CN106433839A - 长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其应用 - Google Patents

长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其制备方法和应用。本发明高温粘结剂的制备方法包括：(1)将粘结性煤粉碎；(2)向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS2/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离，得到萃取液；(3)萃取液中加入木质素和浓硫酸，搅拌均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应；(5)反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。本发明通过加入CS2/NMP有机溶剂将粘结性煤中含有2～3个芳环的醇类的小分子提取出来，将其与木质素进行交联反应，形成分子量适中的高温粘结剂，该高温粘结剂能够大幅提高毫无粘结性的长焰煤与生石灰球团热解后的强度，使其满足入电石炉冶炼的要求。

Description

长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其应用
技术领域
本发明涉及长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其制备方法，本发明进一步涉及所述高温粘结剂在提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度中的应用，属于长焰煤与生石灰混合球团的制备领域。
背景技术
长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，是煤化程度仅高于褐煤的最年轻的烟煤，从无粘结性到弱粘结性都有。煤的粘结性是指，烟煤在隔绝空气的条件下加热时，煤中的有机质大分子受热分解，形成气、液、固三相共存的混合物，称为胶质体，胶质体粘结其本身或外来惰性物质的能力，称之为煤的粘结性。对于粘结性强的煤，胶质体中液态产物多且流动性适宜，既能较好地充入固体颗粒间隙又有一定粘度，此时，胶质体透气性差，胶质体中的气态产物不能自由析出，因此出现膨胀现象，随着温度升高，胶质体中的液态产物产生进一步分解。一部分热解产物呈气态继续析出；另一部分则与固态颗粒融为一体，热缩聚而固化，生成高强度的半焦。对于无粘结性或者弱粘结性煤，胶质体中的液态产物很少，远远不能充满固态颗粒间隙甚至不能浸润固态颗粒表面，则气态产物自由析出，固体颗粒各自分散，生成的半焦强度很差。
目前，对于毫无粘结性的长焰煤而言，其与生石灰的成型球团经过热解以后，强度很差。怎么维持其与生石灰混合球团热解以后的高温强度，相关文献上未有研究。
生石灰遇水以后会发生激烈的反应，生成氢氧化钙，因此所有需要加水的粘结剂不适用于长焰煤与生石灰的成型，而对于无需加水的有机粘结剂而言，其所耐的温度太低，无法达到700℃～900℃的高温，并且粘结剂的成本太高。毫无粘结性的长焰煤与生石灰的混合球团，热解以后，球团的抗压强度很差，亟待改进。
发明内容
为了解决无粘结性的长焰煤与生石灰的混合球团热解以后球团所存在的抗压强度很差等问题，本发明提供了一种复合高温粘结剂，应用该复合高温粘结剂能够有效的提高长焰煤与生石灰球团的高温强度。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂，该高温粘结剂的制备方法包括：(1)将粘结性煤粉碎；(2)向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS2/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离，得到萃取液；(3)萃取液中加入木质素和浓硫酸，搅拌均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应；(5)反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。
在一些优选的实施方案中，步骤(1)所述的粉碎是将粘结性煤粉碎至粒度≤75μm。
步骤(2)中所述CS2/NMP混合溶剂是由CS2(二硫化碳)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)组成；
在一些优选的实施方案中，按照体积比计，CS2和NMP的比例为1:2～3。
在一些优选的实施方案中，步骤(2)中粘结性煤颗粒和CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:30～40。
在一些优选的实施方案中，按照重量比计，步骤(3)中粘结性煤、木质素和浓硫酸的加入比例为粘结性煤：木质素：浓硫酸＝1：0.2～0.4：0.005～0.01的质量比例加入。
在一些优选的实施方案中，本发明中所述木质素的粒度≤75μm。
在一些优选的实施方案中，步骤(4)中将混合物在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下；所述的反应时间为3～5小时。
在一些优选的实施方案中，步骤(5)中将残留物烘干后水分控制在5％以下。
本发明中所述的粘结性煤是指粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤。
根据本发明的另一方面，本发明提供了应用所述的高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法，包括：(1)将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂分别粉碎后按照1:0.9～1.2:0.05～0.15的质量比例混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料压制成型，得到球团；(3)将球团进行热解，得到高强度的热解后球团。
本发明中所述的长焰煤的粘结指数为0。
在一些优选的实施方案中，上述方法的步骤(1)中将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度小于150微米以下。
在一些优选的实施方案中，上述方法的步骤(3)中所述热解的温度为700～900℃，所述热解的时间为1～2小时。
上述方法中还包括将热解后球团直接送入电石炉内进行冶炼得到电石产品。
本发明通过加入CS2/NMP有机溶剂将粘结性煤中含有2～3个芳环的醇类的小分子提取出来，将其与木质素进行交联反应，形成分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂能够大幅提高毫无粘结性的长焰煤与生石灰球团热解后的强度，使其满足入电石炉冶炼的要求。
本发明的主要有益效果包括：
(1)本发明以粘结性煤为原料，通过加入CS2/NMP有机溶剂将粘结性煤中的含有2～3个芳环的醇类小分子物质提取出来，将其与木质素进行交联反应，形成分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂在热解过程中主要生成胶质体液相，能够填充在固态颗粒之间，并且随着热解温度的提高，发生热缩聚反应，从而能够大幅提高长焰煤与生石灰球团的热解后强度。
(2)粘结性煤和木质素都是非常普遍的化工产物，来源广泛，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。
实施例1
向粘结性煤粉(粘结指数大于50)中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:2)进行萃取，其中，粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:30；离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入木质素和浓硫酸，木质素的加入量为粘结性煤重量份的0.2，浓硫酸的加入量为粘性煤重量份的0.005，充分混合均匀，然后在温度100℃，压力0.1MPa下反应3小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰、高温粘结剂粉碎至粒度小于150微米以下；将粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:0.9:0.05的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入700℃的热解炉内进行热解处理，停留时间2小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于700N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
实施例2
向粘结性煤粉(粘结指数大于50，粒度≤75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:3)进行萃取，其中，粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:40；离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入木质素和浓硫酸，高温煤焦油的加入量为粘结性煤重量份的0.3，浓硫酸的加入量为粘性煤重量份的0.007，充分混合均匀，然后在温度150℃，压力0.2MPa下反应4小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰、高温粘结剂粉碎至粒度小于150微米以下；将粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:1.1:0.1的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入800℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1.5小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于800N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
实施例3
向粘结性煤粉(粘结指数大于50)中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:2.5)进行萃取，其中，粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:35；离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入木质素和浓硫酸，高温煤焦油的加入量为粘结性煤重量份的0.4，浓硫酸的加入量为粘性煤重量份的0.01，充分混合均匀，然后在温度200℃，压力0.3MPa下反应5小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰和高温粘结剂粉碎；将粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:1.2:0.15的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入900℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于900N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
对比例1
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰粉碎至粒度小于150微米以下；将粉碎后的长焰煤、生石灰按照1:1的重量比例进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。
对比例2
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰粉碎至粒度小于150微米以下；将粉碎后的长焰煤、生石灰与浓硫酸按照1:1：0.01的重量比例进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。

