33-综述腐植酸煤球的制作与应用要点

综述腐植酸煤球的制作与应用要点

田守国

山东省·沂源化肥厂

摘 要：气化煤球早在我国20世纪60年代就开始应用于固定床煤气炉；分析了南、北两地在型煤应用特点上的差异；型煤制作对原煤质量的要求；型煤与块煤的特性比较；型煤气化特点对煤气炉技术改造的要求。

关键词：煤球、概况、粘结剂、加工、应用、技改

1 气化煤球技术的发展概况

1.1 我国南、北两地在型煤应用特点上的差异

目前，由于无烟块煤市场紧缺，价格过高。为了提高经济效益，减轻无烟块煤的市场压力，于是化肥行业以往长期采用山西无烟块煤为原料的厂家，已经或正在开始上马煤球生产装置，开始尝试探索以煤球为无烟块煤的替代原料。包括一些上世纪80～90年代曾经有煤球装置，但后来因为一些历史原因而拆除不用的厂家，也重新兴建煤球生产线。当今，煤球制气已在化肥行业快速推广，且由南向北呈快速发展之势。但目前我国南、北两地在煤球应用特点和应用技术水平上有较大差异：

1）煤球加工技术方面。南方省份（包括东北、西北两地）因为远离山西无烟块煤产地，绝大部分氮肥生产厂家长期以来一直采用煤球为原料（从上世纪90年代末腐植酸煤棒在湖南、湖北等地推广应用并逐步向外发展）。制作煤球的原料煤是使用当地或就近生产的低质量、低价位的无烟粉煤，也有少部分厂家采用当地无烟块煤为原料。由于长期摸索、总结经验和不断提高，在型煤粘合剂技术方面、加工制作方面和应用方面经验丰富、技术成熟。在当今北方山西无烟块煤和粉煤价格高、货源紧，严重影响生产成本的条件下而南方和东北、西北的省份原来存在的“原料缺陷”反而变化成为原料优势，这些地区生产的无烟煤虽然综合特性不如山西无烟煤，但货源足、价格低的特点已成为这些地区的原料资源优势，长期坚持应用并发展的型煤技术，也成为这些地区企业生命力的主要部分。

2）造气应用方面。在长期的生产实践中摸索出了系统的、成熟的工艺条件和操作方法，型煤气化过程中在强化生产的条件下能够维持工况稳定是其应用技术上的一大优势。

3）系统整体配套条件也根据型煤气化而专门配置，系统整体配套条件看似因陋就简，但其中蕴藏着较深的针对性、专用性的技术内涵。

4）我国有丰富的褐煤资源，这是型煤加工应用方面得天独厚的优越条件。

1.2 型煤分类

工业型煤指锅炉用的动力型煤。民用型煤指炊用的燃料型煤。气化型煤也称“原料型煤”分二大类：煤球和煤棒。煤球以往是指由多种类型不同粘合剂制作的用于固定床气化炉的气化煤球，以往所谓的气化型煤也主要是指煤球。当今，型煤家族成员有所增加，如腐植酸煤棒、型焦等也列入了气化型煤之列。在我国气化煤球早在20世纪60年代末期就开始加工制作，且成功应用在固定床间歇气化煤气炉上，起初只是在少数中、小氮肥厂应用。在当时粘合剂只采用粘土和纸浆，后来相继开发出石灰碳化煤球等多种粘合

剂的型煤。

型煤分类除分为气化型煤、工业型煤、民用型煤外，在加工的粘结剂工艺上也有具体分类，主要是根据有无粘结剂和粘结剂的类型大致可分为：无粘结剂煤球，如热压成的煤球等；有粘结剂煤球，如石灰碳化煤球、粘土煤球、沥青或煤焦油为粘结剂的煤球、焦油渣与粉煤混和的煤球、粘土及纸浆废液复合粘结剂煤球、沥青和石灰复合粘结剂煤球、沥青粘土煤球、粘土及腐植酸粘结剂煤球。目前，以上粘结剂类型的煤球大多数已淘汰，只有腐植酸煤球（或煤棒）已被越来越多的厂家采用，腐植酸粘结剂已经成为型煤粘结剂的主流。石灰碳化煤球在广西、福建、云南等地区还有部分厂家应用，其它地区应用厂家很少。

