其中，所述有機粘結劑在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重小于50％，以質(zhì)量計所述顆粒物的加入量為所述低階煤原料質(zhì)量的20-50％；
(3)將所述低階煤原料與粉碎的中階煤、高階煤或中高階煤中的一種或幾種混合形成煤原料，對所述煤原料進行加壓處理得型煤；
(4)將步驟(3)的型煤推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦餅中心溫度為950-1050℃，焦化時間不小于16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油、粗苯的混合物，同時得到副產(chǎn)品焦炭；
(5)分離步驟(4)的混合物，得到粗煤氣、焦油和粗苯，并在300-450℃對所述焦油進行蒸餾，得煤瀝青。
所述顆粒物的密度為1.2-1.4g/cm3；在所述顆粒物中，所述生物質(zhì)粉體的含水率為13-17wt％，所述垃圾粉體的含水率為13-17wt％。
以質(zhì)量計，所述有機粘結劑的加入量為所述低階煤質(zhì)量的5-40％；所述有機粘結劑為軟化點大于100℃的瀝青質(zhì)。
所述瀝青質(zhì)為軟化點不小于120℃的煤瀝青或石油瀝青。
所述瀝青質(zhì)為高溫瀝青，以質(zhì)量計，所述高溫瀝青的固定碳含量在25％以上，碳氫比為8-11。
所述低階煤的g值小于50、揮發(fā)分含量大于40％。
所述低階煤原料的質(zhì)量為所述煤原料質(zhì)量的10-70％。
所述低階煤原料的質(zhì)量為所述煤原料質(zhì)量的40-60％。
所述顆粒物的加入量為所述低階煤原料質(zhì)量的20-35％。
所述焦化處理在搗固焦爐中進行；所述型煤原料在搗固設備中進行搗固成型；
所述煤瀝青的軟化點大于100℃、且在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重小于50％，將所述煤瀝青作為有機粘結劑回用于步驟(2)。
本發(fā)明所述的工藝采用的顆粒物可以是任意形狀的，其體積以不超過25cm3為宜。
本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點：
1、本發(fā)明提供的對含有低階煤和顆粒物的型煤進行焦化并回收煤瀝青的工藝，通過加入在850℃隔絕空氣條件下干餾失重小于50％的有機粘結劑，利用其粘結性將低階煤和由生物質(zhì)與垃圾所形成的顆粒物粘結成型，一方面可使低階煤和顆粒物能夠推入搗固焦爐中進行焦化處理，另一方面還使得低階煤和顆粒物焦化完成后的固體產(chǎn)物不易粉化，易于搗固焦爐的推焦，更重要的是上述有機粘結劑與低階煤和顆粒物混合后，有機粘結劑中的有效成分可促進低階煤、生物質(zhì)和垃圾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、生物質(zhì)和垃圾原料的油氣產(chǎn)量，使油氣總量增產(chǎn)10％以上。
并且，本發(fā)明的工藝通過將低階煤原料與非低階煤混合，使得低階煤原料在高溫焦化過程中產(chǎn)生的液體下滲至非低階煤中，有助于提高低階煤原料產(chǎn)生的焦炭的質(zhì)量。由此，本發(fā)明的工藝不僅解決了現(xiàn)有技術因不存在大規(guī)模的工業(yè)化設備而使低階煤、生物質(zhì)和垃圾應用受限的問題，還有效克服了現(xiàn)有的搗固焦爐利用度低、焦化行業(yè)產(chǎn)能過剩的問題。
本發(fā)明的工藝充分利用高溫干餾能使生物質(zhì)如農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈、可燃垃圾及可堆肥垃圾中的有機物轉(zhuǎn)換成油氣、且殘余物可用作化工焦的特性，通過在低階煤中嵌入適量由生物質(zhì)與垃圾所形成的顆粒物，不僅有利于在降低型煤生產(chǎn)成本的條件下仍能確保較高的油氣和焦炭產(chǎn)率，還可有效實現(xiàn)對生物質(zhì)和垃圾的資源化利用，減少因農(nóng)業(yè)廢棄物和垃圾的盲目焚燒所造成的環(huán)境污染，使得本發(fā)明的工藝既有可觀的經(jīng)濟效益又有一定的社會效益。
2、本發(fā)明提供的對含有低階煤和顆粒物的型煤進行焦化并回收煤瀝青的工藝，優(yōu)選有機粘結劑為軟化點不小于120℃的煤瀝青或石油瀝青，如此可提高低階煤、生物質(zhì)和垃圾原料焦化后的固體產(chǎn)物—焦炭的品質(zhì)，使得焦炭中的揮發(fā)分不大于3-4％，從而可用于發(fā)電、造氣以及其它化工目的。
經(jīng)測定，本發(fā)明回收的煤瀝青的軟化點大于100℃、且在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重小于50％，可作為有機粘結劑回用于本發(fā)明的所述工藝中。
