專利名稱：含煤顆粒的壓制品的制造方法
含煤顆粒的壓制品的制造方法本發明涉及一種含煤顆粒的壓制品的制造方法，由此獲得的壓制品以及所述壓制品在在固定床中制造生鐵的方法或在制造用于在固定床中制造生鐵的方法的碳載體的方法中的應用。用于在固定床中(例如在熔融氣化器中)制造生鐵的方法或制造用于在固定床中制造生鐵的方法的碳載體(例如制造用于鼓風爐的焦炭)的方法的含煤顆粒的壓制品(例如煤磚)在從壓機中釋放之后必須具有一定的震裂強度和抗壓強度。要求震裂強度是為了在輸入到某一工藝的過程中，就算有不可避免的下落，例如在從一個傳送帶轉移到另一個轉送帶的過程中，或在輸入到材料貯倉的過程中，盡可能地保持壓制品的原始尺寸。要求抗壓強度是為了在輸入到材料貯倉或固定床反應器中之后在上層材料層施加的壓力下仍保持壓制品的原始尺寸。這些強度要求也被歸入術語濕強度的范圍內。除了濕強度之外，壓制品的熱強度(特別是當其用于熱力過程時)也是其適用性的一個指標。在例如在熔融氣化器或鼓風爐中制造生鐵的方法中使用含微粒煤顆粒的壓制品的特例中，術語熱強度涉及a)在壓制品熱解之后于高溫區中殘余的半焦炭或焦炭顆粒的強度，和b)這些半焦炭或焦炭顆粒在受到熱的含CO2氣體化學侵蝕之后的強度。熱強度的最低值使得這些顆粒在壓制品通過熱解轉化成半焦炭或焦炭顆粒之后所具有的尺寸得以基本上被保留。因此，就在固定床中制造生鐵的方法來說，在輸入固定床中之前或在固定床之內不期望由壓制品或焦炭顆粒形成尺寸過小的顆粒，因為這會損害固定床的滲透性。 在制造生鐵的方法的特例中，這既涉及固定床相對于液態生鐵和爐渣的氣體滲透性又涉及其排污特性。如果固定床的滲透性變差，可能會對其生產能力、比能量需求和產品質量產生不利影響。由W002/50219A1已知借助于由生石灰和糖蜜構成的粘合劑體系由微粒煤顆粒制造具有足夠濕強度的壓制品。其中混合碎煤的微粒煤顆粒與生石灰，擱置該混合物以與來自煤顆粒的水份進行熟化反應，然后混入糖蜜中，捏合由此獲得的混合物并最終由其壓制壓制品。有的煤顯示出極高的吸水能力，特別是以高固有水份含量為特征。然而，為用于制造生鐵，壓制品的水份含量不應過高，即最多為7重量％。這是因為當使用所述壓制品來制造生鐵或制造用于制造生鐵的方法的碳載體時，此水份損耗能量，因為碳載體的比消耗會隨著壓制品的水份含量而顯著提高。因此，較高水份含量的煤在被加工成壓制品之前必須干燥。除已存在于未干燥的煤中的未潤濕孔隙容積之外，通過在干燥期間從空腔中排出水而產生了額外的孔隙容積。該未潤濕的孔隙容積可以吸收相應量的水或水性介質。該額外的孔隙容積當然也可以再次吸收水或水性介質。而且，某些煤特別是在充分干燥期間還具有由于穿晶損傷而產生額外的孔隙容積的趨勢。當在應用W002/50219A1所述的方法制造壓制品之前將具有高吸水能力的煤干燥到可接受的水份含量時，會產生大的額外的孔隙容積。由此，干燥的煤顆粒將在顆粒表面產生粘合所需并可被認為是水溶液的相當大的一部分糖蜜吸入其孔中。因此，對于這種煤使用通常采用的相對于待加工的煤的重量計< 10重量％的糖蜜添加量不能實現足夠的壓制品強度。為了仍能基于糖蜜粘合劑制造出具有足夠強度的壓制品，必須
-省去通過干燥產生未潤濕的孔隙容積，或
