利用焦化厂焦油渣配煤炼焦的工艺研究-冶金之家.doc

利用焦化厂焦油渣配煤炼焦的工艺研究 卜二军1，黄世平2，余诚桓2，王晓晖1 (1．河北钢铁集团 邯钢公司 技术中心，河北 邯郸 056015；2．河北钢铁集团 邯钢公司 焦化厂，河北 邯郸 056015) 摘 要：根据邯钢目前焦油渣的产量、处理方式以及废渣特性，在小焦炉进行了配煤炼焦试验。试验结果表明：添加适当比例的焦油渣对炼出的焦炭质量影响不大，配煤炼焦是可行的，添加1%焦油渣效果最好，可以合理有效地解决焦油渣造成的环境污染问题，同时还能创造一定的经济效益。 关 键 词：焦油渣；配煤；炼焦；工艺；研究 1 前言 钢铁厂中的焦化车间每年产生大量的焦油渣，全国每年的产量有20万t左右［1］。焦油渣是焦化生产过程中产生的一种粘稠状工业固体废弃物，含有苯类、酚类、萘类等多种有毒成分，对人和动物有致癌作用。主要来源于机械化氨水澄清槽、超级离心机以及澄清槽等，其主要成分有煤粉、焦粉和重质焦油等物质。在炼焦生产过程中，从焦炉逸出的煤气在集气管和初冷器冷却后，高沸点的有机化合物被冷凝形成煤焦油，与此同时，煤气中夹带的煤粉、半焦、石墨和灰分也混杂在煤焦油中，形成大小不等的团块，这些团块就是焦油渣。焦油渣属于危险废弃物［2］，直接外排不但会直接影响片区大气环境质量，而且会通过地表，渗入地下，污染地下水源，危害人们的身心健康。 邯钢老区、西区焦化厂焦油渣年产出总量大约为2500t，直接低价外卖，买入的小化工厂再通过甩焦油的方式提炼出来焦油外卖，剩余的残渣制作加工成煤球供人取暖用，焦油渣没有得到很好的利用。 2012年5～6月，技术中心与焦化厂联合开展焦油渣配煤炼焦40kg小焦炉试验研究，结合本厂实际情况设计并进行了5组10次小焦炉试验，焦油渣按不同比例添加到配合煤，掺入比例分别为0%、1%、3%、5%和7%，每个配比做2次平行试验，并与空白试验的焦炭质量进行比较。 2 焦油渣作用机理 焦油渣是粘稠状废渣，配有焦油渣的焦炭质量优于单种煤的焦炭，这与煤料中有焦油和沥青等粘结剂的存在是分不开的，可吸附在煤粒表面。煤粒与粘结剂之间的界面发生互溶，粘结剂与煤粒间的界面消失，形成化学键，相互连结。化学键连结对抵抗应力集中，防止裂缝扩展，抗御破坏性环境的侵蚀，作用较突出［3］。 在炼焦的热解过程中，由于瘦煤的挥发分低，热解时析出的气体少，产生的液态物能够转化为胶质状态的少，但焦油渣在该过程可形成大量的气体及胶质体，把分子量较大的固态物质包围起来，形成气、液、固三相共存的胶质体，抵消了瘦煤黏结性相对较差的弱点。而在形成半焦过程中，液相膜外表开始固化，中间仍为胶质体，内部为没有变化的瘦煤及胶质体混合物，在半焦壳出现裂纹后流出，这些胶质又发生固化，形成新的半焦层，最后转变为半焦。 在半焦收缩过程中，焦油渣挥发分高，收缩量相对较大，而瘦煤挥发分低，胶质体数量极少，半焦收缩过程平缓，收缩量极低，所以在配合煤炼焦过程中，其中的瘦煤、焦油渣在成焦的每个过程中，都能互相弥补缺限，大大降低了对焦炭强度的影响［4，5］。可见，在配煤炼焦时，适量添加焦油渣是可行的。 3 碳管炉试验研究 利用实验室碳管炉开展了大量试验，在1050℃氮气保护的条件下进行了(10min、1h、4h、6h)不同恒温时间、(10%焦油渣、配合煤)不同物料的20多次试验研究，并分别进行了抗压强度测试。 在相同条件下，试验测得配焦油渣前后焦炭抗压强度相近，因此可以进行焦油渣少量添加。 4 小焦炉试验 小焦炉主要是模拟大焦炉炼焦，通过试验焦炉进行炼焦配煤试验，测量所炼得的焦炭质量来预测工业化生产焦炭质量，从而使生产焦炭的质量得到控制并保持稳定。小焦炉试验主要包括原料的检测分析、工艺流程控制、试验结果检测、焦炭显微组织分析等几个部分。炼出的焦炭放入落下强度检测机、转鼓强度试验机及焦炭筛分机中进行性能测试，配合煤及焦炭试验的采取、制备及检测严格按照国家标准进行操作。 4．1 原料分析 试验所用的煤种为配合煤，10次小焦炉试验用煤大约为500kg，一次性从生产皮带输送线上取得，减少了试验误差。焦油渣来源于机械化澄清池分离出来的焦油渣排放槽中，密度在1．2～1．3g/cm3之间，其工业分析结果如表2所示。 为了实现现场能够配加焦油渣，需对焦油渣在不同温度下流动性能进行试验，以保证焦油渣槽不堵塞，试验结果如表3所示。 结果显示：焦油渣在温度大于90℃时具有很强的流动性。 4．2 工艺流程 40kg小焦炉试验一次装入干基料为40kg，炉温初始温度为800℃，设定燃烧室的最高温度为(1050±10)℃，恒温2h后出炉，整个结焦时间为15h，采用湿法熄焦。小焦炉试验工艺流程为：配料→混料→装炉→升温→恒温→开炉→熄焦→冷强度检测→热强度检测 在试验过程中实现均匀配料采取的方法： (1)取的煤种为现场已经配好的配合煤，并且是一次性