CN112094675A - 混合煤、塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法、煤气化方法 - Google Patents

混合煤、塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法、煤气化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合煤，混合煤由塔然高勒矿区精煤和塔然高勒矿区煤矸石组成，所述塔然高勒矿区精煤与所述塔然高勒矿区煤矸石的质量比为(25～35):1。本发明还公开了一种塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法，包括以下步骤：将塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石按照(25～35):1的质量比进行混合得到所述的混合煤；将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化，所述混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时，所述混合煤的温度区间波动范围大于50℃。本发明还公开了一种塔然高勒矿区煤的气化方法，包括以下步骤：提供所述的混合煤；将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化，所述混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时，所述混合煤的温度区间波动范围大于50℃。

Description

混合煤、塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法、煤气化方法
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，特别是涉及混合煤、塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法、煤气化方法。
背景技术
水煤浆气化目前绝热方式采用耐火砖和水冷壁两种结构，通常采用液态排渣方式，气化炉适宜操作温度在1200～1400℃，水冷壁稍微比耐火砖要高，无论水冷壁还是耐火砖，液态排渣要求灰渣具有一定黏度能在耐火砖表面或水冷壁碳化硅表面形成保护层，使之能有效延长耐火砖或水冷壁寿命，而且保证灰渣具有一定的流动性，一般要求黏度应小于25Pa·s，可操作温度波动区间在50～100℃。由塔然高勒矿区煤灰粘度曲线图可知，粘度随着温度的降低而升高，粘度在3Pa·s～25Pa·s时，操作温度范围仅有18℃，可操作温度空间较窄，无法用作气化用煤。
目前，调节煤粘温曲线的方法有以下几种：
1、添加助剂，根据效果将助溶剂分为助溶剂和阻溶剂两种。
2、配煤。根据煤灰组成，选择具有互补性的煤样进行混配。
添加助剂在化工园区较难获得，添加成本高。配煤需要配煤的运距大，且煤样的筛选困难，配煤的成本也高。需要一种简单易行、经济适用的方法解决煤塔然高勒矿区煤粘温曲线调节的问题。
发明内容
基于此，有必要针对塔然高勒矿区煤的粘温特性差的问题，提供一种简单易行、经济适用的混合煤、塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法、煤气化方法。
一种混合煤，混合煤由塔然高勒矿区精煤和塔然高勒矿区煤矸石组成，所述塔然高勒矿区精煤与所述塔然高勒矿区煤矸石的质量比为(25～35):1。
在其中一个实施例中，所述混合煤的灰分为7.3％～8.8％。
在其中一个实施例中，所述混合煤的煤灰中，二氧化硅的质量百分数为32％～37％，氧化钙的质量百分数为17％～22％。
在其中一个实施例中，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中二氧化硅的质量百分数为20％～25％，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中二氧化硅的质量百分数为60％～65％。
在其中一个实施例中，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中氧化钙的质量百分数为25％～30％，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中氧化钙的质量百分数为3％～4％。
在其中一个实施例中，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO2 22％～23％、Al2O3 11％～12％、Fe2O3 7％～8％、TiO2 0.4％～0.5％、MgO0.8％～0.9％、K2O 0.2％～0.3％、Na2O 3％～4％、MnO2 0.3％～0.4％、SO3 23％～24％、P2O50.02％以下，各组分总质量百分数为100％。