-添加與孔隙容積所吸收的從而不能用于煤顆粒表面粘合的同樣多的額外糖蜜。然而，出于對工藝經濟性的考慮，這些手段是不可取的。同樣，對于天生水份較少不必被干燥來實現最多7重量％的壓制品水份含量的煤來說，也有一部分糖蜜被吸入煤顆粒的孔中。然而，糖蜜含有對于碳與熱的含CO2氣體的反應起催化作用的組分，由此特別是在用于在>800-1000°C的溫度(取決于壓力)下用于制造生鐵的固定床的熱區中按照鮑氏反應進行的固體碳與ω2的反應程度提高。由此，由用糖蜜處理過的壓制品通過熱解獲得的半焦炭或焦炭顆粒的熱強度降低。W09901583A1提出的使用浙青作為粘合劑不會產生這類與糖蜜有關的問題。然而， 用浙青制造壓制品要承受非常高的粘合劑成本。AT005765U1中提出的使用水性浙青乳液作為粘合劑體系將浙青消耗降低至超過 50%。然而實踐表明，使用這種浙青乳液時為獲得穩定的壓制品進料煤必須具有遠遠超過5 重量％的水份含量。此外，還存在在發生水性浙青乳液在待被加工成壓制品的材料之內基本上均勻分配和顆粒表面被所述乳液相應地均勻潤濕之前，煤顆粒中存在的孔可能吸收水性浙青乳液，或從該乳液中提取水份并由于液滴聚結而使該乳液不穩定的問題。從而，降低了乳液作為粘合劑的有效性。本發明的目的在于提供一種壓制品制造方法，其中克服了現有技術的這些缺陷， 且即使在使用必須預先干燥的煤顆粒、使用與已知的方法相比更少量的含水粘合劑體系時也可制造出具有足夠的濕強度和熱強度的壓制品。此目的可通過一種含煤顆粒的壓制品的制造方法實現，其中將煤顆粒與含水粘合劑體系混合并通過壓制將由此獲得的混合物進一步加工成壓制品，其特征在于，在與含水粘合劑體系混合之前使煤顆粒經受浸漬步驟，在該步驟中用物質浸漬煤顆粒。在所述浸漬期間，所述物質滲入煤顆粒的孔中，并通過填充孔隙，相應地防止所述水性粘合劑體系的組分滲入。或者，所述物質沉積在煤顆粒表面的孔的出口處(又稱孔頸) 中，并通過堵塞孔頸而防止水性粘合劑體系滲入孔中。如此，防止了煤顆粒表面上為粘合目的所需的水性粘合劑體系在滲入孔中之后不再能執行這些粘合目的。相應地，與其中水性粘合劑體系可以滲入孔中的方法相比所需的水性粘合劑體系的量減少了。除了水之外，水性粘合劑體系還可以包含一或多種其它組分。浸漬步驟可以由如下構成用所述物質弄濕煤顆粒，用所述物質噴涂煤顆粒，將所述物質混入煤顆粒的移動填充床中，或將所述物質混入煤顆粒的流化床中。根據一個實施方案，用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為水。因此，在浸漬步驟中，水被吸入孔中，從而所述孔不再顯示任何吸收在浸漬步驟之后供應給煤顆粒的水性粘合劑體系的組分的傾向。從而，在以前的方法中被吸入孔中以致變得對壓制品的粘合不起作用的組分可對壓制品的粘合作出貢獻。通過限制用水浸漬的壓制品在生鐵制造工藝的進料混合物中的比例并結合水份含量低于這些壓制品的碳載體，可以將引入生鐵制造工藝中的水量限制在可接受的程度。根據另一實施方案，用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為不溶于水的和/或拒水的物質。如果在浸漬步驟中所述孔被這樣一種物質填充，且孔壁由此被這種物質涂覆，則所述孔吸收水性粘合劑體系的組分的傾向降低。如果煤顆粒表面上的孔出口被這種物質封閉，則沒有水性粘合劑體系的組分可以再透入孔中。從而，以前會被吸入孔中以致變得對壓制品的粘合不起作用的組分可對壓制品的粘合作出貢獻。所述不溶于水的和/或拒水的物質優選地屬于由蠟、有機煉焦廠或精煉廠產物、 以及塑料或塑料廢料構成的物質組。其也可以為廢油。所述物質通常可以以低成本大批量獲得。在這種情況下，浸漬步驟優選地在所述不溶于水的和/或拒水的物質為液體、特別是為粘性的溫度下進行。如果液體的粘度為至少IPas且最多lOOPas，例如lOI^as，則其被認為是粘性的。