焦粉制备焦浆的工艺设计

李 慧，张永龙，李 刚，林涛海

（新疆天智辰业化工有限公司，新疆 石河子 832016）

煤基焦粉是化工、冶金等行业在焦炭生产和利用过程中产生的一种副产物，为黑色粉末状固体颗粒[1]。在燃烧过程中，焦粉与传统焦炭、煤炭有一定的差别，其粒度小，不符合工艺生产要求，因此废弃的焦粉只能作为低级燃料进行低价处理[2]，不仅造成了资源浪费，更对环境造成了极大的污染。近年来随着人们环保意识的逐渐增强，焦粉因具有挥发分低、含水量低、固定碳含量高、来源广泛等优点，而备受人们关注，并对焦粉在配煤炼焦[3]、电极材料[1]、制备活性炭[4]、制备分子筛、焦粉成型[5]等领域的应用进行了研究。

新疆天智辰业化工有限公司、天伟化工有限公司均隶属于新疆天业（集团）有限公司，是新疆天业（集团）延伸循环经济产业链，提高废气资源化综合利用，实现产品的多元化、精细化方向发展的重点工程。新疆天智辰业化工有限公司煤气化装置于2015年8月开车，首次实现6.5 MPa水煤浆水冷壁清华炉的工业运行，年产25万t乙二醇和17万t 1,4-丁二醇。天伟化工有限公司电石厂在电石生产过程中，产生大量焦粉，焦粉的碳含量高，但无法回收得到有效利用，为使焦粉资源化合理利用，促进循环经济发展，新疆天智辰业化工有限公司决定对焦粉制备焦浆进行工艺设计并实施。

1 现有焦粉制浆工艺技术路线比选

李启超等[6-7]研究了利用焦粉和焦化废水掺混制备水煤浆的工艺，先将细焦粉经过皮带或者车辆运输至球磨机，研磨至焦粉粒度小于0.1 mm的颗粒所占比例大于40%；用同样的方法，再将煤研磨至同样粒度，与焦粉混掺制成粉体，将制得的粉体、焦化废水、添加剂加入煤浆槽，混合搅拌均匀，制得浆体。该法要求焦粉与煤炭分别研磨制粉，并要求研磨至同样粒度，制成的粉混合后制浆，流程设备较多，控制点多。

新疆天智辰业化工有限公司采用的工艺是：将焦粉输送至料仓，经称重给料机称量后，在棒磨机中研磨，制得焦浆。但在实际试运行过程中，因焦粉粒度小，在焦粉输送、称量和研磨过程中，产生了大量粉尘，斗提机、皮带输送机、煤称重给料机、棒磨机均为露天设备，造成现场环境恶劣。采取将设备密封的技改，但效果不明显。加之制备好的焦浆采用动力输送，输送能力受限，对设备和管道的磨损非常严重。为克服现有技术存在的不足，有必要重新研究制备焦浆的技术，设计一种不污染环境，减少设备管道磨损，操作简单的装置及工艺。

2 实 验

2.1 实验样品来源及工业分析

焦粉来自天伟化工有限公司电石厂；添加剂来自临猗县科华工贸有限公司；新疆天智辰业化工有限公司按照 GB 474—2008、GB/T 212—2008、GB/T 211—2007、GB/T 213—2008，对所提供的焦粉进行了工业分析，结果见表1。焦粉为黑色粉末状固体颗粒，通过湿法过筛，检测焦粉的粒度分布，结果见表2。

表1 焦粉工业分析

表2 焦粉粒度分布

从表1、表2可以看出：（1）焦粉固定碳含量高，水分、挥发分较低；（2）焦粉无需研磨，可达到焦浆制备粒度分布要求。

2.2 焦粉成浆实验研究

将焦粉制备成焦浆，采用GB/T 18856.2—2008中规定的红外干燥法，测定焦浆的浓度。采用GB/T 18856.4—2008中规定的方法，测定焦浆的表观黏度。稳定性的测定：将制得的料浆在密封的玻璃容器内静置24 h、48 h后分别记录数据，采用落棒的方法，观察上层清液的析水量及焦浆是否为硬沉淀，析水量越少，无硬沉淀则为稳定性越好。流动性的测定：采用目测法，稀流体，呈线型，流动性很好；呈坨状，不呈线性，流动性较差。