在其中一个实施例中，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO2 61％～62％、Al2O3 18％～19％、Fe2O3 6％～7％、TiO2 0.8％～0.9％、MgO 0.9％～1.0％、K2O 2％～3％、Na2O 0.3％～0.4％、MnO2 0.1％～0.2％、SO3 2％～3％、P2O50.09％以下，各组分总质量百分数为100％。
在其中一个实施例中，包括以下步骤：
将塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石按照(25～35):1的质量比进行混合得到所述的混合煤。
一种塔然高勒矿区煤的气化方法，包括以下步骤：
提供所述的混合煤；
将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化。
在其中一个实施例中，所述气化炉的内壁包括耐火砖或水冷壁结构。
塔然高勒矿区精煤气化时可操作温度范围过窄，可操作温度区间仅为18℃，即，粘度在满足气化用煤要求的3Pa·s～25Pa·s之间时，可操作温度区间仅为18℃左右，精煤气化时温度稍微一波动就会使得精煤的粘度不在该区间，从而造成气化炉的损坏、气化排渣不满足要求，塔然高勒矿区精煤通常不能作为气化用煤单独使用。发明人对塔然高勒矿区煤矸石进行研究时发现，当塔然高勒矿区煤矸石与塔然高勒矿区精煤按照特定的比例进行混合时，能够提高塔然高勒矿区精煤的粘温特性，使得混合煤的粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时(该粘度下作为气化用煤，既满足气化炉保护要求的粘度，又满足煤排渣的流动性要求)，温度的波动区间范围大于50℃，从而可操作温度范围更广，避免了精煤气化造成的气化炉损伤和排渣问题。
另外，由于煤工业的发展，产生的煤矸石逐渐增加，不仅堆积占地，而且还可能自燃污染空气或引起火灾。目前煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。本发明利用塔然高勒煤矿矸石作为塔然高勒矿区精煤的助剂，就地取材，利用塔然高勒矿区煤矸石作为助剂来有效调节该矿区精煤的粘温特性，使得塔然高勒矿区精煤可作为气化用煤使用，由动力煤用途变为气化煤用途，提高了精煤和煤矸石的利用价值，将塔然高勒矿区精煤和煤矸石用作气化煤，相比于其传统的应用，可产生更大的经济效益。
附图说明
图1为本发明对比例1的塔然高勒矿区精煤粘温特性曲线图；
图2为本发明实施例1的塔然高勒矿区混合煤粘温特性曲线图；
图3为本发明实施例2的塔然高勒矿区混合煤粘温特性曲线图；
图4为本发明对比例2的塔然高勒矿区混合煤粘温特性曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
“精煤”：精煤是指原煤经过洗煤，除去煤炭中矸石，即为精煤。洗煤是利用煤和杂质(矸石)的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。
“煤矸石”：煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石等。
“气化煤”：气化煤是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。
“动力煤”：动力煤是作为动力原料的煤炭，一般指用于火力发电的煤。动力煤的热值和挥发分、灰分的要求不像化工煤(如炼钢用的焦煤)那么高。
“粘温特性”：粘温特性就是指黏度与温度之间关系的特征，简单的说就是黏度会随着温度的变化会出现黏度性能的很大差异。黏度指数高，说明黏度随温度变化小，其粘温特性好。
“煤灰分”：煤灰分，煤完全燃烧后余下的残渣量。将一定数量的煤样于一定温度条件下充分燃烧后，根据残渣质量以求得灰分产率。以不含水分的干燥煤样为基准计算灰分。
塔然高勒矿区精煤气化时可操作温度范围过窄，可操作温度区间仅为18℃，即，粘度在满足气化用煤要求的3Pa·s～25Pa·s之间时，可操作温度区间仅为18℃左右，精煤气化时温度稍微一波动就会使得精煤的粘度不在该区间，从而造成气化炉的损坏、气化排渣不满足要求，塔然高勒矿区精煤通常不能作为气化用煤单独使用。发明人对塔然高勒矿区煤矸石进行研究时发现，当塔然高勒矿区煤矸石与塔然高勒矿区精煤按照特定的比例进行混合时，能够提高塔然高勒矿区精煤的粘温特性，使得混合煤的粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时(该粘度下作为气化用煤，既满足气化炉保护要求的粘度，又满足煤排渣的流动性要求)，温度的波动区间范围大于50℃，从而可操作温度范围更广，避免了精煤气化造成的气化炉损伤和排渣问题。