在這些條件下，所述物質被分散在煤顆粒表面上并滲入孔的出口處但幾乎不滲入孔的內部。從而，在浸漬步驟中所述不溶于水的和/或拒水的物質的消耗被保持在低點。所述不溶于水的和/或拒水的物質優選地在冷卻期間在煤顆粒表面上的孔出口處中凝固。根據另一實施方案，用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為物質或物質混合物的水溶液。例如，其為糖蜜，即碳水化合物和其它天然物質的混合物的水溶液。原則上，可以使用能提高壓制品熱強度和濕強度的所有類型的溶解物質，例如來自紙漿制造廢液的淀粉或木質素堿液。優選使用物質或物質混合物的溶液，其中所述物質或物質混合物被通過熱處理和 /或與煤顆粒的反應轉變成不溶于水的物質。這可以實現由這些物質或物質混合物引起的作用不被其溶解在含水粘合劑體系的水中或被從孔中沖出而減小。根據另一實施方案，用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為固體膠體的水懸浮液，其中所述固體物質具有拒水特性。其實例為膠態滑石、石墨或蠟在水中的懸浮液。如果所述固體物質沉積在孔或孔頸中，由于所述拒水固體物質的高表面張力，會使含水粘合劑體系更加難以進入。根據另一實施方案，用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為一方面含有水且另一方面含有含碳物質(例如浙青、由硬煤獲得的粗焦油、硬浙青、蠟或油)的乳液。當這種乳液滲入孔中時，所述含碳物質被以薄層沉積在孔表面上。在熱解期間，由這些薄層產生碳層。與孔中沒有沉積所述物質的薄層的實施方案相比，這降低了壓制品相對于熱的含(X)2氣體的反應性。其原因在于由所述物質產生的所述碳層不含或幾乎不含對與熱的含(X)2氣體的反應起催化作用的物質。相反，煤顆粒或應被加工成壓制品的材料含有起催化作用的化合物，例如鐵或堿金屬。相應地，其表面和孔被由所述物質產生的碳層覆蓋的壓制品的反應性低于沒有這種碳層的壓制品。當使用在被加工成壓制品之前要求預先干燥的煤顆粒時，出于經濟原因優選不追求干燥到遠低于5重量％的水份含量，即最多4重量％的水份含量。由此限制了由于干燥產生額外的孔隙容積，并相應地在浸漬步驟中使更少的物質被孔吸收。相應地，在浸漬步驟中耗用更少的物質。而且，干燥所需的在設備和能量方面的消耗也更少。在浸漬步驟中添加的物質即所謂浸漬劑的量，相對于待被加工成壓制品的材料即煤顆粒的重量計，下限為0. 5重量％、優選地1重量％ ；上限為5重量％、優選地3重量％、特別優選地2重量％。添加超過5重量％的浸漬劑在經濟上是不可取的。添加少于0.5重量％ 的浸漬劑時浸漬不再有效。根據本發明的方法的一個實施方案，所述粘合劑體系含有糖蜜和生石灰或熟石灰。其也可以由這些組分構成。根據另一實施方案，所述粘合劑體系含有與強無機酸例如磷酸、硫酸或硝酸結合在一起的糖蜜。根據本發明的方法的一個實施方案，所述粘合劑體系含有浙青在水中的乳液。其也可以由這樣一種乳液構成。根據進一步的實施方案，所述粘合劑體系含有來自造紙廢液的產物、淀粉、纖維素、甜菜片、廢紙漿、木漿或長鏈聚電解質例如羧基甲基纖維素。由于含有生石灰或熟石灰的粘合劑體系具有以下缺陷，即生石灰CaO和熟石灰 Ca(OH)2會由于催化作用而提高壓制品相對于熱的含CO2氣體的反應性，所以不含生石灰或熟石灰的實施方案在提供反應性相對較低的壓制品方面有優勢。