煤炭的压块成型工艺技术及装备系统（课件）吉建斌（尚鼎炉业科技(扬州)有限公司）1、关于煤炭压块成型的基本知识1.1煤炭压块成型技术的发展历史将细小粒度的固体物料压制成具有相同外形的、较大的颗粒，这个过程称之为“压块成型技术”。
William Easby于1848年申请了一项关于技术设想方面的专利，题目是“一种将细煤粉转化成固体块状煤的方法”，在他提交的专利申请保护条款中只提了一项请求：“将任何品种的煤炭细粉压制成固体块状物”。
在同样简短的工艺过程描述中他提出：“这一发明的功用及优势在于，经过这种加工工艺，可以将低价值甚至几乎无用的物料转化成为有用的燃料而应用于轮船、锻造、烹饪以及其他应用领域，使目前的废弃物得以重新利用”。
但在这个专利中，William Easby对煤炭的压块成型完整工艺和压块成型原理几乎没有提及。
这是迄今为止在世界范围内能找到的、最早的关于煤炭压块成型技术的文字性资料。
在大约50年之后，由于科学技术的进步，加压工艺具有了实用性和经济性，才使得Easby的技术设想得以实现。
美国是最先将这一设想开发成为完整工艺流程的国家，该工艺过程包括：先烘干原煤，然后进行破碎筛分，之后将干煤粉与6%比例的可熔融沥青粘结剂混合，再采用辊式压块机将混合物压块成型，最后在装车运输或进入贮仓之前，于输送机中冷却成型煤块。
在二次世界大战后、廉价石油和燃气大量使用之前，美国每年的压块煤产量高达6百万吨。
这种工艺制成的型煤最先被用于家庭采暖，但由于在燃烧时沥青会产生令人讨厌的烟气，故接着进行了许多技术方面的尝试，目标是取消沥青粘结剂的加入。
近年来，煤压块技术又重新引起了人们的关注，且这种关注度远超其起始应用历史阶段。
其原因是：煤的压块成型可以做为活性炭产品制造的第一步骤；煤炭压块技术能够使大量堆存的煤炭筛余料得以重新利用；用于管道输送目的、或者用于脱除煤中硫分和灰分从而使原煤“纯净化”目的而被初步破碎的原煤，除非被重新聚结为较大的尺寸，否则运输存在极大的困难；对于一些工业过程，尺寸小于1/4英寸的原煤如果不经过压块再成型就不能用作合成燃料；压块技术对型焦的生产，以及对冶金级焦炭的制造也有好处；低阶煤（或称低煤化度煤、低热值煤、年轻煤）提质技术流程中，压块成型是关键性技术环节之一。
做为20世纪上半叶推出的一个重要的压块工业，煤的压块成型技术必将在21世纪重新焕发青春。
1.2煤炭压块技术的种类（1）使用粘结剂的压块工艺有两类粘结剂可用于煤炭的压块成型过程。
一类是“基质型粘结剂”，指少量加入的、辅助性的强粘结性（结焦性）煤种，适用于当采用不具有粘结性、或仅有弱粘结性的煤炭（原煤或生产过程中产生的废煤粉等）或煤炭制品（如煤半焦、焦炭粉等）的压块成型，目的是获得高强度、高抗碎裂、高抗磨损的成型煤炭制品。
基质型粘结剂的颗粒被牢牢嵌入固体物料的实体中，故压块料的性能很大程度上取决于粘结剂的性能。
另一类是“薄膜型粘结剂”，可用于煤炭压块过程的这种类型的粘结剂有煤焦油和煤沥青，以后者更为常用。
象胶水那样的薄膜型粘结剂则通常是依赖水或其它溶剂的扩散和蒸发作用而使其获得粘结强度的。
对于某些煤炭品种，虽然单独采取高压工艺也可使其成型为压块料，但有时也要使用一些薄膜型粘结剂，这样做的目的是降低操作压力以使压块料拥有更多的孔隙结构。
可做为煤炭压块成型粘结剂的煤沥青：以煤基压块活性炭制造为例煤沥青分为中温、高温和改质高温煤沥青三种，其软化点依次递增。
活性炭制造行业多采用改质煤沥青，因其软化点高，硬度和可磨性适宜，可与原煤混合制粉，一般用来生产压块、压片、压丸等干粉辊压成型活性炭产品。