另外，由于煤工业的发展，产生的煤矸石逐渐增加，不仅堆积占地，而且还可能自燃污染空气或引起火灾。目前煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。本发明利用塔然高勒煤矿矸石作为塔然高勒矿区精煤的助剂，就地取材，利用塔然高勒矿区煤矸石作为助剂来有效调节该矿区精煤的粘温特性，使得塔然高勒矿区精煤可作为气化用煤使用，由动力煤用途变为气化煤用途，提高了精煤和煤矸石的利用价值，将塔然高勒矿区精煤和该地区煤矸石用作气化煤，相比于其传统的应用，可产生更大的经济效益。
本发明实施例提供一种混合煤，混合煤由塔然高勒矿区精煤和塔然高勒矿区煤矸石组成，所述塔然高勒矿区精煤与所述塔然高勒矿区煤矸石的质量比为(25～35):1。
发明人经研究发现，影响煤的粘温特性的关键因素一方面为煤的灰分，另一方面为煤灰中化学组成，尤其是煤灰中的二氧化硅和氧化钙的含量、配比对于煤的粘温特性影响较大。
塔然高勒矿区精煤和该地区煤矸石的混合煤的灰分在7.3％～8.8％(质量分数)范围内时，煤气化后的清洁程度、对气化炉的腐蚀性以及煤灰的清除等方面的综合表现都很好。
在对塔然高勒矿区精煤的煤灰进行分析，发现塔然高勒矿区特定组分的精煤和特定组分的煤矸石进行配比可实现粘温特性的优化。
在一些实施例中，选择的塔然高勒矿区精煤的煤灰中二氧化硅的质量百分数为20％～25％，该塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中二氧化硅的质量百分数为60％～65％。具体的，精煤的煤灰中二氧化硅的质量百分数可以为20％、21％、22％、23％、24％、25％。煤矸石的煤灰中二氧化硅的质量百分数可以为60％、61％、62％、63％、64％、65％。
在一些实施例中，该塔然高勒矿区精煤的煤灰中氧化钙的质量百分数为25％～30％，该塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中氧化钙的质量百分数为3％～4％。具体的，精煤的煤灰中氧化钙的质量百分数可以为25％、26％、27％、28％、29％、30％。煤矸石的煤灰中氧化钙的质量百分数可以为3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％。
在一些实施例中，该混合煤的煤灰中，二氧化硅的质量百分数为32％～37％，氧化钙的质量百分数为17％～22％。具体的，混合煤的煤灰中二氧化硅的质量百分数可以为32％、33％、34％、35％、36％、37％。混合煤的煤灰中氧化钙的质量百分数可以为17％、18％、19％、20％、21％、22％。
塔然高勒矿区精煤和煤矸石中还包括其他组分。在一些实施例中，塔然高勒矿区精煤的煤灰中还具有Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、K2O、Na2O、MnO2、SO3、P2O5中的任意一种或任意两种以上的组合。具体的，各组分质量百分数为：SiO2 22％～23％、Al2O3 11％～12％、Fe2O37％～8％、TiO2 0.4％～0.5％、MgO0.8％～0.9％、K2O 0.2％～0.3％、Na2O 3％～4％、MnO20.3％～0.4％、SO3 23％～24％、P2O5 0.02％以下，各组分总质量百分数为100％。在一些实施例中，塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中还具有Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、K2O、Na2O、MnO2、SO3、P2O5中的任意一种或任意两种以上的组合。具体的，各组分质量百分数为：SiO261％～62％、Al2O3 18％～19％、Fe2O3 6％～7％、TiO2 0.8％～0.9％、MgO 0.9％～1.0％、K2O 2％～3％、Na2O 0.3％～0.4％、MnO2 0.1％～0.2％、SO3 2％～3％、P2O5 0.09％以下，各组分总质量百分数为100％。
在一具体实施例中，该塔然高勒矿区精煤的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO222.17％、Al2O3 11.38％、Fe2O3 7.80％、TiO2 0.49％、CaO 27.97％、MgO 0.84％、K2O0.22％、Na2O 3.54％、MnO2 0.34％、SO3 23.74％、P2O5 0.02％，余量为杂质。在一具体实施例中，该塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO2 61.22％、Al2O318.42％、Fe2O3 6.03％、TiO2 0.84％、CaO 3.60％、MgO0.99％、K2O 2.62％、Na2O 0.34％、MnO2 0.13％、SO3 2.56％、P2O50.09％，余量为杂质。
