一种焦炭的制备方法与流程

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1.本发明属于炭素材料技术领域，特别涉及一种焦炭的制备方法。

背景技术：

2.石油焦是炭素材料的重要生产原料，年消耗量巨大。但近年来随着原油质量的整体下降，石油焦中的硫分和有害金属元素越来越高，满足铝用炭素和石墨电极等炭素材料生产需要的石油焦越来越少。同时石油焦是石化行业的低价值副产品，石化行业生产石油焦的积极性不高，而且随着炼油工艺的进步，出现了基本不产出石油焦的灵活焦化等工艺。从长远考虑，石油资源相对匮乏，难以保障炭素行业对石油焦的长期大量需求。因此必须到一种能够替代石油焦的焦炭原料以保障炭素行业对低灰焦炭原料的需求。沥青焦灰分低，可用于炭素制品生产，但是产量很小，不能满足炭素工业需求；木炭等生物质炭品质较差，难以满足炭素工业需要；煤的储量巨大，但是灰分较高，难以直接用于炭素产品生产。
3.煤的除灰技术日益成熟，低灰超纯煤的制备方法有物理法、化学法和物理-化学除灰法，其中，物理法如选煤机多次精选法、选择性絮凝技术等，化学法如法、酸碱法、熔融碱沥滤法等，物理-化学除灰法如otisca-t工艺、油团-浮选法等，物理-化学除灰法可制备出灰分＜1％的煤。但是这些除灰方法得到的低灰煤，均为细颗粒或粉末状，不能满足炭素行业对大颗粒焦炭原料的需求。
4.目前存在使用煤与煤沥青、焦油等混合生产焦炭的研究和工艺，在使用煤生产焦炭时，通过加入少量煤沥青或焦油等提高焦炭产品的粒度和强度等指标，但是使用的煤是灰分较高的煤炭，最终制备出来的焦炭灰分高，且颗粒强度难以保证，不能用于生产低灰炭素产品。使用煤焦粉等与沥青等粘结剂混合后炭化制备大颗粒焦炭的研究，所用的煤焦粉灰分高，得到的大颗粒焦炭也不能用于生产低灰炭素产品。采用煤和沥青制备铸造用焦等方面的研究，所得产品灰分较高，同样不能用于低灰炭素产品生产。
[0005]“cn107828437a，一种利用煤沥青生产民用洁净焦炭的方法”，使用普通的灰分较高的煤为主要原料，添加煤沥青和多功能复合助剂，热处理后制备出焦炭，获得的焦炭要求灰分≤23％，实施例中焦炭灰分最低的为17.2％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0006]“cn1268717c，一种铸造焦炭的制备方法”，使用无烟煤、煤沥青、煤焦油为原料，成型后在环式炉中炭化，没有对产品灰分提出具体要求，产品灰分也较高，实施例中提及的焦炭最低灰分是4.61％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0007]“cn104194813b，一种焦炭的制备方法”，使用主焦煤粉、无烟煤粉、石油焦粉、沥青粉等多种原料混合后，压铸成型煤，然后炭化，得到的焦炭灰分没有提出明确要求，实施例中制品灰分在8-10％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0008]“cn1872950a，一种炼焦添加剂及炼焦方法”，在炼焦配煤时配入一定比例的无烟煤、贫煤、瘦煤及炼焦添加剂。其炼焦添加剂由成焦剂和成焦促进剂组成，成焦剂包括煤焦油、焦油沥青、石油沥青、渣油等。该专利未对焦炭产品的灰分做出说明，不过该技术是为缓解焦化厂焦煤供应紧张的问题，提供的技术方案没有以减少焦炭灰分为目的，鉴于原料中
的煤为普通煤，且占80％以上，焦炭产品的灰分会比较高。
[0009]“cn1557910a，铸造焦自控调温冷压成型的方法”，利用焦炭末、无烟煤末、风化煤、不粘接煤的一种废料，加煤焦油沥青粘合剂，冷压成为型焦坯体，炭化成为型焦，制得的铸造焦炭灰分＜8％，灰分要求不严格。
[0010]“cn104194816a，一种制备焦炭的方法”，利用主焦煤、瘦煤、无烟煤、焦粉、沥青和石油焦，混合后压铸制得型煤，炭化后制得焦炭，没有对焦炭产品的灰分做出明确要求，实施例中焦炭产品的最低灰分为8.1％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0011]“cn102851050a，一种配煤炼焦方法”，以配合煤或单种煤，添加少量硬质沥青，混匀并粉碎后炼焦，该专利未对焦炭产品的灰分做出说明，不过该技术是为降低焦炭产品反应性，提高焦炭反应后强度，仍属于配煤炼焦领域，提供的技术方案不是以减少焦炭灰分为目的。鉴于原料中的煤为普通煤，且占95％以上，焦炭产品的灰分会比较高。
[0012]“cn1710024a，用散沥青直接配煤生产焦炭的技术”，在配煤品种中有弱粘结性煤或不粘结性煤时，混配时配入重量≤15％的散沥青，该专利未对焦炭产品的灰分提出要求，原料中的煤为普通煤，焦炭产品的灰分高,所提及的焦炭产品灰分最低为13.23，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0013]“cn101429462a，一种低价优质炼焦煤”，采用气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、焦油沥青、不粘煤和(或)弱粘煤作为炼焦煤，专利中提及制得的焦炭灰分为12.30％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0014]“cn1587349a，一种用低挥发份弱粘结或非粘结性煤炼焦的方法”，利用低挥发分弱粘结或非粘结性，配入0.5-20％(占原料煤的比例)的乳化沥青，混合后挤压，然后焦化制备焦炭。该专利未对焦炭产品的灰分提出要求，所提及的焦炭产品灰分为11.6％，难以用作低灰炭素产品的原料。
[0015]
上述技术均未解决以煤为原料，制备低灰分焦炭的问题。

