型煤工藝技術(shù)研究

陳 娟，劉 皓，許 偉，白小慧，王戰(zhàn)輝，張智芳

(1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000；2. 陜西麟北煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000)

型煤工藝技術(shù)研究

陳 娟1，劉 皓1，許 偉2，白小慧1，王戰(zhàn)輝1，張智芳1

(1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000；2. 陜西麟北煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000)

綜述了國(guó)內(nèi)外型煤技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r以及傳統(tǒng)型煤技術(shù)的分類(lèi)，重點(diǎn)闡述了型煤成型的機(jī)理。并具體針對(duì)我國(guó)國(guó)情，提出型煤未來(lái)發(fā)展方向主要為環(huán)保型煤和生物質(zhì)型煤，如此既可以節(jié)約能源，又可增加經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境。

型煤 ;發(fā)展趨勢(shì); 機(jī)理

我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)， 更是煤炭消費(fèi)大國(guó)，占世界煤炭消費(fèi)總量的41.3%[1]，在未來(lái)幾十年內(nèi)，煤炭作為我國(guó)主要能源的主體地位不可撼動(dòng)[2]。近年來(lái)，隨著煤炭產(chǎn)量、消費(fèi)量的急劇增長(zhǎng)，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭高效清潔利用顯得極為重要[3]。而綜采水平的提高和下組煤開(kāi)采比例的增多，粉煤產(chǎn)率不斷增加，大部分粉煤得不到合理的利用，并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[4]。從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，發(fā)展和使用型煤是節(jié)約能源、增加經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的合理有效措施[5]。從目前我國(guó)型煤研究和應(yīng)用來(lái)看，由此帶來(lái)的節(jié)能、環(huán)保效益均十分明顯[6]。

型煤是以粉煤為主要原料，添加粘結(jié)劑、助燃劑、固硫劑后，按具有用途所要求的配比和機(jī)械強(qiáng)度加工壓制成型的，具有一定強(qiáng)度和尺寸及形狀各異的煤成品。

1 國(guó)內(nèi)外型煤技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)初，德國(guó)用年輕褐煤采用高壓無(wú)粘結(jié)劑成型工藝生產(chǎn)褐煤磚作鍋爐燃料[7]。1933年，日本開(kāi)始生產(chǎn)蒸汽機(jī)車(chē)用型煤，1971年，日本在機(jī)車(chē)上大范圍推廣使用型煤[8]。原蘇聯(lián)型煤工業(yè)發(fā)展也較迅速 ，1985 年產(chǎn)量己超過(guò) 1.3 億 t 。 韓國(guó)于 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始普及使用型煤。近年來(lái)生物質(zhì)型煤技術(shù)成為國(guó)外型煤技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，日本、 土耳其、 西班牙、 瑞典、 美國(guó)及我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)均開(kāi)展了此方面的研究。

我國(guó)從1958年開(kāi)始先后研究出4種不同工藝的工業(yè)型煤。1963 年煤炭部唐山研究所開(kāi)始研究鍋爐型煤，于1964年建成1.2萬(wàn)噸/年的鍋爐型煤生產(chǎn)線[9]。20世紀(jì)60年代，我國(guó)以石灰、紙漿粘土、腐殖酸鹽、粘土等作為型煤粘結(jié)劑，開(kāi)發(fā)了各種型煤技術(shù)，為我國(guó)化肥行業(yè)生產(chǎn)了大量的造氣型煤[10]。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)武建軍[11]以焦粉為原料，添加粘結(jié)劑制得型煤，經(jīng)炭化得氣化型焦，并在陜西府谷建成工業(yè)生產(chǎn)線。

2 傳統(tǒng)型煤技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 傳統(tǒng)型煤技術(shù)