具体的，混合煤中塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石的质量比可以为25:1、26:1、27:1、28:1、29:1、30:1、31:1、32:1、33:1、34:1或35:1。
在一些实施例中，在混合煤中，塔然高勒矿区精煤的粒径可以为5mm～200mm，最大粒径与最小粒径的比值不大于2；塔然高勒矿区煤矸石的粒径可以为5mm～50mm，最大粒径与最小粒径的比值不大于2；塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石的当量直径的比值范围为1/4～4。精煤和煤矸石的粒径的上述设置，能够相互配合，提高混合煤的粒径均匀性，有利于混合均匀，且更好地提高其灰熔点，进而提高气化炉的可操作温度和气化效率。
本发明实施例还提供一种塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法，包括以下步骤：
将塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石按照(25～35):1的质量比进行混合得到混合煤；
将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化，所述混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时，所述混合煤的温度区间波动范围大于50℃。
本发明利用塔然高勒煤矿矸石作为塔然高勒矿区精煤的助剂，就地取材，利用塔然高勒矿区煤矸石作为助剂来有效调节该矿区精煤的粘温特性，使得塔然高勒矿区精煤可作为气化用煤使用，使得混合煤在1100℃～1400℃下加热气化，混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s(该粘度下作为气化用煤，既满足气化炉保护要求的粘度，又满足煤排渣的流动性要求)之间时，温度的波动区间范围大于50℃，从而可操作温度范围更广，避免了精煤气化造成的气化炉损伤和排渣问题。相比于添加助溶剂、阻溶剂等助剂，或者配煤的方法，本发明的粘温特性调节方法更简便、更经济。
在一些实施例中，所述气化炉的内壁包括耐火砖或水冷壁结构。
煤的气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气-固反应和均相的气相反应。气化反应的气化压力可以为0.0001MPa～10MPa，例如为0.01MPa～5MPa。
气化反应的气化时间可以为10h～50h，例如为10h、20h、30h、40h或50h。
气化反应以含氧气和水蒸汽的空气作为气化剂。
本发明实施例还提供一种塔然高勒矿区煤的气化方法，包括以下步骤：
提供上述任一实施例的混合煤；
将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化，所述混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s之间时，所述混合煤的温度区间波动范围大于50℃。
本发明利用塔然高勒煤矿矸石作为塔然高勒矿区精煤的助剂，就地取材，利用塔然高勒矿区煤矸石作为助剂来有效调节该矿区精煤的粘温特性，使得塔然高勒矿区精煤可作为气化用煤使用，使得混合煤在1100℃～1400℃下加热气化，混合煤在粘度在3Pa·s～25Pa·s(该粘度下作为气化用煤，既满足气化炉保护要求的粘度，又满足煤排渣的流动性要求)之间时，温度的波动区间范围大于50℃，从而可操作温度范围更广，避免了精煤气化造成的气化炉损伤和排渣问题。相比于添加助溶剂、阻溶剂等助剂，或者配煤的方法，本发明的气化方法更简便、更经济。
以下为具体实施例。
对比例1
将塔然高勒矿区精煤加入内壁具有耐火砖材料的气化炉中，升温气化。气化后的灰分组成如表1所示。气化过程的粘温特性曲线如图1所示。
表1塔然高勒矿区精煤灰成分
Figure BDA0002669167110000081
实施例1
将对比例1的塔然高勒矿区精煤与同地区的煤矸石按照30:1的质量比配成混合煤。将混合煤加入内壁具有耐火砖材料的气化炉中，升温气化。单独煤矸石的灰分如表2所示。混合煤气化后的灰分组成如表3所示。混合煤气化过程的粘温特性曲线如图2所示。
表2塔然高勒矿区煤矸石灰成分
Figure BDA0002669167110000082
表3塔然高勒矿区精煤和矸石以30:1配合后的灰成分
Figure BDA0002669167110000091
