本發明涉及氣化焦生產技術領域，尤其涉及一種適用于搗固煉焦的將低階煤和垃圾壓制成型的工藝及由該工藝制得的成型料。
背景技術：
自十八世紀以來，煤炭已成為人類世界廣泛使用的能源之一，就我國的能源消費結構而言，目前煤炭占據70％左右，是國民賴以生存的主要能源。依據結構和組成的不同，煤炭分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類，其中煙煤又分為低變質煙煤和中變質煙煤，低變質煙煤又稱作次煙煤，其與褐煤一起統稱為“低階煤”。據統計，我國低階煤的儲量占全國已探明的煤炭儲量的55％以上，高達5612億噸，但由于低階煤作為煤化作用初期的產物，具有含碳量低、水分高、易粉化、易自燃、揮發份高、浸水強度差、抗跌強度差等特點，因而嚴重限制了低階煤的直接開發利用，這無疑造成了巨大的資源浪費。另外，隨著國內能源需求的日益增大和優質煤炭資源量的銳減，低階煤的提質轉化與綜合利用已然成為當前我國能源研究與開發的重點領域。
迄今為止，國內外針對低階煤的提質加工技術大致可分為熱解提質技術、非蒸發脫水提質技術和成型提質技術三大類，其中，對于成型提質技術而言，低階煤在成型過程中，高壓或剪切等物理作用對其凝膠結構和孔隙系統產生了不可逆的破壞，因而能夠從本質上提升低階煤的煤階，使其煤化程度也隨之提高，從而解決了干燥低階煤的粉塵大、易重新吸水、易 于自燃等不足。但目前的低階煤提質技術均處于試驗研究和工程化初始應用階段，不存在使其大規模工業化應用的設備，由此限制了低階煤的開發利用。
現階段我國對于生活垃圾的資源化利用方式有目前推行的垃圾堆肥工藝和正在研究的垃圾衍生燃料技術，其中對于垃圾衍生燃料技術而言，雖然該技術已在日、德、美等發達國家得到了產業化應用，但由于我國目前尚不具備規范的垃圾分類收集體系，所以國外對于組分穩定的分類垃圾的燃料制作技術無法適用于我國的高濕混合垃圾，因此，應當針對我國的垃圾回收現狀，設計研發適合我國國情的垃圾資源化處理方法。
搗固焦爐是煤的焦化工藝中使用的大型化設備，其占地面積廣，投資基建費用大。煤焦化是以煤為原料經高溫干餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油并回收其它化工產品的一種煤轉化工藝，其焦炭產品主要是冶金焦或化工焦。由于工業上對這類焦炭的品質要求很高，使得生產冶金焦或化工焦所采用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、氣煤、肥煤、瘦煤、貧瘦煤等煤種，屬于中變質煙煤，但是近年來煤炭資源的短缺，特別是用于焦化工業的中高品質煤原料的減少，使得焦化行業的原料成本與日俱增，加之近幾年鋼鐵、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行業的衰退，導致焦炭產品的需求量減少、價格下滑，從而迫使焦化廠急劇縮減焦炭產量，由此帶來的后果是搗固焦爐停止運行，而一旦焦爐停用便會報廢，那么為了保護斥巨資投建的搗固焦爐設備，就不得不在最低程度內維持焦爐的運行，這樣不僅降低了搗固焦爐的利用度，還會造成焦化行業的產能過剩。因此，如何拯救瀕臨負增長的焦化產業，提高搗固焦爐的利用度，解決焦化行業 產能過剩的問題已成為當前遏制焦化行業發展的瓶頸。
綜上所述，在目前的形勢下如何能夠將搗固焦爐應用于低階煤和生活垃圾的資源化利用領域以使上述問題都得以迎刃而解，是困擾本領域技術人員的一個技術難題。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題在于克服現有技術無法實現低階煤和垃圾的資源化利用的缺陷及現有的搗固焦爐利用度低的問題，進而提供一種適于搗固煉焦的低階煤和垃圾的成型工藝及由該工藝制得的成型料。
為此，本發明實現上述目的的技術方案為：
一種低階煤和垃圾的成型工藝，包括如下步驟：
(1)對生活垃圾進行分類，收集有機物成分，所述有機物成分包括木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾中的一種或多種；
(2)在110-120℃的無氧條件下對所述有機物成分進行干燥處理直至含水量降低至20wt％以下；
(3)將干燥后的所述有機物成分與低階煤混合形成混合物，采用5-40mpa的壓力將所述混合物壓制成型，即制得含低階煤和垃圾的成型料。
