[发明专利]褐煤改质处理系统及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及褐煤的处理技术领域，尤其涉及一种对褐煤进行提质脱灰处理的褐煤改质处理系统及工艺。

背景技术

褐煤又名柴煤，是煤化程度最低的煤种，约占全球煤炭储量的40％，占中国煤炭保有储量的13％，储量极为巨大，但由于褐煤水分高(约20％至40％)、热值低、易风化和自燃，单位能量的运输成本高，不利于长距离输送和贮存。褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。褐煤若不经过提质加工，将难以满足多种用户的质量要求。由此可见，褐煤提质加工成为褐煤高效开发利用的关键。这里所说的褐煤提质，是指褐煤在脱水、成型和热分解等过程中，煤的组成和结构发生变化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。

此外，我国主要褐煤矿区产煤的灰分普遍较高，约15％至30％，这也成为困扰褐煤应用的障碍。一般来说，通过选煤能够降低煤中灰分，但褐煤属一种难选煤，特别是年轻土状褐煤其煤质疏松，遇水易泥化，给选煤带来诸多困难。而干法选煤受褐煤的外在水分限制，主要适宜分选出密度较大的矸石，只能作为高灰褐煤的降矸手段，对褐煤本体降灰效果并不显著，所以干法选煤很难得到灰分低于10％的优质褐煤。

从煤化过程来看，褐煤是一种相对年轻的煤种，介于泥炭和烟煤之间的一种物质。褐煤内部存在许多毛细孔，并含有较多的脂肪烃类物质和含氧官能团，以及少量的芳香烃类物质。含水分高是褐煤的重要特征之一，其水分主要由3部分组成：

1、植物经成煤过程和成煤作用后残留、保存下来的水分，主要存在于褐煤毛细孔中，称为内在水(结合水)，这部分水分基本反映其煤化程度，煤化程度愈浅，水分含量愈高。

2、煤在开采、堆放和运输过程中，由外部环境吸收或向环境释放部分水分后保留在煤表面的游离状态的水，通常称为外在水(非结合水)；

3、褐煤中矿物质所含有的结晶水。

一般来说，脱除褐煤的外在水分比较容易，但要脱除褐煤内在水分和矿物质结晶水则困难得多。褐煤内在水分的脱除性取决于其孔结构的发育程度和状态。由于褐煤内部存在许多毛细孔，使褐煤内部的气孔率和比表面积较高，且褐煤含有原生腐植酸，表面具有亲水性，导致褐煤通过表面吸附、毛细管凝聚和界面扩散三种作用吸潮。湿褐煤就像吸足水分的海绵；而干燥后(仅指脱除表面水的情况)的褐煤就像拧干后的海绵。当干燥后的褐煤遇到水或湿空气时，就会吸潮。

对褐煤处理的另一个关键点在于对褐煤进行脱灰处理。煤灰几乎全部源于煤中的矿物质，但煤在燃烧时，矿物质大部分被氧化、分解，并失去结晶水，因此，煤灰的组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差别很大。我们一般说的煤的灰分实际上就是煤灰产率，煤中矿物质和灰分来源，可分为外来矿物质(外在灰分)和内在矿物质(内在灰分)。

1、外来矿物质

这种矿物质原来不含于煤层中，它是由在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的，其数量多少，根据开采条件在很大的范围里波动。它的主要成分SiO₂、Al₂O₃，也有一些CaSO₃、CaSO₄、FeS₂等。外来矿物质的块度、比重越大时，越易分离，可用一般选煤方式将它除掉。外来矿物质在煤燃烧时形成的灰分称为外在灰分。

2、内在矿物质

煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质，来自于内在矿物质的灰分，称为内在灰分，可分为：原生矿物质、次生矿物质。

其中，外来矿物质可通过选煤去除，内在矿物质除非颗粒较大，与煤比重差别大且分布不均方可通过洗选除去，否则很难去除。褐煤由于是年轻煤种，形成时间短，煤化作用浅，其中的次生矿物质一般是均匀分布在煤中，且颗粒极细，这也是为什么褐煤属难选煤种的原因。具有高热值、高挥发分、憎水特点的褐煤，如能进一步降低灰分，则可以被制成优质的煤产品，极大拓展褐煤应用范围和本身价值。

现有褐煤改质处理系统及工艺，一般是采用热空气在不封闭的环境下对褐煤进行改质处理，不能隔绝氧气，褐煤干燥过程中会受到外界影响，仅能脱除褐煤非结合水，得到的褐煤仍然水分较高、灰分较高、热值较低。

发明内容