根據本發明的方法的一個實施方案，還在與煤顆粒的混合物中對含鐵或含氧化鐵的顆粒進行了處理。根據本發明的方法的一個具體改進，壓制品在壓制之后經受熱處理。所述熱處理在比壓制高的溫度下進行。所述熱處理導致了壓制品的干燥和/或硬化。所述熱處理可以優選地在> 250°C且< 350°C的溫度下進行，在該溫度下不可逆的化學過程可以轉化粘合劑組分。例如，水溶性粘結劑組分可被轉化成不溶于水的化合物。在這種轉化中產生的化合物可能對壓制品的強度作出貢獻。例如，就含有糖蜜的粘合劑體系來說，糖蜜的轉化通過焦糖化進行。根據本發明的方法的一個具體改進，煤顆粒在浸漬步驟之后與含水粘合劑體系混合之前經受熱處理。所述熱處理導致了干燥。對于孔中有溶液或乳液的情形，所述熱處理還導致了溶液、懸浮液或乳液的濃縮，和相應地導致孔壁被溶解的、懸浮的或乳化的組分涂覆。除了隨后待添加的水性粘合劑體系之外，這些也可能對提高壓制品的熱強度和濕強度有幫助。此外，所述熱處理還可導致最初由于所述熱處理產生的孔壁涂層轉化成不溶于水的化合物，或轉化成能降低煤顆粒相對于熱的含(X)2氣體的反應性的化合物。所述熱處理的最高溫度受煤顆粒熱解限制，為350°c。此熱處理中的溫度下限為150°C。如果使用與所述含水粘合劑體系相同的含水乳液來進行浸漬，則在浸漬步驟中添加的量少于在接下來的混合中添加的含水粘合劑體系的量。例如當在浸漬步驟中使用浙青在水中的乳液并使用其作為粘合劑體系時，在浸漬步驟中添加量為2-3重量％，而隨后作為粘合劑體系添加量為7-10重量％。這同樣適用于使用與所述含水粘合劑體系相同的物質或物質混合物的水溶液來進行浸漬的情形。例如當在浸漬步驟中使用糖蜜并使用其作為粘合劑體系時，在浸漬步驟中添加量為3-5重量％，而隨后作為粘合劑體系添加量為6-8重量％。其中包括所述指定范圍的上下限。在這些情形下，在浸漬步驟中的所述添加之后為除去作為載液的水，以至乳化的物質或溶解的物質沉積在孔或孔頸中，熱處理是必需的。從而，孔被覆蓋或孔頸被堵塞。 總而言之，由此，與沒有浸漬步驟的制造的情形相比制造壓制品時所需的含水粘合劑體系更少。在浸漬步驟之后的加工成壓制品可通過已知的方法進行，例如W002/50219A1或 AT005765U1中所述的方法，或通過任何適于用含水粘合劑體系將煤顆粒加工成壓制品的方法進行。與傳統的方法例如根據W002/50219A1所述的方法相比，在壓制品的制造中，根據本發明，在使用不溶于水的和/或拒水的物質進行的浸漬步驟之后才進行的含水粘合劑體系的添加降低了該方法的成本。在使用含水粘合劑體系制造壓制品的過程中避免煤吸收水一方面降低了在使用所述壓制品或由其獲得的焦炭的生鐵制造方法中的單位煤耗，因為在壓制品中存在的來自所述粘合劑體系的水更少且相應地為蒸發所述水所必須消耗的能量也更少。另一方面，當采用根據本發明的方法時，可以省去傳統的壓制品制造方法中出現的由于從粘合劑體系吸收水而對壓制品再次干燥的必要性，或者可以降低干燥作用，從而導致節能。由于相應地可以省去再次干燥裝置的建立或操作，或者可以縮小該裝置的尺寸和涉及其操作的作用，這與降低操作成本和投資成本的意義是一樣的。根據用于浸漬的物質的種類，可作為浸漬步驟的額外有利效果獲得在壓制品于熔融氣化器中熱解之后產生的半焦炭或由壓制品獲得的焦炭的(X)2反應性的減小。在熔融氣化器操作時，低(X)2反應性是期望的，以便熔融氣化器的固定床中的半焦炭或鼓風爐的固定床中的焦炭從進料到床面上直至到達氧氣噴嘴或鼓風風口區域的直接氣化帶都保持穩定， 并從而促進固定床相對于氣體分配和熔融相排出的滲透性。