煤沥青产品的制造过程：煤焦油经加热静置初步脱水、加碳酸钠脱铵盐预处理后进入管式炉的对流段和一段蒸发器深度脱水，然后于连续式焦油蒸馏装置中依次蒸馏出轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油等馏分，塔釜中的残液为沥青，凝固后即为中温煤沥青（软化点70∽90℃）；中温煤沥青经空气吹制、高温氧化后可获得高温煤沥青（软化点130℃以上）；采用适当配比的中温沥青、脱晶蒽油和焦油轻油调制成软沥青，将软沥青预热到135℃，换热后升温至310℃，进入管式炉的对流段进一步预热，然后转入辐射段，同时注入压力为30kgf/cm2的直接水蒸汽，使温度达到490℃并保持良好的流动性，将得到的高温混相流体导入焦化塔底部，于460℃，3kgf/cm2操作条件下进行延迟焦化，排出焦化轻油、焦化重油及煤气后，于塔釜中得到改质高温煤沥青（又称延迟焦，其软化点可达150∽180℃以上）。
改质煤沥青质量应符合YB/T5194-93规定：质量指标一级品二级品软化点（环球法），℃100～115100～120甲苯不溶物（抽提法），%28～34＞26喹啉不溶物，%8～146～15β-树脂含量，%≥18≥16结焦值，%≥54≥50灰分，%≤0.3≤0.3水分，%≤5≤5（2）不使用粘结剂的压块工艺添加粘结剂的压块过程通常可在低压下进行，当不使用粘结剂时，压块工艺能否成功则取决于物料颗粒的可压制性或塑性重构性能，若颗粒能被紧密地重构到一起则压块即可成功。
不管是否添加粘结剂，对煤炭的压块成型过程来说，操作温度适当高一些是有利的，这就是所谓的“热压块技术”。
对热压块技术的通常理解，意谓着物料被加热到高于环境温度之后再进行压块，此时物料的塑性化过程已开始或临近于开始，物料在这样的温度范围能形成质量更好的压块料，但是若将压块温度控制到适当低于塑性化温度也许更有利。
温度对分散型固体物料的许多性能都有影响，是压块过程的一个重要变量。
参考资料：压块活性炭的代表性制造工艺流程目前国际上通用的压块活性炭制造方法总结如下。
①原料准备工序——原煤的选择及质量控制：从理论上讲，所有的煤种都可用来制造压块活性炭产品，但很少采用单一煤种为制造原料，从可查阅到的资料来看，目前世界上仅有美国卡尔冈和日本三菱化学两家公司采用单一煤种（不加别的含碳原料）制造压块活性炭，前者采用匹兹堡粘煤（相当于中国的1/3焦煤和主焦煤之间的过渡煤种），后者采用新西兰粘煤或越南低灰烟煤为原料。
国内的相关研究表明，虽然用烟煤系列中的某些单一煤种可制成压块炭，但试样的综合性能一般都不是太好，所以国内的压块活性炭生产线多采取配煤法来制造有商业应用价值的活性炭产品，所使用的煤种数量，少则两种，多则三种甚至四种。
当采用无烟煤、褐煤或泥煤用作干法压型活性炭的制造原料之一时，一般均需分析其水分、灰分和挥发分三项指标，做为后继工序的指导；当采用烟煤为制造原料时，除需分析上述三项指标之外，还需分析其CSN、G R。
I。
甚至胶质层特性指数Y和X（只有当CSN和G R。
I。
都不为零时，才进行测定），以初步确定该煤种的配入量及配入比例。
——固体含碳粘合剂的选择及质量控制：为了提高压块活性炭的机械性能，一般均需在原煤中配入一定比例的固体含碳粘合剂，目前多采用石油系沥青或煤系沥青，大量研究表明，石油沥青不是一种优选的粘合剂，而煤沥青是适用的，与煤粉间的互溶性良好。
煤沥青有三种：中温煤沥青、高温煤沥青和改质煤沥青，其中只有软化点在120℃以上的品种才适合于干粉压型炭的生产。