技术实现要素：

[0016]
本技术的目的在于提供一种焦炭的制备方法，解决现有技术无法解决以煤为原料制备低灰分焦炭的技术问题。
[0017]
本发明实施例还提供了一种焦炭的制备方法，包括如下步骤：
[0018]
得到除灰煤；
[0019]
将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物；
[0020]
将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0021]
可选的，所述除灰煤的干基灰分≤1.5％。
[0022]
可选的，所述除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比≥50％。
[0023]
可选的，以质量百分比计，所述混合物包括10-90％的所述除灰煤。
[0024]
可选的，所述粘结剂包括煤焦油、煤沥青、石油渣油及石油沥青中的任意一种或多种组合。
[0025]
可选的，所述混合物中，所述粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积≥0.03。
[0026]
可选的，所述热处理包括如下步骤：
[0027]
将所述混合物从室温加热至预设温度；
[0028]
在预设温度的条件下保温至预设时间，得到焦炭；
[0029]
其中：
[0030]
所述预设温度为450-1400℃。
[0031]
可选的，所述预设时间为20min-24h。
[0032]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0033]
本发明实施例提供的一种焦炭的制备方法，包括如下步骤：得到除灰煤；将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物；将所述混合物经热处理，得到焦炭。本发明通过上述步骤，将除灰煤与粘结剂混合，利用粘结剂将除灰煤粘结，以应对除灰煤粒度较小的情况，而后进行热处理，将粘结后的混合物制备为焦炭，通过该方法制备得到的焦炭，其灰分＜1.5％，可满足铝用炭素和石墨电极等低灰炭素产品对原料灰分和粒度方面的要求。
[0034]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0036]
图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
[0037]
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
[0038]
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
[0039]
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0040]
本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0041]
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种焦炭的制备方法，包括如下步骤：
[0042]
s1、得到除灰煤。
[0043]
具体而言：此处的除灰煤可以通过任意一种现有工艺制备得到，也可以通过任意一种现有渠道购买得到。
[0044]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0045]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0046]
本发明通过上述步骤，实现了利用煤制备低灰分焦炭的目的，具体地，其通过步骤s2将除灰煤与粘结剂混合，利用粘结剂将粉末或颗粒状的除灰煤粘结为一体，以应对除灰煤粒度较小、导致焦炭产品无法满足要求的情况，通过步骤s3，对混合物进行热处理，将粘结后的混合物制备为焦炭，通过该方法制备得到的焦炭，其灰分＜1.5％，可满足铝用炭素和石墨电极等低灰炭素产品对原料灰分和粒度方面的要求。
[0047]
在一些实施例中，所述除灰煤的干基灰分≤1.5％。
[0048]
在一些实施例中，以质量百分比计，所述混合物包括10-90％的所述除灰煤。
[0049]
控制除灰煤的干基灰分≤1.5％的原因在于：本技术目标是，制备的焦炭可作为铝用炭素或石墨电极等低灰炭素制品的原料或部分原料，因此制备该焦炭所用的除灰煤需要限定灰分范围。某些低灰炭素制品(如铝用炭阳极)添加部分灰分＜1.5％的焦炭是可行的。结合本技术所述除灰煤与粘结剂混合物中，粘结剂的质量百分比与粘结剂结焦值的乘积下限为0.03，除灰煤的最大质量百分比为90％，并且考虑到混合物热处理过程中还伴随着挥发分的挥发(会导致所得焦炭中灰分进一步增加)，如果除灰煤灰分超过1.5％，最终所制备焦炭的灰分很可能超过1.5％，将难以作为低灰炭素制品的原料。
[0050]
在一些实施例中，所述除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比≥50％。
[0051]
