型煤工艺技术研究

陈 娟，刘 皓，许 伟，白小慧，王战辉，张智芳

(1.榆林学院化学与化工学院，陕西 榆林 719000；2. 陕西麟北煤业开发有限责任公司，陕西 宝鸡 721000)

型煤工艺技术研究

陈 娟1，刘 皓1，许 伟2，白小慧1，王战辉1，张智芳1

(1.榆林学院化学与化工学院，陕西 榆林 719000；2. 陕西麟北煤业开发有限责任公司，陕西 宝鸡 721000)

综述了国内外型煤技术发展状况以及传统型煤技术的分类，重点阐述了型煤成型的机理。并具体针对我国国情，提出型煤未来发展方向主要为环保型煤和生物质型煤，如此既可以节约能源，又可增加经济效益和保护环境。

型煤 ;发展趋势; 机理

我国是世界第一产煤大国， 更是煤炭消费大国，占世界煤炭消费总量的41.3%[1]，在未来几十年内，煤炭作为我国主要能源的主体地位不可撼动[2]。近年来，随着煤炭产量、消费量的急剧增长，发展洁净煤技术，实现煤炭高效清洁利用显得极为重要[3]。而综采水平的提高和下组煤开采比例的增多，粉煤产率不断增加，大部分粉煤得不到合理的利用，并对环境造成严重的污染[4]。从我国国情出发，发展和使用型煤是节约能源、增加经济效益和保护环境的合理有效措施[5]。从目前我国型煤研究和应用来看，由此带来的节能、环保效益均十分明显[6]。

型煤是以粉煤为主要原料，添加粘结剂、助燃剂、固硫剂后，按具有用途所要求的配比和机械强度加工压制成型的，具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品。

1 国内外型煤技术发展状况

20世纪初，德国用年轻褐煤采用高压无粘结剂成型工艺生产褐煤砖作锅炉燃料[7]。1933年，日本开始生产蒸汽机车用型煤，1971年，日本在机车上大范围推广使用型煤[8]。原苏联型煤工业发展也较迅速 ，1985 年产量己超过 1.3 亿 t 。 韩国于 20 世纪 60 年代开始普及使用型煤。近年来生物质型煤技术成为国外型煤技术研究的热点之一，日本、 土耳其、 西班牙、 瑞典、 美国及我国的台湾地区均开展了此方面的研究。

我国从1958年开始先后研究出4种不同工艺的工业型煤。1963 年煤炭部唐山研究所开始研究锅炉型煤，于1964年建成1.2万吨/年的锅炉型煤生产线[9]。20世纪60年代，我国以石灰、纸浆粘土、腐殖酸盐、粘土等作为型煤粘结剂，开发了各种型煤技术，为我国化肥行业生产了大量的造气型煤[10]。中国矿业大学武建军[11]以焦粉为原料，添加粘结剂制得型煤，经炭化得气化型焦，并在陕西府谷建成工业生产线。

2 传统型煤技术及未来发展趋势

2.1 传统型煤技术

2.1.1 工业型煤

工业型煤主要包括锅炉型煤、气化型煤、机车型煤及炼焦型煤。它作为清洁、高效的新型燃料，曾被列入国家“七五”、“八五”攻关项目，引起国内各研究院所、大专院校和煤炭企业的普遍关注，取得了大量研究成果。

20世纪60年代以来，为了解决中小合成氨厂气化用块煤供应不足问题，相继开发了石灰碳酸化煤球、纸浆黏土煤球、腐殖酸盐煤球等成型技术，提供了全国化肥工业60%的造气原料。气化型煤经过几十年的发展，基本实现了“块”煤炉和“型”煤炉的煤种互换而条件基本通用。机车型煤主要由卵形和滴水型等几种形状，该型煤的燃烧温度高。

2.1.2 民用型煤

我国常见的民用型煤有炊用煤球、煤砖、蜂窝煤、烤肉型煤、火锅炭及手炉煤等。一般为35mm～50mm球状或180mm ×180mm ×100mm方形，可由无烟煤、烟煤、褐煤、泥炭等作为主要原料。近年来，虽然城市煤气广泛应用但民用型煤的品种和应用范围愈来愈广。如新研制开发出上点火蜂窝煤已呈现向规模化产业发展的态势。

2.2 未来发展趋势

2.2.1 生物质型煤

生物质型煤是指煤与生物质按一定比例掺混，在高压下压制而成。我国是农业大国，每年农作物秸杆、薪材、工农业废弃物等生物质能资源数量巨大。其中生物质能很大一部分没有被有效利用，而是随便抛弃于田间地头或者就地焚烧，造成了资源的浪费，环境的污染。因此我国具有发展生物质型煤得天独厚的条件。目前国内研究机构较重视开发利用生物质型煤，并进行了大量的研究工作。但是该技术开发仍处于起步阶段，未形成规模产业。