半焦炭或焦炭的CO2反應性的減小是通過壓制品中的煤顆粒的孔的內表面不再能通過浸漬而被含反應性促進物質的粘合劑涂覆來實現的。例如，作為粘合劑組分的糖蜜含有堿金屬作為反應性促進物質。如果通過例如用含浙青或蠟的物質浸漬避免了孔的內表面被糖蜜涂覆，則由此與通過不含浸漬步驟的方法獲得的半焦炭或焦炭相比(X)2反應性降低。在用于在熔融氣化器的固定床中制造生鐵的C0REX 或FINEX 工藝中，為提高固定床的滲透性常常向進料煤中添加較低比例的焦炭篩出物。當使用根據本發明制造的壓制品或由其制造的焦炭時，抑制了半焦炭或焦炭顆粒被熱的(X)2軟化，從而抵消了所述顆粒的碎解。使用根據本發明制造的壓制品，通過源自熱解的半焦炭填充的固定床，可以實現比現有技術明顯更好的固定床透氣性和更好的排出特性。半焦炭的反應性的改善因此使得可以減少甚至避免向C0REX 或FINEX 進料煤中添加焦炭。在煉焦廠技術領域，已知可以通過提高進料煤的體積密度來提高由其產生的焦炭的質量。通過壓實進料煤才使得可以使用很多進料煤來制造冶金焦炭。因此，除了夯實煉焦裝置之外，還開發了用于松填充操作的煉焦裝置的方法變體，其提供了進料煤的壓塊或部分壓塊。然而，現在看來，用浙青粘合劑壓塊從經濟角度考慮是有問題的，用源于硬煤焦油的粘合劑熱壓塊或壓塊從保護健康角度考慮是有問題的，用糖蜜或類似的粘合劑壓塊由于向焦炭中引入了不期望有的物質所以也是有問題的。根據本發明的制造壓制品的方法使得可以減少粘合劑消耗，或限制促進反應性的粘合劑組分的有害影響，即使在使用進料的壓制品制造焦炭時也是如此。壓制品可以為例如從壓實獲得的煤磚或壓縮條。壓制品含有最高97重量％的煤顆粒，最高12重量％的粘合劑體系的組分，以及相對于作為待被加工成壓制品的材料的煤顆粒的重量計，還含有下限為0. 5重量％、優選地1重量％，上限為5重量％、優選地3重量％、特別優選地2重量％的不溶于水的和/或拒水的物質，或具有拒水特性的固體物質。根據一個實施方案，壓制品還含有含鐵或含氧化鐵的顆粒。所述顆粒可以例如來自生鐵或鋼的制造中出現的粉塵或漿料。下面在
圖1-3給出的方塊圖的基礎上對根據本發明的方法進行了描述。圖1顯示了用于制造壓制品的不含浸漬步驟的傳統方法。圖2顯示了用于制造壓制品的含有浸漬步驟的根據本發明的方法。圖3顯示了用于制造壓制品的具有在浸漬步驟之前的熱處理的根據本發明的方法。根據圖1，待被加工成壓制品(在這里為煤磚)的煤1經受干燥2，然后通過造粒3 制成要求的粒度。然后向如此獲得的煤顆粒中添加含水粘合劑體系4 (在這里為糖蜜)，任選地在進行混合5的情況下添加固體微粒粘合劑組分如熟石灰或生石灰，其中混合5可以分一個或多個階段進行。使由此獲得的混合物經受捏合6和混合7。在硬化7之后獲得的產物即為煤磚。圖2所示的根據本發明的方法與圖1所示方法的不同之處在于，在與含水粘合劑體系4混合5之前，使煤顆粒經受浸漬步驟10，其中煤顆粒被物質11(浸漬劑)浸漬。在此浸漬步驟10之后才按照與圖1相應的方式進行與含水粘合劑體系4混合以及對由此獲得的混合物進行進一步處理。圖3顯示的是圖2所示方法的一種變體，其中在浸漬步驟10之后，與含水粘合劑體系4混合之前進行了熱處理12。附圖標記列表 1煤
2干燥 3造粒
4含水粘合劑體系 5混合 6捏合 7壓制 8硬化 9產物 10浸漬步驟 11物質(浸漬劑) 12熱處理。
權利要求
1.制造含煤顆粒的壓制品的方法，其中將煤顆粒與含水粘合劑體系混合，并通過壓制將由此獲得的混合物進一步加工成壓制品，其特征在于，在與含水粘合劑體系混合之前使煤顆粒經受浸漬步驟，其中用物質浸漬煤顆粒。