2.1.1 工業(yè)型煤

工業(yè)型煤主要包括鍋爐型煤、氣化型煤、機(jī)車(chē)型煤及煉焦型煤。它作為清潔、高效的新型燃料，曾被列入國(guó)家“七五”、“八五”攻關(guān)項(xiàng)目，引起國(guó)內(nèi)各研究院所、大專院校和煤炭企業(yè)的普遍關(guān)注，取得了大量研究成果。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，為了解決中小合成氨廠氣化用塊煤供應(yīng)不足問(wèn)題，相繼開(kāi)發(fā)了石灰碳酸化煤球、紙漿黏土煤球、腐殖酸鹽煤球等成型技術(shù)，提供了全國(guó)化肥工業(yè)60%的造氣原料。氣化型煤經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了“塊”煤爐和“型”煤爐的煤種互換而條件基本通用。機(jī)車(chē)型煤主要由卵形和滴水型等幾種形狀，該型煤的燃燒溫度高。

2.1.2 民用型煤

我國(guó)常見(jiàn)的民用型煤有炊用煤球、煤磚、蜂窩煤、烤肉型煤、火鍋炭及手爐煤等。一般為35mm～50mm球狀或180mm ×180mm ×100mm方形，可由無(wú)煙煤、煙煤、褐煤、泥炭等作為主要原料。近年來(lái)，雖然城市煤氣廣泛應(yīng)用但民用型煤的品種和應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣。如新研制開(kāi)發(fā)出上點(diǎn)火蜂窩煤已呈現(xiàn)向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

2.2 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.2.1 生物質(zhì)型煤

生物質(zhì)型煤是指煤與生物質(zhì)按一定比例摻混，在高壓下壓制而成。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年農(nóng)作物秸桿、薪材、工農(nóng)業(yè)廢棄物等生物質(zhì)能資源數(shù)量巨大。其中生物質(zhì)能很大一部分沒(méi)有被有效利用，而是隨便拋棄于田間地頭或者就地焚燒，造成了資源的浪費(fèi)，環(huán)境的污染。因此我國(guó)具有發(fā)展生物質(zhì)型煤得天獨(dú)厚的條件。目前國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)較重視開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)型煤，并進(jìn)行了大量的研究工作。但是該技術(shù)開(kāi)發(fā)仍處于起步階段，未形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。

2.2.2 環(huán)保型煤

煤炭燃燒是煙塵、廢氣的主要污染源。我國(guó)燃煤污染尤為嚴(yán)重，排放的SO2占全國(guó)總排放量的90%，燃煤煙塵排放量占全國(guó)煙塵排放量的70%[8]。而我國(guó)型煤固硫技術(shù)遠(yuǎn)低于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，著力進(jìn)行型煤燃燒固硫凈化一體技術(shù)研究，便于開(kāi)發(fā)和推廣環(huán)保型煤。

3 型煤成型機(jī)理研究

3.1 無(wú)粘結(jié)劑冷壓型煤機(jī)理研究

相關(guān)學(xué)者對(duì)于變質(zhì)程度較低的褐煤無(wú)粘結(jié)劑成型原理提出了五種假說(shuō)[12]：瀝青假說(shuō)、毛細(xì)管假說(shuō)、腐植酸說(shuō)、膠體假說(shuō)和分子粘合假說(shuō)。瀝青假說(shuō)認(rèn)為制備型煤的過(guò)程中煤中所含的瀝青是關(guān)鍵的因素；毛細(xì)管假說(shuō)認(rèn)為褐煤是一種膠體物，而膠體物中遍布毛細(xì)孔，受到外界壓力作用時(shí)，由毛細(xì)孔擠出的部分水起潤(rùn)滑作用，產(chǎn)生顆粒間相互作用的分子力，但是這一假說(shuō)無(wú)法解釋干燥煤的成型現(xiàn)象；腐植酸說(shuō)認(rèn)為煤中的腐植酸是一種具有粘結(jié)性的膠體，可將煤粒粘合到一起，年輕褐煤腐殖酸產(chǎn)量高，因而易于成型；膠體假說(shuō)認(rèn)為粉煤在成型時(shí)會(huì)產(chǎn)生分子粘合力和范德華粘附力，從而使得型煤、型焦的強(qiáng)度有所提升；分子粘合假說(shuō)認(rèn)為壓力使得煤粒間由于緊密接觸而出現(xiàn)分子粘合現(xiàn)象，煤粒更加緊密的粘合在一起。這些觀點(diǎn)均涉及到了褐煤是由于自身的粘結(jié)性而制備出型煤的，但是往往忽視了煤自身的性質(zhì)和外部因素對(duì)制備型煤的作用。在成型過(guò)程中物料的粘結(jié)機(jī)理是多種力共同作用的結(jié)果，主要包括橋接(固體、液體)、分子力、靜電力、自由化學(xué)鍵、交聯(lián)鍵等。

