[发明专利]冶金焦炭的生产

说明书

本申请是2003年2月7日提交的、名称为“冶金焦炭的生产”、申请号为03806862.1的中国专利申请的分案申请，该在先的中国专利申请是申请号为PCT/AU03/00129的国际专利申请进入中国国家阶段的申请。

本发明涉及冶金焦的生产，特别是用低级煤来生产冶金焦。

为了在这一世纪产好钢，尽管目前有人对直接炼钢技术和电弧炉感兴趣，但就世界范围看似乎在很大程度上还要依靠高炉技术。即使就增加使用粉煤喷射而言，也不断需要生产大量焦炭。例如日本人曾估计在2000年，他们的钢将有70％以上是通过高炉生产出来的。

虽然传统的焦炉有一长的使用寿命，许多焦炉将在下一个10到15年内才达到需要更换的阶段，但在本世纪初期，预期日本将大量短缺焦炭。

目前炼钢用的冶金焦是在焦炉组中成批生产出来的，所用技术除了小的改良以外，50年来一般没有变化。由于成批生产，焦炉组的生产率较低，一般需要12到24小时才生产一批焦炭。另外，由于过程的成批性质，炉组的设计必需包括许多炉门和通风口，很难符合较严的环保标准，而这是政府、管理部门和公众要求企业做到的。为了用这种传统的过程生产出冶金焦，必需仔细选用煤。通常将高挥发的煤与中、低挥发的煤混合作为焦炉的炉料。这些煤应含有经济上可行的小量的硫和灰分。煤的准备也很重要，今日常被使用的强化采掘法生产的煤，其中很多细煤，会给传统的焦炉组造成麻烦。

如上所述，冶金焦的生产需要一种等级非常特殊的煤，而这个等级的煤在全世界的煤资源中只占一小部分。因此，许多具有丰富煤资源的国家如果希望生产冶金焦，仍旧被迫进口煤。例如印度尼西亚的高纯次烟煤(褐煤)具有很大储量但是炼焦煤很少。美国的电力生产主要依靠其巨大的褐煤资源而不是依靠燃烧其高硫烟煤，但其炼钢工业所需焦炭还是只能从一部分烟煤中制出，因此硫的析出是炼焦厂要解决的问题。

由于优良的炼焦煤较为稀少，因此这种煤的价格要比低级煤高得多。典型的情况：炼焦煤的价为$60到$70/吨，而次烟煤的价为$30到$50/吨。因此在可能的场合使用低级煤来取代炼焦煤可得相当大的经济利益。

连续生产冶金焦的过程曾被提出，其中一个例子是在美国开发的CTC过程。

在CTC过程中，第一阶段先在600℃下在一双螺旋的、温和的气化反应器内烧出炭，随后使该炭与各种碳氢化合物粘结剂混合，将炭和粘结剂的混合物压成具有各种大小和形状的团块，然后将团块放入1200℃的旋转炉或隧道窑内煅烧。这个过程是从1982年开发出来的，据报告是一全封闭的系统，能以连续的方式在2小时内生产出高质量的焦炭。一个日产10吨的试验工厂目前正在运转，只是该项技术目前尚未经证实。

从贫煤成非炼焦煤通常是烟煤中生产冶金焦曾作过许多尝试。典型的做法是第一步先使煤部分碳化，再使造成的炭与沥青型粘结剂混合(通常在高温下)并压制成团块。该团块进一步被热分解就产生焦炭，该焦炭一般被称为成形焦炭。

在一个这样的过程中，细粉碎的炼焦煤或非炼焦煤在一流态化床反应器内被蒸汽或空气干燥并部分氧化。反应器的产物在温度接续升高的两个阶段内被碳化从而得到炭。该炭与在碳化阶段内得到的沥青型粘结剂混合，并在滚压机内制成团块。“生”团块在低温下被硬化，并在高温下被碳化，最后在惰性气氛内被冷却，这样便可生产出具有低挥发内含物的冶金焦。

没有看到成形焦炭在商业上被接受，主要因为性能不合适和生产成本高。拙劣的物理性能，特别是低强度，看来是在所用高加热率的情况下，要被发展的合适结构未能发展的结果。

在本世纪初期，当各公司被迫要安装新的炼焦设备时，它们将不可避免地去找寻那些能克服传统焦炉某些限制的设备。因此需要开发炼焦新技术，该新技术不仅要提供更高的生产率，而且要符合更严密的环保标准，这个标准是新装置必须执行的。完成上述目标的一个最引人注意的方法是，通过连续制焦法的发展，应用快速碳化的动力学，通过改进的热交换机制，使生产率达到最大；但用这种方法产出的冶金焦必须足够强固，能在搬运时抗拒破裂和磨损，并且应能使用低级煤、含有高比例细煤的煤、以及炼焦煤制成。本发明可以用低成本广泛有供的非炼焦炼，特别是褐煤来制成物理性能良好的焦炭。

按照本发明的第一方面所提供的制备冶金焦的方法包括下列步骤：

(i)提供众多的煤颗粒；

(ii)在惰性气氛内使所说颗粒快速干燥，一旦干燥，就将所说颗粒保持在惰性气氛内；

(iii)不加粘结剂，将所说颗粒压制成团块；

(iv)将所说团块加热到1000℃和1400℃之间的温度，在此温度保持1到5小时；及