一般地，煤沥青与混合煤粉的混合比例以（8～25）：（75～92）为宜（重量百分比例）。
——制粉：将所有选出的原煤按既定比例混合后破碎至粒度小于2mm，将既定比例的煤沥青掺入混合煤中，磨制成细度小于180目的混合粉体，备用。
②辊压成型及粗破碎、筛选工序：上述制好的混合粉体均匀加入对辊式压型机的进料系统中，于150kgf/cm2以上的辊压下成型为块状、片状、棒状或丸状型料，调整进料（包括筛选工序来的返回料）速度和辊压、辊速，使压型料均匀、致密地制造出来。
型料的机械抗碎裂强度用来表征成型工序的工艺是否适当，具体检测方法是：从距地面2米高度处使型料自由跌落，收集碎裂后的型料，用2.0mm分样筛筛选，当＜2mm的碎料量不超过供测试用型料块总重的20%时，可认为工艺是适当的；这种检测方法称为“掉落试验法”。
型料用适当式破碎机粗破碎、筛选。
细小的破碎型料返回工序再次磨粉，返回料的比例应不少于总物料量的40%，可根据返回料比例判定破碎装置的工艺参数是否适当。
当辊压成型机的模具为压丸状，且粒径为4～15mm时，压丸型料可不经破碎，筛去粉料和“毛边料”后直接进入后继工序进行处理。
成型料的质量控制。
成型料应检测以下指标项目并应将其控制到下列范围内：水分≤5%；挥发分25～35%；CSN 为0～3；GRI为45～65；胶质层最大厚度Y为0～7mm；胶质层最大收缩值X为0～10mm。
除上述指标项目外，还应检测其在富N2空气（N2占85%以上，O2含量少于14%）或纯N2气中的热失重特征曲线，以准确预定炭化温度范围。
③炭化工序和活化工序④其它相关问题——强制性预氧化或预炭化处理对压块活性炭最终性能的影响。
当采用烟煤，尤其是具膨胀性和强结焦性的烟煤为主要原料时，一般均需在炭化工序之前加入强制预氧化或预炭化工序对压块料进行处理，以降低其膨胀性和结焦性。
一般采用200～350℃的热空气或含氧（O2含量应＞15%）热烟道气做为氧化剂，处理强度一般在200L氧/（Kg 型料·小时）～440L氧/（Kg型料·小时）范围内取值，处理时间为3～6小时（根据载气中的O2浓度而定）。
大量研究结果表明，即使采用的烟煤原料不具强膨胀性和结焦性时，预氧化或预炭化处理亦是有利的，不仅可使最终活性炭的吸附性能提高5～15%，还可使活化速率提高，单位时间的产品得率可提高8～12%。
也就是说，预氧化或预炭化技术可在短时间内低成本、高得率地制得更高性能的烟煤基压块活性炭产品。
但是，预氧化处理对以无烟煤、褐煤、泥煤基压块活性炭是无效的、有时是有害的，可使最终制品的机械强度大幅降低。
此时采取氧含量受控的预炭化处理技术则是适当的。
——各工序副产的粉状物料的再利用问题。
在干粉压型炭制造过程的中间环节如氧化工序和炭化工序会不可避免地产生大量的粉状物料，由于这些粉料已经经受了一定的热处理过程，与原煤性能产生了很大的差距，故这些粉状物料的处理一直是令活性炭行业头疼的难题。
经过大量实验证明，预氧化或预炭化工序产生的粉料可回用于压块成型工序，对最终产品性能的不利影响较为有限；而炭化工序产生的粉料则只能做为其它用途的原料来使用。
1.3煤炭压块成型的目的及相应的质量控制措施概述煤炭压块成型的目的不同，则应当采取的工艺流程、技术细节、成型料的质量控制指标体系等也有所不同。
当压块的目的是生产煤基活性炭产品时，压块工序的主要目标是制造出抗磨损强度尽可能高、质量尽可能均匀的成型料，为后继的预氧化或预炭化、炭化和活化加工工序创造出具备良好抗碎裂性能及平均粒径、粒度分布可得以完整保持的工序产物，以及符合预定质量目标的高强度、高抗磨损、品质均匀、吸附性能优越的活性炭产品。
