CN106753652A - 高温粘结剂及其提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法 - Google Patents

高温粘结剂及其提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高温粘结剂及其提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法。本发明的高温粘结剂通过下述方法制备得到：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；萃取液中加入高温煤焦油和交联剂，搅拌均匀得到混合物；将混合物进行反应；反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。本发明还公开了利用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，包括：将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂混合均，压制成型，得到球团；将球团进行热解，得到高强度的热解后球团。本发明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

高温粘结剂及其提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的 方法
技术领域
本发明涉及高温粘结剂及其在提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度中的用途，属于粘结剂领域。
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。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。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，有待改进。
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的问题，本发明提供了一种新型的复合高温粘结剂，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。
根据本发明的一个方面，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，其通过下述方法制备得到：(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)萃取液中加入高温煤焦油和交联剂，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，即得高温粘结剂。
本发明中所述的粘结性煤优选为粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤；
本发明中所述CS2/NMP混合溶剂是由CS2(二硫化碳)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)组成，二者的体积比优选为1：1.5～2.5。
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(1)中所述的粘结性煤粉碎是指将粘结性煤粉碎至粒度小于75μm以下；
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(2)中粘结性煤颗粒和CS2/NMP混合溶剂的比例为重量比(1：20～30)。
步骤(2)中所述萃取液中的萃取物主要含有脂肪族结构和含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质。
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(3)中粘结性煤、高温煤焦油与交联剂的加入量按照质量比例计，粘结性煤：高温煤焦油：交联剂＝1：0.2～0.5：0.005～0.01。
本发明中所述高温煤焦油优选为1000℃的炼焦焦油；煤焦油是煤化学工业的主要原料，其成分达上万种，主要含有苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳烃以及芳香族含氧化合物、含氮含硫的杂环化合物等多种有机物。
本发明中所述交联剂可以为有机过氧化物，优选为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯；通过加入交联剂，使萃取物中的含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质与煤焦油中的苯、萘、蒽等发生交联反应，形成一种分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂在加热过程中会产生胶质体。
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(4)中所述的反应在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下进行反应，所述反应时间优选为3～5小时；
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(5)中将残留物烘干后水分控制在5％以下。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了利用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，包括：(1)将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂分别粉碎后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。
本发明中所述长焰煤的粘结指数为0。
为了达到更好的技术效果，在本发明的一些实施方案中，步骤(1)中优选将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度小于150微米以下；另外，按照质量比计，长焰煤、生石灰以及高温粘结剂投料比例优选为1:0.9～1.2:0.05～0.15。
在本发明的一些优选实施方案中，步骤(2)中将混合均匀的物料通过高压对辊成型机进行成型，最终得到直径不大于5cm的椭圆形球团。
在本发明的一些优选实施方案中，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；步骤(3)中还可将热解后的球团可以直接送入电石炉内进行冶炼，从而得到优质电石。
本发明通过加入CS2/NMP有机溶剂将粘结性煤中含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的中小分子提取出来，将其与高温煤焦油中的苯、萘、蒽等进行交联反应，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含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的中小分子提取出来，将其与高温煤焦油中的苯、萘、蒽等进行交联反应，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)本发明中所用到的粘结性煤和高温煤焦油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
向粘结性煤粉中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:1.5)进行萃取(粘结性煤粉和CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:20)；离心分离后得到萃取液；然后向萃取液中加入高温煤焦油(1000℃的炼焦焦油)和交联剂过氧化苯甲酰，高温煤焦油的加入量为粘结性煤重量份的0.2，交联剂过氧化苯甲酰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)、生石灰以及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，粒度小于75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:2.5)进行萃取(粘结性煤粉和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高温煤焦油(1000℃的炼焦焦油)和交联剂过氧化苯甲酰，高温煤焦油的加入量为粘结性煤重量份的0.4，交联剂过氧化苯甲酰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)、生石灰以及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
向粘结性煤粉中加入CS2/NMP混合溶剂(CS2与NMP的体积比为1:2.0)进行萃取(粘结性煤粉和CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1:25)，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入高温煤焦油(1000℃的炼焦焦油)和交联剂过氧化二异丙苯，高温煤焦油的加入量为粘结性煤重量份的0.5，交联剂过氧化二异丙苯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，将粉碎的长焰煤、生石灰与交联剂过氧化苯甲酰按照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 (10)

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)萃取液中加入高温煤焦油和交联剂，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，即得高温粘结剂。
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。
3.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，步骤(1)中所述的粉碎是粘结性煤粉碎至粒度小于75μm以下。
4.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，CS2和NMP的体积比为1：1.5～2.5；粘结性煤颗粒和CS2/NMP混合溶剂的重量比例为1：20～30。
5.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，按照重量比计，步骤(3)中粘结性煤、高温煤焦油与交联剂的加入量为粘结性煤：高温煤焦油：交联剂＝1：0.2～0.5：0.005～0.01。
6.按照权利要求1或5所述的高温粘结剂，其特征在于，所述交联剂为有机过氧化物，优选为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯。
7.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，步骤(4)中所述的反应在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下进行反应，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。
8.利用权利要求1～7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。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，长焰煤、生石灰以及高温粘结剂投料的重量比例为1:0.9～1.2:0.05～0.15。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度小于150μm以下。
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