干燥后的所述有機物成分的含水量為16～20wt％。
所述低階煤的含水量不大于20wt％。
在所述混合物中，所述有機物成分與所述低階煤的質量比為(4-7)：(3-6)。
在所述混合物中還包含有機粘結劑，所述有機粘結劑在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％。
所述有機粘結劑為軟化點不小于120℃的煤瀝青或石油瀝青。
所述有機粘結劑與所述低階煤的質量比(1-3)：(9-7)。
步驟(3)中壓制成型的條件為：在25-35mpa下保壓0.5-2min。
由上述的成型工藝制得的含低階煤和垃圾的成型料。
本發明采用液壓設備對混合物進行壓制處理，根據所使用的模具的形狀和尺寸的不同，能夠制得具有任意形狀和尺寸的成型料。優選地，本發明制得的垃圾成型料的形狀和尺寸與搗固焦爐的炭化室相匹配。
本發明的上述技術方案具有如下優點：
1、本發明提供的低階煤和垃圾的成型工藝，通過將生活垃圾分類以收集有機物成分，對該有機物成分進行干燥后與低階煤混合，再經壓制處理便可制得含有低階煤和垃圾的成型料，這樣一方面可使低階煤和垃圾原料能夠推入搗固焦爐中進行高溫干餾，另一方面還使得低階煤和垃圾干餾后的固體產物易于從搗固焦爐中推出，從而得到可觀量的粗煤氣、焦油、殘炭。可見，本發明的成型工藝不僅能夠降低油氣和焦炭產品的原料成本，還可有效實現垃圾的資源化利用，使得本發明既有可觀的經濟效益又有一定的社會效益。由此，本發明的成型工藝不僅解決了現有技術因不存在大規模的工業化設備而使低階煤和垃圾應用受限的問題，還有效克服了現有的搗固焦爐利用度低、焦化行業產能過剩的問題。
2、本發明提供的低階煤和垃圾的成型工藝，優選將干燥后的有機物成分與低階煤和粘結劑混合后再壓制成型，進一步優選粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％的有機粘結劑，使得粘結劑中的有效成分可促進低階煤和垃圾中的高分子聚合物在高溫下的降解，從而有助于提高低 階煤和垃圾原料的油氣產量，使油氣總量增產10％以上。并且在成型過程中，一定的壓力作用促使粘結劑將垃圾與低階煤粘合，使得低階煤和垃圾原料在高溫干餾過程中產生的液體能夠滲入至粘結劑中，這樣有助于提高低階煤和垃圾所產的焦炭的質量。
具體實施方式
下面將對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
本發明制得的成型料中的低階煤成分適用于所有的低階煤煤種或其混合物，為便于說明，下述實施例中的低階煤以次煙煤或褐煤為例。在下述實施例中，wt％表示質量百分含量，成型料的質量＝((低階煤的質量+垃圾的質量)×80％+粘結劑的質量)，“kg/t成型料”指每噸成型料得到的產品的千克數，“nm3/t成型料”指每噸成型料得到的粗煤氣的體積換算成0℃、1個標準大氣壓下的立方米數。
實施例1
本實施例所述的低階煤和垃圾的成型工藝，包括如下步驟：
(1)對生活垃圾進行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機物成分；
(2)在110℃的無氧條件下對所述有機物成分進行干燥處理直至含水量降低至20wt％；
(3)將干燥后的所述有機物成分與含水量為20wt％的次煙煤按質量比4:6混合形成混合物，采用40mpa的壓力對所述混合物進行壓制處理，保壓1min后即成型為含有低階煤和垃圾的成型料。
將本實施例制得的成型料推入搗固焦爐中進行提質處理，控制提質溫度為850℃，提質時間為16小時，收集溢出的粗煤氣和焦油，同時得到焦炭。本實施例得到的粗煤氣的量為625nm3/t成型料，焦油的量為70kg/t成型料，殘炭的量為400kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小于60％、揮發分含量不大于6％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的25％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的40％。
實施例2
本實施例所述的低階煤和垃圾的成型工藝，包括如下步驟：
