專利名稱:一種改善焦炭熱性質的方法
技術領域:
本發明涉及一種改善焦炭熱性質的方法,尤其涉及一種采用負催化劑改善焦炭熱性質的方法。
煤的性質是焦炭熱性質的決定性因素,傳統的煉焦配煤技術,歷來強調多配中等變質程度,強粘結性的肥煤和焦煤,以提高焦炭的熱性質,減少焦炭在高爐中的劣化。但目前面臨的問題是此類煤價格昂貴,且資源有限,并終有一天會枯竭。且焦爐煉焦的熱效率較低,污染嚴重,日益強烈的環保呼聲迫使許多廠礦開發煉焦新工藝,例如干熄焦,成型煤,煤預熱等,以改善焦炭質量,減少環境污染,多配弱粘煤或非煉焦煤,合理利用優質焦煤資源。然而采用上述工藝又勢必大大增加成本的投入,這些,決定了焦炭成本是煉鐵(乃至煉鋼)成本的大頭。
近年來,國外學者在尋找一種新型、有效、工業上可行的提高焦炭熱性質的方法,對焦炭進行后序處理以提高焦炭的熱性質,M.Ogawa,M.Miyawaki和T.Tuyuguchi(113th ISIJ meeting of April,1987,Lecture No.S-62)進行過改善焦炭熱性質的研究,將熱筑路焦油滴在焦炭上,并加熱使裂解生成的碳沉積在焦炭上改善了焦炭的反應性(較低了焦炭CO2氧化反應的速率),增加了焦炭熱強度,從而改善了焦炭的熱性能,但由于焦油裂解生成大量的煙塵而阻礙了其工業化。
美國專利U.S.5486216描述了在低質焦炭外表面積碳的方法,是采用CVD(氣相熱解沉積)技術,使碳氫化合物裂解,生成的碳微粒可填充在焦炭氣孔中,形成致密而堅硬的碳層的方法。此方法減少反應面積,從物理上可阻礙CO2反應,并且由于此方法在干熄焦結合,由于要在干熄爐中引入可燃性碳氫化合物,且操作較為復雜,一旦漏入空氣,則可能爆炸,此方法危險生較大。
蘇聯專利SU1775462將對-苯二酚作為催化劑加入裝爐煤中,10%的褐煤半焦和弱粘結煤代替強粘結煤煉焦,焦炭強度增加,采用此方法對煉焦工藝制度有較大改動,在工業上實施有較大困難。
負催化劑可降低反應速度,阻礙反應的進行在化學工業被廣泛應用,在材料科學、能源科學領域也被廣泛重視,例如炭材料抗氧化反應的阻滯劑等。
本發明的改善焦炭熱性質的方法是加入負催化劑。
所述的負催化劑是指元素硼和硼系化合物。
所述的硼系化合物是指元素硼、硼酸、硼砂、B2O3等。
其中最佳選擇為元素硼。
所述的負催化劑可加入至配煤中,也可與焦炭混合。
所述負催化劑的加入量占配煤或焦炭總重量的0.02%-2%碳在自然界中是化學穩定性極好的物質(元素),在常溫和普通環境下呈化學惰性,但是在較高的溫度下(如高爐中),碳卻極易與氧化性氣體發生反應,這是因為,石墨態晶體中的碳網平面在空間上是有限的,它們終止于晶界、位錯或者表面,從而碳網平面中總有一定數量比的邊緣碳原子。邊緣碳原子具有未飽和的化合鍵和自由的п電子,是最容易受到反應原子進攻的部位。從邊緣碳原子開始的氧化使碳網平面減小,而從內部活性碳原子(位錯、空位)開始的反應,會使其周邊的碳原子逐個發生斷鍵,生成CO,CO2,最終會在碳網平面上形成腐蝕坑。硼系化合物對焦炭的CO2溶損反應具有負催化作用,抑制焦炭中的C與CO2反應,從而改善焦炭的熱性質。
硼系化合物如硼酸、硼砂、B2O3等,元素硼可改善焦炭的熱性質。元素硼對焦炭熱性質的改善效果最好。這是因為硼原子最外層有3個電子,經SP2雜化的三條共價鍵形成共平面、且互成120°,這與石墨中碳網平面內碳原子的成鍵方式完全相同。硼的原子半徑為91pm,與碳的原子半徑90pm非常接近,硼在碳中能夠形成替代式固溶體,硼也可以化合物的形式嵌入石墨晶體的層間。此外B氧化后生成的B2O3覆蓋在焦炭的活性位上,對碳溶反應起到物理阻礙作用,此外,B的存在改變了C原子的п電子分配,降低了CO的解析作用,降低碳溶反應速度;由于添加了B,將促進石墨化,從而減少邊緣碳原子等活性位的總量,抑制焦炭的碳溶反應,改善焦炭熱性能。
采用各種方法使焦炭中存在硼系物,由于硼系物的存在,可提高焦炭的熱性質,將負催化劑添加到焦炭中的方法可采用配煤法或浸漬法等。