2.2.2 环保型煤

煤炭燃烧是烟尘、废气的主要污染源。我国燃煤污染尤为严重，排放的SO2占全国总排放量的90%，燃煤烟尘排放量占全国烟尘排放量的70%[8]。而我国型煤固硫技术远低于美国、日本等发达国家。因此，着力进行型煤燃烧固硫净化一体技术研究，便于开发和推广环保型煤。

3 型煤成型机理研究

3.1 无粘结剂冷压型煤机理研究

相关学者对于变质程度较低的褐煤无粘结剂成型原理提出了五种假说[12]：沥青假说、毛细管假说、腐植酸说、胶体假说和分子粘合假说。沥青假说认为制备型煤的过程中煤中所含的沥青是关键的因素；毛细管假说认为褐煤是一种胶体物，而胶体物中遍布毛细孔，受到外界压力作用时，由毛细孔挤出的部分水起润滑作用，产生颗粒间相互作用的分子力，但是这一假说无法解释干燥煤的成型现象；腐植酸说认为煤中的腐植酸是一种具有粘结性的胶体，可将煤粒粘合到一起，年轻褐煤腐殖酸产量高，因而易于成型；胶体假说认为粉煤在成型时会产生分子粘合力和范德华粘附力，从而使得型煤、型焦的强度有所提升；分子粘合假说认为压力使得煤粒间由于紧密接触而出现分子粘合现象，煤粒更加紧密的粘合在一起。这些观点均涉及到了褐煤是由于自身的粘结性而制备出型煤的，但是往往忽视了煤自身的性质和外部因素对制备型煤的作用。在成型过程中物料的粘结机理是多种力共同作用的结果，主要包括桥接(固体、液体)、分子力、静电力、自由化学键、交联键等。

3.2 加粘结剂冷压型煤机理研究

粉煤或半焦粉和粘结剂混合料在常温或粘结剂热熔温度下，以较低的外压(15-50MPa)，使粘结剂在煤粒(或炭粒)表面架桥并成型的方法，称有粘结剂冷压成型法。目前人们通过大量的研究，提出多种粘结理论[13]：机械理论、吸附理论、静电理论、化学键理论和配位键理论。机械理论认为粘结剂渗入固体凹凸不平的多空表面内，固化产生锚和、钩和和锲和等作用，使粘结剂与固体表面结合在一起。吸附理论是以分子间作用力为基础的。静电理论认为粘结过程中，粘结界面形成双电子层，从而产生静电作用力。化学键理论是粘结剂分子与固体表面的极性基团之间发生化学反应形成化学键作用力。配位键理论是粘结剂提供电子对而与被粘物之间形成配位键。

黄光许[14]等研究认为神木烟煤有粘结剂成型过程中，粘结剂遍布于煤粒之间，并且粘结剂的固化物对型煤发挥了"桥梁"的作用，将煤粒粘结成整体最终成型。康铁良[15]研究指出粘结剂是成型过程中的关键技术，是制约型煤发展的瓶颈，按结合机理将粘结剂分为水化结合、化学结合、缩聚结合、粘附结合、凝聚结合五种。

[1] 周庆凡，郭金瑞.我国一次能源开发利用现状[J].资源与产业，2009, 11(1):27-33.

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(本文文献格式：陈 娟，刘 皓，许 伟，等.型煤工艺技术研究[J].山东化工，2016，45(24)：53-54.)

The Research on Briquette Technology

Chen Juan1, Liu Hao1, Xu Wei2, Bai Xiaohui1, Wang Zhanhui1,Zhang Zhifang1

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, China; 2. Shaanxi Linbei Coal Industry Development Co., Ltd., Baoji 721000,China)

This paper summarizes development status of briquette technology at home and abroad and classification of traditional briquette technology, especially briquetting mechanism. According to the our national conditions, the future development direction of coal briquette which is environment friendly briquette and bio-briquette was proposed. It can also save energy,increase economic benefits and protect environment.

briquette; development direction; mechanism

2016-11-07

榆林学院高层次人才科研启动资金资助项目(12GK46)；榆林学院发展专项(HGY2014-14)；榆林市工业攻关项目(Gy13-02);2012年陕西省科技厅自然科学基础研究计划(2012JZ1003)；陕西省教育厅协同创新、服务地方计划(15JF035)

陈 娟(1985—)女，陕西神木人，讲师，工学硕士，主要从事煤炭加工利用及煤溶剂萃取方面的研究。

TQ536.1

A

1008-021X(2016)24-0053-02