Claims (9)

1.长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂，其特征在于，其制备方法包括：(1)将粘结性煤粉碎；(2)向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS2/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离，得到萃取液；(3)萃取液中加入木质素和浓硫酸，搅拌均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应；(5)反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。
2.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，所述的粘结性煤是指粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤；所述的粉碎是粘结性煤粉碎至粒度≤75μm。
3.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，所述CS2/NMP混合溶剂是由CS2和NMP组成，按照体积比计，CS2和NMP的比例为1:2～3；粘结性煤颗粒和CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:30～40。
4.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，步骤(3)中木质素和浓硫酸的加入量按照粘结性煤：木质素：浓硫酸＝1：0.2～0.4：0.005～0.01的质量比例加入。
5.按照权利要求1或4所述的高温粘结剂，其特征在于，所述木质素的粒度≤75μm。
6.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，步骤(4)中将混合物在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下进行反应，所述的反应时间为3～5小时；步骤(5)中将残留物烘干后水分控制在5％以下。
7.利用权利要求1～6所述高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法，其特征在于，包括：(1)将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂分别粉碎后按照1:0.9～1.2:0.05～0.15的质量比例混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料压制成型，得到球团；(3)将球团进行热解，得到高强度的热解后球团。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的长焰煤的粘结指数为0；步骤(1)中将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度小于150微米以下。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述热解的温度为700～900℃，所述热解的时间为1～2小时。
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