3.2 加粘結(jié)劑冷壓型煤機(jī)理研究

粉煤或半焦粉和粘結(jié)劑混合料在常溫或粘結(jié)劑熱熔溫度下，以較低的外壓(15-50MPa)，使粘結(jié)劑在煤粒(或炭粒)表面架橋并成型的方法，稱有粘結(jié)劑冷壓成型法。目前人們通過(guò)大量的研究，提出多種粘結(jié)理論[13]：機(jī)械理論、吸附理論、靜電理論、化學(xué)鍵理論和配位鍵理論。機(jī)械理論認(rèn)為粘結(jié)劑滲入固體凹凸不平的多空表面內(nèi)，固化產(chǎn)生錨和、鉤和和鍥和等作用，使粘結(jié)劑與固體表面結(jié)合在一起。吸附理論是以分子間作用力為基礎(chǔ)的。靜電理論認(rèn)為粘結(jié)過(guò)程中，粘結(jié)界面形成雙電子層，從而產(chǎn)生靜電作用力。化學(xué)鍵理論是粘結(jié)劑分子與固體表面的極性基團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵作用力。配位鍵理論是粘結(jié)劑提供電子對(duì)而與被粘物之間形成配位鍵。

黃光許[14]等研究認(rèn)為神木煙煤有粘結(jié)劑成型過(guò)程中，粘結(jié)劑遍布于煤粒之間，并且粘結(jié)劑的固化物對(duì)型煤發(fā)揮了"橋梁"的作用，將煤粒粘結(jié)成整體最終成型。康鐵良[15]研究指出粘結(jié)劑是成型過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，是制約型煤發(fā)展的瓶頸，按結(jié)合機(jī)理將粘結(jié)劑分為水化結(jié)合、化學(xué)結(jié)合、縮聚結(jié)合、粘附結(jié)合、凝聚結(jié)合五種。

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(本文文獻(xiàn)格式：陳 娟，劉 皓，許 偉，等.型煤工藝技術(shù)研究[J].山東化工，2016，45(24)：53-54.)

The Research on Briquette Technology

Chen Juan1, Liu Hao1, Xu Wei2, Bai Xiaohui1, Wang Zhanhui1,Zhang Zhifang1

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, China; 2. Shaanxi Linbei Coal Industry Development Co., Ltd., Baoji 721000,China)

This paper summarizes development status of briquette technology at home and abroad and classification of traditional briquette technology, especially briquetting mechanism. According to the our national conditions, the future development direction of coal briquette which is environment friendly briquette and bio-briquette was proposed. It can also save energy,increase economic benefits and protect environment.

briquette; development direction; mechanism

2016-11-07

榆林學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)資金資助項(xiàng)目(12GK46)；榆林學(xué)院發(fā)展專項(xiàng)(HGY2014-14)；榆林市工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(Gy13-02);2012年陜西省科技廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2012JZ1003)；陜西省教育廳協(xié)同創(chuàng)新、服務(wù)地方計(jì)劃(15JF035)

陳 娟(1985—)女，陜西神木人，講師，工學(xué)碩士，主要從事煤炭加工利用及煤溶劑萃取方面的研究。

TQ536.1

A

1008-021X(2016)24-0053-02