焦粉制備焦?jié){的工藝設(shè)計

李 慧，張永龍，李 剛，林濤海

（新疆天智辰業(yè)化工有限公司，新疆 石河子 832016）

煤基焦粉是化工、冶金等行業(yè)在焦炭生產(chǎn)和利用過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，為黑色粉末狀固體顆粒[1]。在燃燒過程中，焦粉與傳統(tǒng)焦炭、煤炭有一定的差別，其粒度小，不符合工藝生產(chǎn)要求，因此廢棄的焦粉只能作為低級燃料進(jìn)行低價處理[2]，不僅造成了資源浪費，更對環(huán)境造成了極大的污染。近年來隨著人們環(huán)保意識的逐漸增強，焦粉因具有揮發(fā)分低、含水量低、固定碳含量高、來源廣泛等優(yōu)點，而備受人們關(guān)注，并對焦粉在配煤煉焦[3]、電極材料[1]、制備活性炭[4]、制備分子篩、焦粉成型[5]等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

新疆天智辰業(yè)化工有限公司、天偉化工有限公司均隸屬于新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，是新疆天業(yè)（集團(tuán)）延伸循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，提高廢氣資源化綜合利用，實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化、精細(xì)化方向發(fā)展的重點工程。新疆天智辰業(yè)化工有限公司煤氣化裝置于2015年8月開車，首次實現(xiàn)6.5 MPa水煤漿水冷壁清華爐的工業(yè)運行，年產(chǎn)25萬t乙二醇和17萬t 1,4-丁二醇。天偉化工有限公司電石廠在電石生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量焦粉，焦粉的碳含量高，但無法回收得到有效利用，為使焦粉資源化合理利用，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新疆天智辰業(yè)化工有限公司決定對焦粉制備焦?jié){進(jìn)行工藝設(shè)計并實施。

1 現(xiàn)有焦粉制漿工藝技術(shù)路線比選

李啟超等[6-7]研究了利用焦粉和焦化廢水摻混制備水煤漿的工藝，先將細(xì)焦粉經(jīng)過皮帶或者車輛運輸至球磨機，研磨至焦粉粒度小于0.1 mm的顆粒所占比例大于40%；用同樣的方法，再將煤研磨至同樣粒度，與焦粉混摻制成粉體，將制得的粉體、焦化廢水、添加劑加入煤漿槽，混合攪拌均勻，制得漿體。該法要求焦粉與煤炭分別研磨制粉，并要求研磨至同樣粒度，制成的粉混合后制漿，流程設(shè)備較多，控制點多。

新疆天智辰業(yè)化工有限公司采用的工藝是：將焦粉輸送至料倉，經(jīng)稱重給料機稱量后，在棒磨機中研磨，制得焦?jié){。但在實際試運行過程中，因焦粉粒度小，在焦粉輸送、稱量和研磨過程中，產(chǎn)生了大量粉塵，斗提機、皮帶輸送機、煤稱重給料機、棒磨機均為露天設(shè)備，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣。采取將設(shè)備密封的技改，但效果不明顯。加之制備好的焦?jié){采用動力輸送，輸送能力受限，對設(shè)備和管道的磨損非常嚴(yán)重。為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，有必要重新研究制備焦?jié){的技術(shù)，設(shè)計一種不污染環(huán)境，減少設(shè)備管道磨損，操作簡單的裝置及工藝。

2 實 驗

2.1 實驗樣品來源及工業(yè)分析

焦粉來自天偉化工有限公司電石廠；添加劑來自臨猗縣科華工貿(mào)有限公司；新疆天智辰業(yè)化工有限公司按照 GB 474—2008、GB/T 212—2008、GB/T 211—2007、GB/T 213—2008，對所提供的焦粉進(jìn)行了工業(yè)分析，結(jié)果見表1。焦粉為黑色粉末狀固體顆粒，通過濕法過篩，檢測焦粉的粒度分布，結(jié)果見表2。

表1 焦粉工業(yè)分析

表2 焦粉粒度分布

從表1、表2可以看出：（1）焦粉固定碳含量高，水分、揮發(fā)分較低；（2）焦粉無需研磨，可達(dá)到焦?jié){制備粒度分布要求。

2.2 焦粉成漿實驗研究

將焦粉制備成焦?jié){，采用GB/T 18856.2—2008中規(guī)定的紅外干燥法，測定焦?jié){的濃度。采用GB/T 18856.4—2008中規(guī)定的方法，測定焦?jié){的表觀黏度。穩(wěn)定性的測定：將制得的料漿在密封的玻璃容器內(nèi)靜置24 h、48 h后分別記錄數(shù)據(jù)，采用落棒的方法，觀察上層清液的析水量及焦?jié){是否為硬沉淀，析水量越少，無硬沉淀則為穩(wěn)定性越好。流動性的測定：采用目測法，稀流體，呈線型，流動性很好；呈坨狀，不呈線性，流動性較差。

在同種添加劑，添加率分別為2‰、3‰、4‰的條件下，制備焦?jié){，分析所制焦?jié){的濃度、黏度、流動性、穩(wěn)定性。焦粉單獨成漿特性結(jié)果見表3。