由
圖1所示,加入負催化劑的焦炭的反應性(CRI)明顯低于未添加負催化劑的焦炭,并且隨著負催化劑的添加量的增加,反應性繼續下降,說明負催化劑的添加使焦炭與CO2反應的反應性下降。由圖2可見,添加負催化劑的焦炭,其反應后強度(CSR)焦炭明顯好于未添加負催化劑的焦炭,且隨著負催化劑的添加量的上升,焦炭的反應后強度增加。
1.使用了本發明的方法后,可降低配煤煉焦中強粘煤的配比,這樣不但可以節約寶貴的強粘煤資源,而且可降低煉焦成本。
2.使用了本發明的方法后,還可大大改善焦炭的熱性能,為大噴煤提供保證,降低煉鐵成本。
3.本發明的方法還可望用于其它行業,例如炭素材料、能源等。
將加入有負催化劑的焦炭去進行熱性質試驗,結果發現加入元素硼后,對于配合煤質量較好的配合煤,其CRI由21.1%減小到12.3%,CSR由66.8%增加到78.3%,對于配合煤質量較差的配合煤,其CRI,CSR,分別由32.8%減小到15.2%,CSR由50.7%增加到74.5%;可見,在煉焦煤中配入負催化劑煉焦后,大幅度改善焦炭熱性質。
實施例2焦炭浸漬法添加負催化劑的方法如圖4所示,為焦炭浸漬法添加負催化劑的流程圖。濕法熄焦是用水將熄焦塔內的紅熱焦炭用水濕熄,設施主要由熄焦塔1、循環泵2、粉焦沉淀池3,清水池4等組成。將負催化劑直接加入清水池4中,由循環泵2打入熄焦塔1,在熄焦的同時完成焦炭浸漬的過程,熄焦后的水經沉淀池3將焦粉沉淀下來后,進入清水池4后重復使用。
對焦炭進行負催化劑浸漬,其方法是取切后焦,浸漬于一定濃度的負催化劑溶液中,待水份蒸發后,測定焦炭中吸附的負催化劑量,以及焦炭的熱性質。例如,在焦炭中添加B2O3后,其焦炭的反應性和反應后強度由29.2%,56.9%改善到21.2%,68.1%。對寶鋼焦炭,其反應性為23.77%,反應后強度為70.37%,經過負催化劑硼酸浸漬后,其熱性質得到改善反應性為18.2%,反應后強度為77%,可見對焦炭進行負催化劑浸漬后,也大幅度改善焦炭熱性質、因此采用了本發明的方法可大幅度改善焦炭熱性質。
權利要求
1.一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,加入負催化劑。
2.如權利要求1所述的一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,所述的負催化劑是指元素硼和硼系化合物。
3.如權利要求2所述一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,所述的硼系化合物是指硼酸、硼砂、B2O3。
4.如權利要求3一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,所述的負催化劑的最佳選擇為元素硼。
5.如權利要求書1所述的一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,所述的負催化劑可加入至配煤中,也可加入至焦炭中。
6.如權利要求書1所述的一種改善焦炭熱性質的方法,其特征在于,所述負催化劑的加入量占配煤或焦炭總重量的0.02%-2%。
全文摘要
本發明提供一種改善焦炭熱性質的方法,是加入元素硼和硼系化合物作為負催化劑,可加入至配煤中,也可加入至焦炭中,本方法可有效改善焦炭熱性質。
文檔編號C10L9/10GK1428406SQ01139280
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月28日 優先權日2001年12月28日
發明者張群, 楊俊和, 吳信慈, 馮安祖, 金寶, 史美仁, 程樂意, 錢湛芬, 許梅郎 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海應用技術學院