热压似焦型煤用于气化的可行性分析

我国是贮煤、产煤和用煤大国，1996年的原煤产量曾达到13．8亿吨，约占世界原煤产量的1／4，在我国的能源结构中煤炭占75％。在煤炭开采过程中，粉煤所占的比例在逐年增加，现已达到40％以上，其中，无烟煤块煤一直是供不应求，年缺口量在1700万吨以上。
     众所周知，目前我国工业炉窑所用的工业煤气和化肥厂所用的合成氨气，仍然是以固定床煤气发生炉制气为主，要求入炉煤的块度以20--60mm为最佳，否则就会影响煤气炉内的气化效果和所产煤气质量。
    以粉煤成型替代块煤做为气化用煤，是多年来煤炭综合利用研究的重要课题，而且大多数集中于有粘结剂冷压成型工艺，所压制的石灰碳酸化煤球、焦油或沥青煤球、纸浆废液煤球、腐植酸盐煤球、粘土煤球、纸浆废液——粘土煤球、水玻璃煤球、水泥煤球等，以及近期所开发的以淀粉胶、硅酸盐、聚乙烯醇等与土质原料合成的复合粘结剂系列型煤，都是基于煤粉与所掺入的粘结剂之间物理形式的表面粘结。上述各类型煤，当入炉气化遇到高温或贮运过程遇到水浸雨淋时，都会因粘结剂的粘结作用遭到破坏而失去强度，例如：
    采用焦油或沥青做粘结剂时，型煤的冷态强度虽好，但是入炉气化遇到高温，就会软化、变形，甚至粘结成团，因此，必须对这类型煤进行氧化处理。
    采用硅酸盐类做粘鲒剂时，由于硅酸盐属胶凝材料，虽然能够免烘于，经养护之后可以形成强度，但是当入炉气化遇到高温，因硅酸盐内的结晶水脱水，即而会失去具有粘结作用的网络结构；
    采用淀粉胶做粘结剂时，虽然用量不多，粘结效果较好，型煤的冷态强度也不错，但是，这种水基性粘结剂，遇水极易潮解而使型煤失去强度，另外，遇到高温时，由于淀粉的燃点很低，很快就会自燃，即而失去具有粘结作用的网络结构；
    采用聚乙烯醇、聚苯乙烯等高分子材料做粘结剂时，这些高分子化合物在高温作用下也会因其分解而失去粘结力，而且价格也较昂贵。
    综上所述，采用有粘结剂冷压成型工艺所生产的各类型煤，在煤气发生炉内的高温气化过程中，因其粘结剂所形成的粘结网络结构，都会遭到破坏，致使型煤失去强度而形成粉状，造成煤气炉内阻力增大，布风不均，负荷降低，排出的未燃烬的粉渣居多。大量的使用实例表明，这类型煤不适宜于100%入炉气化，只能与块煤一起掺配使用，而且型煤的掺配量也不宜于>30％。
    采用粉煤热压成型工艺所压制的似焦型煤，无需添加任何粘结剂和防水剂，而是利用烟煤中的胶质层，当快速将煤加热到具有一定的塑性软化温度区间时，由于煤中的一些带侧链和官能团的大分子，瞬时间产生裂解、缩合与聚合，此时气、液、固相三态并存，会形成具有一定粘结性和较好塑性的胶质体，通过挤压增塑，即可压制成介于煤与半焦之间的能够防水的致密而坚硬的似焦型煤。在快速加热过程中，由于煤中的分子结构的重组，煤颗粒之间的粘结是以化学形式进行的，并不是简单的表面的物理形式的粘结，而是在分子结构方面起了质的变化，因此这种似焦型煤遇高温和水浸时，仍然保持较高的冷、热态强度，这对型煤入炉气化和贮运无疑都是十分有利的。热压似焦型煤与冷压型的冷、热态强度对比，见表1

表1热压似焦型煤与次冷压型煤的冷、热态度对比