一种特质气化原料及其生产工艺和应用

技术领域

本申请涉及一种特质气化原料及其生产工艺和应用，属于冶金、煤化工技术领域。

背景技术

随着煤炭加工的深度和广度都在快速发展，煤泥的产量也呈现明显上升趋势。数据显示，2021年，我国煤泥产量从2014年的16861万吨增长至20961万吨。预计未来随着产量保持较为稳定的增长态势，煤泥的产量也将随之增长。

但从现有的利用领域来看，目前我国煤泥主要用于燃烧，与动力煤形成了一定竞争关系，但总体处于弱势，其市场价格受动力煤、火电市场需求影响较大。同时由于热值相对较低，运输成本高，在煤炭市场供给过剩仍然存在的形式下，行业的利用率虽然一直在提高，但总体处于低位。由此可见，我国煤泥的综合利用是迫切需要解决的课题。

目前国内外的煤气化技术主要分三类：第一类是固定床气化技术：包括固定床常压间歇气化(以UGI气化技术为代表)和固定床加压气化(主要有鲁奇及改进型的干法排灰碎煤加压气化工艺和BGL碎煤熔渣气化工艺)；第二类是流化床气化技术，主要包括(1)流化床常压气化：以U-gas气化工艺、灰熔聚气化工艺为代表；(2)流化床加压气化：以高温温克勒气化工艺、KBR-TRIG气化工艺为代表。第三类是气流床加压气化：分为水煤浆加压气化技术和干煤粉加压气化技术，其气化流程又分为激冷流程、废锅流程和半废锅流程三大类；其中水煤浆气化技术国内以华理多喷嘴气化技术为代表，国外以GE气化为代表，水煤浆气化技术多采用激冷流程，近年来已有项目开始采用华理和GE的半废锅流程，废锅流程以SHELL工艺技术为代表，激冷流程的干煤粉气化技术在国际上以科林CCG、GSP和SHELL下行水激冷等气化工艺为代表，在国内以宁煤炉、HT-L粉煤加压气化技术为代表。

上述各种煤气化技术用原料主要采用褐煤、烟煤、无烟煤，煤气化原料成本高，并未有大量对煤泥进行回收利用以生产特质气化原料的案例。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种特质气化原料及其生产工艺和应用，以煤泥和动力煤为原料，制备的新型特质气化原料能够替代传统煤种进入固定床气化炉气化制气，既能够实现对煤泥的回收利用，又拓宽了煤气化技术用原料的选择渠道，其生产的高浓度粗煤气能够作为化肥、化工的基础原料被广泛使用，因此具有巨大的经济价值。

根据本申请的一个方面，提供了一种特质气化原料，包括煤泥和动力煤，所述煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的5wt％-40wt％。

煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物，其种类来源于炼焦煤选煤厂的浮选尾煤和煤水混合物产出的煤泥，80年代以前，煤泥是普通百姓的主要生活燃料。为了便于储存和使用，一般用煤泥掺加少量的黄土制成煤砖和蜂窝煤。

本申请采用煤泥作为特质气化原料的组分，能够实现对煤泥的综合利用，扩大煤泥的使用途径、降低煤泥的回收处理成本，将该煤泥与动力煤结合制备的特质气化原料，两种原料结合性好，制备的特质气化原料均匀，利于气化；且生产成本低，适用于大批量生产使用；同时提高特质气化原料的热强度。

可选地，所述煤泥的水分含量为12wt％-15wt％，灰分含量为20wt％-32wt％，热值为12.5-20MJ/kg；优选的，所述煤泥的挥发分含量为15wt％-25wt％。

上述煤泥中水分含量的高低对煤泥和电煤的掺混效果影响很大，对特质气化原料的生成也有很大影响，在上述范围内其含量越低越好，若是水分含量过高，导致煤泥的可利用价值低，很难实现工业利用；灰分含量能够影响特质气化原料的发热量，若灰分过高，则发热量低，利用价值低，因此在此范围内灰分越低越好，灰分越低，发热量越高，利用价值越高；热值是反映特质气化原料重要性能指标，热值高说明可利用率高，效率高，热值低说明可利用率低，效率低；挥发分一般由H

可选地，所述煤泥的粒径为150-300目；

优选的，粒径小于200目的煤泥占全部煤泥的比例为70-90％。

上述煤泥的粒径能够保证与动力煤充分的混合，提高与动力煤的接触面积，有利于特质气化原料的生成。

可选地，所述动力煤的发热量为Qb5000-Qb7000。该范围发热量的动力煤和煤泥掺混，可以冶炼出性能稳定、优异的特质气化原料。发热量过高，将会使得动力煤的价格升高，冶炼成本上升，不利于工业化生产，过低则不能实现和煤泥掺混进行冶炼成适合气化的特质气化原料。