控制上述参数范围的目的在于：在物理法、化学法和物理-化学除灰法等煤的除灰过程中，只有将煤破碎得较为细小，才能通过上述方法使灰分从煤基体中充分分离出来或反应消耗掉。超出上述粒度范围的煤(即粒度较粗的煤)，其除灰效果将很难满足本技术对除灰煤灰分的要求。
[0052]
在一些实施例中，所述粘结剂包括煤焦油、煤沥青、石油渣油及石油沥青中的任意一种或多种组合。
[0053]
选取上述物质作为粘结剂的原因在于：这些粘结剂灰分较低，来源较广，价格低廉。
[0054]
在一些实施例中，所述混合物中，所述粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积≥0.03。
[0055]
控制上述参数范围的意义在于：控制上述乘积的范围的情况下，粘结剂经过热处理后会具有一定的结焦量，可以将除灰煤颗粒或粉末结合起来，以保证最终焦炭的强度。
[0056]
在一些实施例中，所述热处理包括如下步骤：
[0057]
s3.1、将所述混合物从室温加热至预设温度；
[0058]
s3.2、在预设温度的条件下保温至预设时间，得到焦炭；
[0059]
其中：
[0060]
所述预设温度为450-1400℃。
[0061]
控制预设温度的范围的原因在于：当预设温度低于450℃时，将难以使混合物转变为焦炭(或需保温过久)；而当预设温度高于1400℃时，对热处理设备的要求过高，且浪费能源。因此本方案中控制预设温度为450-1400℃。
[0062]
在一些实施例中，所述预设时间为20min-24h。
[0063]
控制预设时间的原因在于：当预设时间过短时，混合物无法完全转变为焦炭；当预设时间过长时，浪费能源，生产效率低。因此本方案中控制预时间为20min-24h。需要说明的
是，由公知常识可知，保温温度越高，除灰煤与粘结剂的混合物转变为焦炭所需要的时间会越短。
[0064]
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本技术的方案进行详细说明。
[0065]
实施例1
[0066]
本实施例提供了一种焦炭的制备方法，步骤如下：
[0067]
s1、得到除灰煤。
[0068]
其中：除灰煤的干基灰分为0.78％，除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比为99.18％。
[0069]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0070]
其中：混合物包括70％的除灰煤和30％的粘结剂，粘结剂选择煤焦油，其结焦值为24.06％，粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积为0.072。
[0071]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0072]
s3.1、将所述混合物从室温加热至450℃；
[0073]
s3.2、在450℃的条件下保温8h，得到焦炭。
[0074]
实施例2
[0075]
本实施例提供了一种焦炭的制备方法，步骤如下：
[0076]
s1、得到除灰煤。
[0077]
其中：除灰煤的干基灰分为1.48％，除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比为50.64％。
[0078]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0079]
其中：混合物包括50％的除灰煤和50％的粘结剂，粘结剂选择煤焦油和石油沥青的混合物，其结焦值为26.71％，粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积为0.134。
[0080]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0081]
s3.1、将所述混合物从室温加热至680℃；
[0082]
s3.2、在650℃的条件下保温23.5h，得到焦炭。
[0083]
实施例3
[0084]
本实施例提供了一种焦炭的制备方法，步骤如下：
[0085]
s1、得到除灰煤。
[0086]
其中：除灰煤的干基灰分为1.12％，除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比为87.15％。
[0087]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0088]
其中：混合物包括89％的除灰煤和11％的粘结剂，粘结剂选择煤焦油、煤沥青、石油渣油和石油沥青的混合物，其结焦值为31.28％，粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积为0.034。
[0089]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0090]
s3.1、将所述混合物从室温加热至1400℃；
[0091]
s3.2、在1400℃的条件下保温20min，得到焦炭。
[0092]
实施例4
[0093]