在同种添加剂，添加率分别为2‰、3‰、4‰的条件下，制备焦浆，分析所制焦浆的浓度、黏度、流动性、稳定性。焦粉单独成浆特性结果见表3。

表3 焦浆成浆特性

从表3可以看出，焦粉可以单独制浆，所得焦浆质量分数最高可达到63%，同种添加剂在同一添加率的条件下，焦浆浓度越高，黏度越大。在相同焦浆浓度条件下，添加剂的添加率越低，焦浆黏度越高。焦浆的流动性好，但稳定性很差，静置24 h后焦浆均有大量水析出，在质量分数62%以下时，均属于软沉淀，当质量分数达到63%时为硬沉淀，焦浆中添加剂添加量的提高，对焦浆稳定性的影响不大。

从成浆性实验可知：（1）焦粉可以单独制成焦浆；（2）单一焦浆的最优成浆条件：添加剂添加率2‰，质量分数 62%，黏度 555 mPa·s。

3 焦粉制浆工艺设计

3.1 工艺设计要求

（1）设计年消耗20 000 t焦粉制备焦浆工艺生产路线。

（2）在整个焦浆制备过程中，不能产生粉尘，必须解决环境问题。

（3）尽量减少焦浆对管道、设备的磨损。

（4）系统安装场地有限，在煤浆制备厂房西面利用现有装置，设计工艺路线。

3.2 工艺流程

焦浆制备工艺流程示意图见图1。焦粉经罐车加压输送至焦粉料仓，焦粉料仓中的焦粉经下料阀依靠重力进入仓泵，当仓泵高料位时，关闭下料阀，利用氮气加压将焦粉输送至焦浆槽中。焦粉、研磨水、添加剂在搅拌的作用下，在焦浆槽内制成焦浆，焦浆槽设置在高处，通过自流将焦浆送至煤浆槽中。输送过程中产生的粉尘通过焦粉料仓顶部的布袋除尘器除去，配制中产生的粉尘大部分通过研磨水喷淋增湿降尘，少部分由焦浆槽顶部立式湿式除尘器除去。

图1 焦浆制备工艺流程示意图

3.3 工艺设计

工艺设计特点：（1）利用焦粉无需研磨、单独直接制浆这一特性，设计工艺路线。（2）利用仓泵输送并设有吹除管，防止管道堵塞。（3）配制中产生的粉尘通过两步除尘的方法除去：第一步研磨水和添加剂通过管内喷淋喷洒，进行增湿降尘，第二步未增湿的部分通过顶部除尘器除去。（4）焦浆流动性好，充分利用这一特性，将焦浆槽设置在高处，通过自流将焦浆送至煤浆槽中，无需动设备输送。（5）焦粉输送管道弯头均采用长半径弯头。（6）焦浆槽搅拌桨叶上涂有耐磨涂层，以减少磨损。（7）研磨水、添加剂均利用现有装置设备。

3.4 主要技术参数及控制要点

（1）单一焦粉制备焦浆的质量分数61%～63%，添加剂的添加率为 0.2%，黏度 500 mPa·s～750 mPa·s，温度40℃。

（2）各目数焦粉粒度通过率：14目通过率100%，20 目通过率 98%～100%，40 目通过率 90%～100%，120目通过率 60%～80%，200 目通过率 40%～70%，325 目通过率 35%～45%。

（3）焦粉料仓底部设有星型下料阀，下料阀上配有变频器，研磨水泵出口设有调节阀和流量计，添加剂计量泵配有变频器，出口管线配有流量计，通过星型下料阀，变频控制焦粉下料量，通过水泵出口调节阀控制研磨水流量，通过添加剂计量泵变频控制添加剂流量。

（4）焦浆槽配有液位计，底部设有调节柱塞阀，通过控制调节柱塞阀的开度，控制焦浆槽的液位。

4 结 语

焦粉制备焦浆装置工艺流程简单，动设备较少，无需额外增加人员，可合并至煤浆制备岗位。该工艺有效解决了输送和焦浆制备过程中的粉尘问题，焦浆无动力设备输送，避免了设备磨损问题；同时结合新疆天业（集团）产业链，使焦粉资源最大化合理利用，废焦粉代替部分原煤制浆，与水煤浆一起混合后，送入气化炉，生成的半水煤气用于制备乙二醇，创造了良好的经济效益，为焦粉的合理利用提供了新思路，对发展循环经济具有重要的指导作用。