可选地，所述动力煤的挥发分含量为25-32wt％，灰分含量为5-25wt％，水分含量为3.5-8.5wt％，灰熔点为1100-1500℃，硫含量低于2.5％。

挥发份是判明动力煤着火特性的首要指标，含量越高，着火越容易，含量越低越不容易着火；灰分含量会影响发热量，灰分过高，则发热量低，利用价值低，灰分越低，则发热量越高，利用价值越高；水分含量的高低对煤泥和电煤的掺混效果影响很大，对特质气化原料的生成也有很大影响，含量越低越好；在灰熔点下煤泥和电煤掺混冶炼气化焦，灰熔点不是控制指标。焦饼成熟中心的温度在600-700℃，达不到灰熔点温度，故而在煤泥和电煤掺混的冶炼中形成的是特质气化原料，而不是烧成了灰。

硫属于有害杂质，其对设备的腐蚀性会增加，因此将硫含量限定为小于2.5％能够降低该特质气化原料在生产及使用中对设备的影响，并且其还能够降低该特质气化原料生成的杂质气体H

可选地，所述特质气化原料的热强度为47-53，热反应性为31.5-35。

根据本申请的另一个方面，提供了上述任一项所述的特质气化原料的生产工艺，包括下述步骤：

(1)将所述煤泥和动力煤掺混得到混煤；

(2)将所述混煤制成焦饼，对所述焦饼进行冶炼，冷却后得到所述特质气化原料。

可选地，步骤(2)的冶炼中，焦饼的成熟中心温度为600-700℃，立火道的温度为1100-1150℃，冶炼时间为15-20h。

混煤利用捣固机捣固成煤饼，再利用推煤机推进焦炉炭化室进行冶炼，而成特质气化原料，是经焦炉冶炼而成的半焦。立火道温度是指焦炉燃烧室的温度，焦饼的成熟中心温度是指炭化室中特质气化原料的中心温度。焦饼的尺寸根据炭化室的尺寸决定，可以设置为14900mm*5200mm*470mm。

可选地，所述步骤(2)的冶炼中形成焦炉煤气干组分，所述焦炉煤气干组分包括H

根据本申请的又一个方面，提供了上述任一项所述的特质气化原料的应用，所述特质气化原料用于生产粗煤气。

可选地，特质气化原料用于生产粗煤气的步骤为：将所述特质气化原料置于固定床气化炉中，在1150℃-1350℃和常压下进行气化，即得所述粗煤气；

优选的，所述粗煤气中H

更优选的，所述粗煤气中H

上述特质气化原料在高温和常压下进行气化，能够提高粗煤气中H

1、水蒸气转化反应：C+H

2、水煤气变换反应：CO+H

3、部分氧化反应：C+0.5O

4、还原反应：C+CO

优选的，所述粗煤气中H

可选地，固定床气化炉可以采用常压间歇或常压富氧的方式。

本申请的有益效果包括但不限于：

1.根据本申请的特质气化原料，以煤泥和动力煤为原料，替代了传统煤种进入固定床气化炉气化制气，拓宽了煤气发生炉的原料选择渠道，并诞生了一种新的制气途径，从而意义重大且具有巨大的经济价值，可以广泛应用。

2.根据本申请的特质气化原料，经过气化能够生产出高浓度的有效气体：H

3.本申请特质气化原料的冶炼中产生焦炉煤气干组分，该焦炉煤气干组分能够被回收利用，例如可以做工业燃料，也可以进行焦炉煤气制甲醇、低温分离制LNG、焦炉煤气制氢联产管道天然气(PNG)等等，可充分利用煤泥和动力煤的资源，实现资源的循环使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例1涉及的工艺流程示意图。

图2为本申请实施例1涉及的“掺混煤块在马弗炉内燃烧”照片。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

实施例1

本实施例涉及一种特质气化原料及其生产工艺，该特质气化原料由煤泥和动力煤组成，其中煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的20wt％，煤泥的水分含量为12.9wt％、灰分含量为20wt％、热值为20MJ/kg、挥发分含量为17wt％、硫含量为0.75％，且煤泥的粒径为150-300目，其中粒径小于200目的煤泥占全部煤泥的比例为80％；动力煤的发热量为Qb5000，挥发分含量为25wt％，灰分含量为17wt％，水分含量为8.5wt％，灰熔点为1420℃，硫含量为0.9％。

参考图1，上述特质气化原料的生产工艺包括下述步骤：

(1)将煤泥和动力煤掺混得到混煤；

(2)将所述混煤制成尺寸为14900mm*5200mm*470mm的焦饼，参考图2，对所述焦饼进行冶炼，冶炼中焦饼的成熟中心温度为700℃，立火道的温度为1150℃，冶炼时间为18h，冷却后得到所述特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例2