2.權利要求1所述的方法，特征在于所述浸漬步驟由如下構成用所述物質弄濕煤顆粒，用所述物質噴涂煤顆粒，將所述物質混入煤顆粒的移動填充床中，或將所述物質混入煤顆粒的流化床中。
3.前面權利要求之一所述的方法，特征在于用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為水。
4.權利要求1或2所述的方法，特征在于用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為不溶于水的和/或拒水的物質。
5.權利要求1或2所述的方法，特征在于用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為物質或物質混合物的水溶液。
6.權利要求1或2所述的方法，特征在于用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為固體物質膠體的水懸浮液，其中所述固體物質具有拒水特性。
7.權利要求1或2所述的方法，特征在于用于在浸漬步驟中浸漬煤顆粒的所述物質為一方面含有水且另一方面含有含碳物質的乳液。
8.前面權利要求之一所述的方法，特征在于在浸漬步驟中添加的物質的量，相對于待被加工成壓制品的材料即煤顆粒的重量計，下限為0. 5重量％、優選1重量％ ；上限為5重量％、優選3重量％、特別優選2重量％。
9.前面權利要求之一所述的方法，特征在于所述粘合劑體系含有糖蜜和生石灰或熟石灰。
10.前面權利要求之一所述的方法，特征在于所述粘合劑體系含有浙青在水中的乳液。
11.前面權利要求之一所述的方法，特征在于還在與煤顆粒的混合物中對含鐵或含氧化鐵的顆粒進行了處理。
12.前面權利要求之一所述的方法，特征在于所述壓制品在壓制之后經受熱處理。
13.前面權利要求之一所述的方法，特征在于所述煤顆粒在所述浸漬步驟之后與含水粘合劑體系混合之前經受熱處理。
14.壓制品，其含有最高97重量％的煤顆粒和最高12重量％的粘合劑體系的組分，其特征在于，相對于待被加工成壓制品的材料即煤顆粒的重量計，其還含有下限為0. 5重量％、 優選1重量％，上限為5重量％、優選3重量％、特別優選2重量％的不溶于水的和/或拒水的物質，或具有拒水特性的固體物質。
15.權利要求14所述的壓制品，特征在于所述不溶于水的和/或拒水的物質屬于由蠟、 有機煉焦廠或精煉廠產物以及塑料或塑料廢料和廢油組成的物質組。
16.權利要求14或15所述的壓制品，特征在于所述壓制品還含有含鐵或含氧化鐵的顆粒。
17.權利要求14-16之一所述的壓制品在在固定床中制造生鐵的方法中作為碳載體或在制造用于在固定床中制造生鐵的方法的碳載體的方法中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種含煤顆粒的壓縮品的制造方法，如此獲得的壓縮品以及所述壓縮品在在固定床中制造生鐵的方法中或在制造用于在固定床中制造生鐵的方法的碳載體的方法中的應用。為此，在與含水粘合劑體系混合并最終加工成壓制品之前，將待加工成壓制品的煤顆粒用一種物質浸漬。
文檔編號C10L5/22GK102272271SQ200980153989
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年1月16日
發明者赫克曼 H., L. 申克 J. 申請人:西門子Vai金屬科技有限責任公司