粉煤成型利用，是粉煤的升级利用，是由燃料煤升级为原料煤的“品位升级”，推广应用煤球制气也是改变原料路线，降低生产成本和减轻或摆脱无烟块煤供求压力的大事所需。

用褐煤制作型煤粘结剂是首选的原料，然而由于我国褐煤资源分布不均衡，部分地区无褐煤资源，因此型煤粘结剂工艺采用的是利用烧碱、无烟煤粉抽取腐植酸制作腐钠粘结剂，另外靠添加粘土增加煤球强度。因此，型煤粘结剂工艺方法还难以有统一标准，在一些厂家煤球加工制作方面还是存在一些难点和问题，煤球制作的强度和化学活性差异较大，型煤的应用特性和效果上也有较大差距。

当今，无褐煤资源的地区煤球腐植酸粘结剂工艺也有新改进，即在煤球中掺加一定量的烟煤，对型煤的化学活性提高有一定益处，由于烟煤在400～450℃时裂解作用明显加强。所以在煤球烘干过程中，温度升高到≥400℃时由于煤的裂解产生许多不同分子量的以碳、氢元素为主的化合物，这些化合物中的低分子部分则呈气体逸出，中等分子的部分则以液态析出形成胶质层，而高分子部分和碳及其它无机物则呈表面软化的固体状态，此条件下气、液、固三态并存，气态产物不断析出而随气流带走，而液态物质即包裹着固体物质的表面，由于此液态物质的胶质体具有极好的粘着力，使型煤的热稳定性得以提高。

气化型煤从形状上区别：当今气化型煤总体上分为煤球与煤棒，煤球粘结剂有多种，而煤棒粘结剂只有传统的清水煤棒和当今的腐植酸煤棒，而清水煤棒已经退出气化型煤之列。煤球形状规格也有多种，如卵形、球形、枕形等，外形规格大小也有所不同，粒度相差较大，堆积密度和孔隙率当然也不同，造型粒度一般用单球重量表示。

2 煤球制作对原煤的要求

2.1 原煤的性质

原料煤的变质程度（即形成年代和煤化程度）对型煤产气量、碳转化率、气化效率影响很大，对无烟煤而言，高变质程度的原煤制作的煤球产气率高，这与其形成的孔结构有关，而在生产实践中产气量与碳转化率和气化效率是成正比的。

无烟煤的灰分物质组成及含量差异较大，煤中的灰分组成主要是氧化铝、二氧化硅、氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化钙、氧化铁、有机硫等。

煤的灰熔点和气化后的出渣形态与灰分中氧化镁、氧化钙、氧化铁和有机硫含量有直接关系，以上元素含量越高灰熔点越低，特别是氧化铁含量高的煤所形成的疤块十分坚硬，破除十分困难。制作型煤的原煤应选择A12O3、SiO2、K20、Na20含量高的粉煤。

煤球的化学活性对气化条件和气化强度影响很大，化学活性强的煤，与氧反应剧烈，气化速度快，氧化层范围集中，上、下行气体温度容易降低，上火挂壁的几率很小。因此，化学活性的高低是原煤选择的主要条件之一。而固定碳含量高化学活性差的煤，因化学活性差氧化过程不能在短时间、短距离、小范围内完成，氧化层则不易集中火层易散，火层散则温度相对低热量不易集中，上、下行气体温度偏高。因此，该特性的原煤不太适合煤球制作。

从煤的物理特性上分析，煤有“沙石性”和“粘土性”之分，沙性煤粒表面光滑、质脆如同河沙，光泽度高，本身无粘连力，亲合力差、塑性差，由于表面孔结构密实，堆沤过程中吸水性差，加压成型后产生反弹力，煤球表面粗糙甚至出现龟裂，机械强度差。沙性煤化学活性差，成渣性差，制作煤球后应用效