精煤和矸石以30:1的配比混合后，测得煤的灰分在8％左右，此时煤灰的粘温曲线大大改善。从图1和图2可以看出，配比前的精煤可操作性温度范围在18℃左右，精煤的粘温特性曲线如图1所示，配比后混合煤的可操作温度范围在100℃左右，配合后的粘温曲线如图2所示。对比图1和图2，说明粘温特性有了很大改善，矸石加入后气化可操作温度也有了明显改善，达到了气化用煤液态排渣的要求。
实施例2
将实施例1的精煤和煤矸石按照25:1的配比混合得到混合煤。将混合煤加入内壁具有水冷壁的气化炉中，升温气化。混合煤气化过程的粘温特性曲线如图3所示。
测得混合煤的灰分在8.5％左右。从图3可以看出，混合煤的操作温度在1280℃～1360℃，从图1和图3可以看出，配比前的精煤可操作性温度范围在18℃左右，配比后混合煤的可操作温度范围在80℃左右。对比图1和图3，说明粘温特性有了很大改善，矸石加入后气化可操作温度也有了明显改善，达到了气化用煤液态排渣的要求，基本满足气化炉的要求。
对比例2
将实施例1的精煤和煤矸石按照15:1的配比混合得到混合煤。将混合煤加入内壁具有水冷壁的气化炉中，升温气化。混合煤气化过程的粘温特性曲线如图4所示。
测得混合煤的灰分在10.25％左右。从图4可以看出，混合煤的操作温度在1380℃～1480℃，从图1和图4可以看出，配比前的精煤可操作性温度范围在18℃左右，配比后混合煤的可操作温度范围在100℃左右。对比图1和图4，说明粘温特性有了一定改善，矸石加入后气化可操作温度有了明显改善，能够满足气化排渣要求。但是，操作温度到了1380℃～1480℃，操作温度稍高，对于气化炉的耐高温性可能有稍高的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混合煤，其特征在于，混合煤由塔然高勒矿区精煤和塔然高勒矿区煤矸石组成，所述塔然高勒矿区精煤与所述塔然高勒矿区煤矸石的质量比为(25～35):1。
2.根据权利要求1所述的混合煤，其特征在于，所述混合煤的灰分为7.3％～8.8％。
3.根据权利要求2所述的混合煤，其特征在于，所述混合煤的煤灰中，二氧化硅的质量百分数为32％～37％，氧化钙的质量百分数为17％～22％。
4.根据权利要求1所述的混合煤，其特征在于，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中二氧化硅的质量百分数为20％～25％，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中二氧化硅的质量百分数为60％～65％。
5.根据权利要求1所述的混合煤，其特征在于，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中氧化钙的质量百分数为25％～30％，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中氧化钙的质量百分数为3％～4％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的混合煤，其特征在于，所述塔然高勒矿区精煤的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO2 22％～23％、Al2O3 11％～12％、Fe2O37％～8％、TiO20.4％～0.5％、MgO 0.8％～0.9％、K2O 0.2％～0.3％、Na2O 3％～4％、MnO2 0.3％～0.4％、SO3 23％～24％、P2O5 0.02％以下，各组分总质量百分数为100％。
7.根据权利要求1～5任一项所述的混合煤，其特征在于，所述塔然高勒矿区煤矸石的煤灰中的各组分质量百分数为：SiO2 61％～62％、Al2O3 18％～19％、Fe2O3 6％～7％、TiO20.8％～0.9％、MgO 0.9％～1.0％、K2O 2％～3％、Na2O 0.3％～0.4％、MnO2 0.1％～0.2％、SO3 2％～3％、P2O5 0.09％以下，各组分总质量百分数为100％。
8.一种塔然高勒矿区煤粘温特性的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
将塔然高勒矿区精煤与塔然高勒矿区煤矸石按照(25～35):1的质量比进行混合得到权利要求1-7任一项所述的混合煤。
9.一种塔然高勒矿区煤的气化方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供如权利要求1-7任一项所述的混合煤；
将所述混合煤加入气化炉中，在1100℃～1400℃下加热气化。
10.根据权利要求9所述的塔然高勒矿区煤的气化方法，其特征在于，所述气化炉的内壁包括耐火砖或水冷壁结构。
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