(1)對生活垃圾進行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機物成分；
(2)在120℃的無氧條件下對所述有機物成分進行干燥處理直至含水量降低至16wt％；
(3)待步驟(2)得到的有機物成分的溫度降低至45℃后，將降溫后的所述有機物成分與含水量為15wt％的褐煤按質量比5:5混合形成混合物，采用25mpa的壓力對所述混合物進行壓制處理，保壓0.5min后即成型為含有低階煤和垃圾的成型料。
將本實施例制得的成型料推入搗固焦爐中進行提質處理，控制提質溫度為850℃，提質時間為16小時，收集溢出的粗煤氣和焦油，同時得到焦 炭。本實施例得到的粗煤氣的量為630nm3/t成型料，焦油的量為75kg/t成型料，焦炭的量為389kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小于60％、揮發分含量不大于6％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的20％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的40％。
實施例3
本實施例所述的低階煤和垃圾的成型工藝，包括如下步驟：
(1)對生活垃圾進行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機物成分；
(2)在115℃的無氧條件下對所述有機物成分進行干燥處理直至含水量降低至18wt％；
(3)待步驟(2)得到的有機物成分的溫度降低至55℃后，將降溫后的所述有機物成分與次煙煤、粘結劑混合形成混合物，采用30mpa的壓力對所述混合物進行壓制處理，保壓2min后即成型為垃圾成型料；
其中，所述次煙煤的含水量為18wt％，所述有機物成分與所述次煙煤的質量比為7:3，所述粘結劑與所述次煙煤的質量比1：9，所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％的有機粘結劑，在本實施例中所述有機粘結劑優選為軟化點為125℃的石油瀝青。
將本實施例制得的成型料推入搗固焦爐中進行提質處理，控制提質溫度為850℃，提質時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭。本實施例得到的粗煤氣的量為635nm3/t成型料，焦油的量為75kg/t成型料，焦炭的量為380kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不 小于50％、揮發分含量不大于6％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的30％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的50％。
實施例4
本實施例所述的低階煤和垃圾的成型工藝，包括如下步驟：
(1)對生活垃圾進行分類，收集木制品、竹制品、棉麻制品、紙制品、廚余垃圾等有機物成分；
(2)在120℃的無氧條件下對所述有機物成分進行干燥處理直至含水量降低至19wt％；
(3)待步驟(2)得到的有機物成分的溫度降低至50℃后，將降溫后的所述有機物成分與褐煤、粘結劑混合形成混合物，采用35mpa的壓力對所述混合物進行壓制處理，保壓1.5min后即成型為垃圾成型料；
其中，所述褐煤的含水量為17wt％，所述有機物成分與所述褐煤的質量比為6:4，所述粘結劑與所述褐煤的質量比3:7，所述粘結劑為在850℃隔絕空氣的條件下干餾失重小于50％的有機粘結劑，在本實施例中所述有機粘結劑優選為軟化點為120℃的煤瀝青。
將本實施例制得的成型料推入搗固焦爐中進行提質處理，控制提質溫度為850℃，提質時間為16小時，收集溢出的粗煤氣、焦油，同時得到焦炭。本實施例得到的粗煤氣的量為635nm3/t成型料，焦油的量為74kg/t成型料，焦炭的量為385kg/t成型料，以質量計，其中焦炭中的固體碳含量不小于50％、揮發分含量不大于6％，焦炭篩分后粒徑在40mm以上的顆粒總質量為焦炭總質量的40％，粒徑在25mm以上的顆粒總質量為焦炭 總質量的60％。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。