表3 焦?jié){成漿特性

從表3可以看出，焦粉可以單獨制漿，所得焦?jié){質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)到63%，同種添加劑在同一添加率的條件下，焦?jié){濃度越高，黏度越大。在相同焦?jié){濃度條件下，添加劑的添加率越低，焦?jié){黏度越高。焦?jié){的流動性好，但穩(wěn)定性很差，靜置24 h后焦?jié){均有大量水析出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)62%以下時，均屬于軟沉淀，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到63%時為硬沉淀，焦?jié){中添加劑添加量的提高，對焦?jié){穩(wěn)定性的影響不大。

從成漿性實驗可知：（1）焦粉可以單獨制成焦?jié){；（2）單一焦?jié){的最優(yōu)成漿條件：添加劑添加率2‰，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 62%，黏度 555 mPa·s。

3 焦粉制漿工藝設(shè)計

3.1 工藝設(shè)計要求

（1）設(shè)計年消耗20 000 t焦粉制備焦?jié){工藝生產(chǎn)路線。

（2）在整個焦?jié){制備過程中，不能產(chǎn)生粉塵，必須解決環(huán)境問題。

（3）盡量減少焦?jié){對管道、設(shè)備的磨損。

（4）系統(tǒng)安裝場地有限，在煤漿制備廠房西面利用現(xiàn)有裝置，設(shè)計工藝路線。

3.2 工藝流程

焦?jié){制備工藝流程示意圖見圖1。焦粉經(jīng)罐車加壓輸送至焦粉料倉，焦粉料倉中的焦粉經(jīng)下料閥依靠重力進(jìn)入倉泵，當(dāng)倉泵高料位時，關(guān)閉下料閥，利用氮氣加壓將焦粉輸送至焦?jié){槽中。焦粉、研磨水、添加劑在攪拌的作用下，在焦?jié){槽內(nèi)制成焦?jié){，焦?jié){槽設(shè)置在高處，通過自流將焦?jié){送至煤漿槽中。輸送過程中產(chǎn)生的粉塵通過焦粉料倉頂部的布袋除塵器除去，配制中產(chǎn)生的粉塵大部分通過研磨水噴淋增濕降塵，少部分由焦?jié){槽頂部立式濕式除塵器除去。

圖1 焦?jié){制備工藝流程示意圖

3.3 工藝設(shè)計

工藝設(shè)計特點：（1）利用焦粉無需研磨、單獨直接制漿這一特性，設(shè)計工藝路線。（2）利用倉泵輸送并設(shè)有吹除管，防止管道堵塞。（3）配制中產(chǎn)生的粉塵通過兩步除塵的方法除去：第一步研磨水和添加劑通過管內(nèi)噴淋噴灑，進(jìn)行增濕降塵，第二步未增濕的部分通過頂部除塵器除去。（4）焦?jié){流動性好，充分利用這一特性，將焦?jié){槽設(shè)置在高處，通過自流將焦?jié){送至煤漿槽中，無需動設(shè)備輸送。（5）焦粉輸送管道彎頭均采用長半徑彎頭。（6）焦?jié){槽攪拌槳葉上涂有耐磨涂層，以減少磨損。（7）研磨水、添加劑均利用現(xiàn)有裝置設(shè)備。

3.4 主要技術(shù)參數(shù)及控制要點

（1）單一焦粉制備焦?jié){的質(zhì)量分?jǐn)?shù)61%～63%，添加劑的添加率為 0.2%，黏度 500 mPa·s～750 mPa·s，溫度40℃。

（2）各目數(shù)焦粉粒度通過率：14目通過率100%，20 目通過率 98%～100%，40 目通過率 90%～100%，120目通過率 60%～80%，200 目通過率 40%～70%，325 目通過率 35%～45%。

（3）焦粉料倉底部設(shè)有星型下料閥，下料閥上配有變頻器，研磨水泵出口設(shè)有調(diào)節(jié)閥和流量計，添加劑計量泵配有變頻器，出口管線配有流量計，通過星型下料閥，變頻控制焦粉下料量，通過水泵出口調(diào)節(jié)閥控制研磨水流量，通過添加劑計量泵變頻控制添加劑流量。

（4）焦?jié){槽配有液位計，底部設(shè)有調(diào)節(jié)柱塞閥，通過控制調(diào)節(jié)柱塞閥的開度，控制焦?jié){槽的液位。

4 結(jié) 語

焦粉制備焦?jié){裝置工藝流程簡單，動設(shè)備較少，無需額外增加人員，可合并至煤漿制備崗位。該工藝有效解決了輸送和焦?jié){制備過程中的粉塵問題，焦?jié){無動力設(shè)備輸送，避免了設(shè)備磨損問題；同時結(jié)合新疆天業(yè)（集團(tuán)）產(chǎn)業(yè)鏈，使焦粉資源最大化合理利用，廢焦粉代替部分原煤制漿，與水煤漿一起混合后，送入氣化爐，生成的半水煤氣用于制備乙二醇，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為焦粉的合理利用提供了新思路，對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。