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合。
本發(fā)明所述的工藝中的煤成分適用于所有的低階煤、中階煤、高階煤或中高階煤原料。為便于說明，下述實施例中的低階煤以次煙煤或褐煤為 例，非低階煤的煤原料以1/3焦煤或焦煤為例。為便于比較和說明，以下實施例中，wt％表示質(zhì)量百分含量，干煤的質(zhì)量＝(低階煤的質(zhì)量×75％+顆粒物的質(zhì)量×85％+非低階煤的質(zhì)量×90％+有機粘結劑的質(zhì)量)，“kg/t干煤”指每噸干煤得到的產(chǎn)品的千克數(shù)，“nm3/t干煤”指每噸干煤得到的粗煤氣的體積換算成25℃、1個標準大氣壓下的立方米數(shù)。
實施例1
(1)將秸稈干燥至含水率為15wt％并粉碎，得秸稈粉體；將可燃垃圾干燥至含水率為13wt％并粉碎，得垃圾粉體；將秸稈粉體和垃圾粉體按質(zhì)量比為7:3的比例混勻形成混合物，在20mpa下對所述混合物進行加壓處理并保壓1min，制得顆粒物，其密度為1.2g/cm3，體積為25cm3，備用；
(2)將次煙煤和有機粘結劑共同粉碎后再與步驟(1)的顆粒物混勻，形成低階煤原料，備用；
其中，次煙煤的g值為45，揮發(fā)份含量大于40％；有機粘結劑為在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為45％的煤瀝青，其軟化點為105℃；在該低階煤原料中，以質(zhì)量計，顆粒物的加入量為低階煤原料質(zhì)量的20wt％，有機粘結劑的加入量為次煙煤質(zhì)量的40wt％；
(3)將所述低階煤原料與粉碎的1/3焦煤混合形成煤原料，采用搗固設備對所述煤原料進行搗固成型，得到型煤；
以質(zhì)量計，低階煤原料的加入量為煤原料質(zhì)量的10wt％；
(4)將步驟(3)的型煤推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為1050℃，焦化時間為18小時，收集溢出的粗煤氣、焦油、粗苯的混合物，同時得到副產(chǎn)品焦炭；
(5)采用常規(guī)工藝分離步驟(4)的混合物，得到粗煤氣、焦油，并進一步從煤氣中分離出粗苯，在450℃對所述焦油進行蒸餾，得煤瀝青。經(jīng)測試，所述煤瀝青的軟化點為120℃、且其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％，故可將所述煤瀝青作為有機粘結劑回用于步驟(2)中。
在本實施例中，所述粗煤氣的量為450nm3/t干煤，所述焦油的量為46kg/t干煤，所述粗苯的量為12kg/t干煤，所述焦炭的量為640kg/t干煤，所述焦炭中的固體碳含量不小于80％、揮發(fā)分含量不大于2％，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95％。
實施例2
(1)將秸稈干燥至含水率為17wt％并粉碎，得秸稈粉體；將可燃垃圾干燥至含水率為15wt％并粉碎，得垃圾粉體；將秸稈粉體和垃圾粉體按質(zhì)量比為6:4的比例混勻形成混合物，在20mpa下對所述混合物進行加壓處理并保壓1min，制得顆粒物，其密度為1.3g/cm3，體積為25cm3，備用；
(2)將次煙煤與有機粘結劑共同粉碎后與步驟(1)的顆粒物混勻，形成低階煤原料，備用；
其中，次煙煤的g值為40，揮發(fā)份含量為50％；有機粘結劑為在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％的石油瀝青，其軟化點為120℃；在該低階煤原料中，以質(zhì)量計，顆粒物的加入量為低階煤原料質(zhì)量的35wt％，有機粘結劑的加入量為次煙煤質(zhì)量的5wt％；
(3)將所述低階煤原料與粉碎的焦煤混合形成煤原料，采用搗固設備對所述煤原料進行搗固成型，得到型煤；
以質(zhì)量計，低階煤原料的加入量為煤原料質(zhì)量的60wt％；
(4)將步驟(3)的型煤推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為1000℃，焦化時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油、粗苯的混合物，同時得到副產(chǎn)品焦炭；
(5)采用常規(guī)工藝分離步驟(4)的混合物，得到粗煤氣、焦油，并進一步從煤氣中分離出粗苯，在300℃對所述焦油進行蒸餾，得煤瀝青。經(jīng)測試，所述煤瀝青的軟化點為110℃、且其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為45％，故可將所述煤瀝青作為有機粘結劑回用于步驟(2)中。