本实施例涉及一种特质气化原料及其生产工艺，该特质气化原料由煤泥和动力煤组成，其中煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的5wt％，煤泥的水分含量为15wt％、灰分含量为32wt％、热值为20MJ/kg、挥发分含量为15wt％、硫含量为0.75％，且煤泥的粒径为150-300目，其中粒径小于200目的煤泥占全部煤泥的比例为70％；动力煤的发热量为Qb5000，挥发分含量为25wt％，灰分含量为25wt％，水分含量为8.5wt％，灰熔点为1500℃，硫含量为0.9％。

上述特质气化原料的生产工艺包括下述步骤：

(1)将煤泥和动力煤掺混得到混煤；

(2)将所述混煤制成尺寸为14900mm*5200mm*470mm的焦饼，对所述焦饼进行冶炼，冶炼中焦饼的成熟中心温度为600℃，立火道的温度为1100℃，冶炼时间为20h，冷却后得到所述特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例3

本实施例涉及一种特质气化原料及其生产工艺，该特质气化原料由煤泥和动力煤组成，其中煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的40wt％，煤泥的水分含量为12wt％、灰分含量为25wt％、热值为12.5MJ/kg、挥发分含量为25wt％、硫含量为0.75％，且煤泥的粒径为150-300目，其中粒径小于200目的煤泥占全部煤泥的比例为90％；动力煤的发热量为Qb7000，挥发分含量为32wt％，灰分含量为5wt％，水分含量为3.5wt％，灰熔点为1100℃，硫含量为0.62％。

上述特质气化原料的生产工艺包括下述步骤：

(1)将煤泥和动力煤掺混得到混煤；

(2)将所述混煤制成尺寸为14900mm*5200mm*470mm的焦饼，对所述焦饼进行冶炼，冶炼中，焦饼的成熟中心温度为700℃，立火道的温度为1150℃，冶炼时间为15h，冷却后得到所述特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，煤泥的水分含量为20wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，煤泥的灰分含量为28wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，煤泥的热值为10MJ/kg，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于，煤泥的挥发分含量为28wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例8

本实施例与实施例1的区别在于，煤泥的粒径为150-300目，其中粒径小于200目的煤泥占全部煤泥的比例为20％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例9

本实施例与实施例1的区别在于，动力煤的发热量为Qb4500，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例10

本实施例与实施例1的区别在于，动力煤的挥发分含量为35wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例11

本实施例与实施例1的区别在于，动力煤的灰分含量为30wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例12

本实施例与实施例1的区别在于，动力煤的水分含量为10wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

实施例13

本实施例与实施例1的区别在于，动力煤的灰熔点为1550℃，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的2wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，煤泥占全部煤泥和动力煤总重量的50wt％，其余条件与实施例1相同，得到特质气化原料，并收集冶炼过程中产生的焦炉煤气干组分。

测试例1

对上述实施例及对比例中制得的特质气化原料进行性能分析，具体见下表1。

表1

根据表1的数据可知，随着煤泥水分含量增大、灰分增大、热值降低、挥发分含量增大、粒径变大和动力煤发热量降低、挥发分含量增大、灰分含量增大、水分含量增大、灰熔点升高，特质气化原料的粘结指数G值、胶质层指数Y值/mm、热强度、热反应性等性能呈逐渐下降的趋势。

测试例2

对上述实施例及对比例中收集的焦炉煤气干组分进行成分分析，具体结果见下表2，表2中均为体积百分比。

表2

根据表2的数据可知，随着煤泥水分含量增大、灰分增大、热值降低、挥发分含量增大、粒径变大和动力煤发热量降低、挥发分含量增大、灰分含量增大、水分含量增大、灰熔点升高，焦炉煤气干组分中的H

测试例3

将上述实施例及对比例中制得的特质气化原料置于固定床气化炉中，在1150℃和常压下进行气化，得到粗煤气，对粗煤气的湿基组分进行分析，具体见下表3，表3中均为体积百分比。

表3

根据表3的数据可知，随着煤泥水分含量增大、灰分增大、热值降低、挥发分含量增大、粒径变大和动力煤发热量降低、挥发分含量增大、灰分含量增大、水分含量增大、灰熔点升高，固定床气化炉湿煤气干组分中的有效气体H

测试例4

将实施例1中制得的特质气化原料置于固定床气化炉中，在1350℃和常压下进行气化，得到粗煤气，对粗煤气的组分进行分析，具体见下表4，表4中均为体积百分比。从表4中可以看到随着温度的升高，有效气体CO+H

表4

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。