在本實施例中，所述粗煤氣的量為455nm3/t干煤，所述焦油的量為40kg/t干煤，所述粗苯的量為11kg/t干煤，所述焦炭的量為630kg/t干煤，所述焦炭中的固體碳含量不小于80％、揮發(fā)分含量不大于2％，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?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的55％。
實施例3
(1)將秸稈干燥至含水率為15wt％并粉碎，得秸稈粉體；將可燃垃圾干燥至含水率為17wt％并粉碎，得垃圾粉體；將秸稈粉體和垃圾粉體按質(zhì)量比為5:5的比例混勻形成混合物，在20mpa下對所述混合物進行加壓處理并保壓1min，制得顆粒物，其密度為1.4g/cm3，體積為25cm3，備用；
(2)將褐煤與有機粘結劑共同粉碎后與步驟(1)的顆粒物混勻，形成低階煤原料，備用；
其中，褐煤的g值為0，揮發(fā)份含量為48％；有機粘結劑為在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為42％的高溫石油瀝青，其軟化點為125℃， 以質(zhì)量計該高溫石油瀝青中的固定碳含量為30％，碳氫比為8；在該低階煤原料中，以質(zhì)量計，顆粒物的加入量為低階煤原料質(zhì)量的30wt％，有機粘結劑的加入量為褐煤質(zhì)量的22.5wt％；
(3)將所述低階煤原料與粉碎的焦煤混合形成煤原料，采用搗固設備對所述煤原料進行搗固成型，得到型煤；
以質(zhì)量計，低階煤原料的加入量為煤原料質(zhì)量的40wt％；
(4)將步驟(3)的型煤原料推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為1025℃，焦化時間為20小時，收集溢出的粗煤氣、焦油、粗苯的混合物，同時得到副產(chǎn)品焦炭；
(5)采用常規(guī)工藝分離步驟(4)的混合物，得到粗煤氣、焦油，并進一步從煤氣中分離出粗苯，在375℃對所述焦油進行蒸餾，得煤瀝青。經(jīng)測試，所述煤瀝青的軟化點為105℃、且其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為45％，故可將所述煤瀝青作為有機粘結劑回用于步驟(2)中。
在本實施例中，所述粗煤氣的量為440nm3/t干煤，所述焦油的量為38kg/t干煤，所述粗苯的量為11kg/t干煤，所述焦炭的量為660kg/t干煤，所述焦炭中的固體碳含量不小于80％、揮發(fā)分含量不大于2％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的65％，粒徑在25mm以上的顆?？傎|(zhì)量為焦炭總質(zhì)量的90％。
實施例4
(1)將秸稈干燥至含水率為13wt％并粉碎，得秸稈粉體；將可燃垃圾干燥至含水率為15wt％并粉碎，得垃圾粉體；將秸稈粉體和垃圾粉體按質(zhì)量比為7:3的比例混勻形成混合物，在20mpa下對所述混合物進行加壓處理 并保壓1min，制得顆粒物，其密度為1.3g/cm3，體積為25cm3，備用；
(2)將褐煤與有機粘結劑共同粉碎后與步驟(1)的顆粒物混勻，形成低階煤原料，備用；
其中，褐煤的g值為0，揮發(fā)份含量為55％；有機粘結劑為在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為47％的高溫煤瀝青，其軟化點為130℃，以質(zhì)量計該高溫煤瀝青中的固定碳含量為35％，碳氫比為11；在該低階煤原料中，以質(zhì)量計，顆粒物的加入量為低階煤原料質(zhì)量的25wt％，有機粘結劑的加入量為褐煤質(zhì)量的15wt％；
(3)將所述低階煤原料與粉碎的1/3焦煤混合形成煤原料，采用搗固設備對所述煤原料進行搗固成型，得到型煤；
以質(zhì)量計，低階煤原料的加入量為煤原料質(zhì)量的70wt％；
(4)將步驟(3)的型煤推入焦爐內(nèi)進行焦化處理，控制焦化溫度為950℃，焦化時間為18小時，收集溢出的粗煤氣、焦油、粗苯的混合物，同時得到副產(chǎn)品焦炭；
(5)采用常規(guī)工藝分離步驟(4)的混合物，得到粗煤氣、焦油，并進一步從煤氣中分離出粗苯，在350℃對所述焦油進行蒸餾，得煤瀝青。經(jīng)測試，所述煤瀝青的軟化點為125℃、且其在850℃隔絕空氣條件下的干餾失重為40％，故可將所述煤瀝青作為有機粘結劑回用于步驟(2)中。
在本實施例中，所述粗煤氣的量為430nm3/t干煤，所述焦油的量為47kg/t干煤，所述粗苯的量為12kg/t干煤，所述焦炭的量為630kg/t干煤，所述焦炭中的固體碳含量不小于80％、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％。
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。