本实施例提供了一种焦炭的制备方法，步骤如下：
[0094]
s1、得到除灰煤。
[0095]
其中：除灰煤的干基灰分为0.94％，除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比为100％。
[0096]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0097]
其中：混合物包括10％的除灰煤和90％的粘结剂，粘结剂选择煤沥青和石油渣油的混合物，其结焦值为50.68％，粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积为0.456。
[0098]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0099]
s3.1、将所述混合物从室温加热至1050℃；
[0100]
s3.2、在1050℃的条件下保温6h，得到焦炭。
[0101]
实施例5
[0102]
本实施例提供了一种焦炭的制备方法，步骤如下：
[0103]
s1、得到除灰煤。
[0104]
其中：除灰煤的干基灰分为0.86％，除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比为100％。
[0105]
s2、将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物。
[0106]
其中：混合物包括60％的除灰煤和40％的粘结剂，粘结剂选择石油沥青，其结焦值为29.65％，粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积为0.119。
[0107]
s3、将所述混合物经热处理，得到焦炭。
[0108]
s3.1、将所述混合物从室温加热至1300℃；
[0109]
s3.2、在1280℃的条件下保温1h，得到焦炭。
[0110]
实验例
[0111]
对实施例1-5制得的焦炭进行颗粒稳定性检测，以反映其强度。检测结果如下表1所示。
[0112]
检测方法为：制备出焦炭后，如果焦炭热处理过程的预设温度低于1250℃，将焦炭装入带盖的坩埚内，以每分钟3℃的升温速度升温至1250℃，在1250℃保温2小时，冷却后测量颗粒稳定性；如果焦炭热处理过程的预设温度不低于1250℃，直接对焦炭取样测量颗粒稳定性。
[0113]
表1焦炭的检测结果
[0114]
焦炭灰分％挥发分％煅烧温度℃颗粒稳定性％实施例10.6614.10125079.13实施例21.294.69125086.91实施例31.080.20 74.03实施例40.430.90125091.23实施例50.830.27 82.37石油焦
ꢀꢀꢀ
70-90％
[0115]
由上表可知，根据实施例1-5和石油焦的对比，应用本发明实施例提供的方法制备得到的焦炭的颗粒稳定性能够满足铝用炭素和石墨电极等低灰炭素产品对原料灰分和粒度方面的要求，且其灰分≤1.5％。
[0116]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。
[0117]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0118]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种焦炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：得到除灰煤；将所述除灰煤与粘结剂混合，得到混合物；将所述混合物经热处理，得到焦炭。2.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述除灰煤的干基灰分≤1.5％。3.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述除灰煤中＜1mm的部分的质量百分比≥50％。4.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述混合物包括10-90％的所述除灰煤。5.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括煤焦油、煤沥青、石油渣油及石油沥青中的任意一种或多种组合。6.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述混合物中，所述粘结剂的质量百分比与粘结剂的结焦值的乘积≥0.03。7.根据权利要求1所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述热处理包括如下步骤：将所述混合物从室温加热至预设温度；在预设温度的条件下保温至预设时间，得到焦炭；其中：所述预设温度为450-1400℃。8.根据权利要求7所述的焦炭的制备方法，其特征在于，所述预设时间为20min-24h。

技术总结

本发明特别涉及一种焦炭的制备方法，属于炭素材料技术领域。其包括如下步骤：得到除灰煤；将除灰煤与粘结剂混合，得到混合物；将混合物经热处理，得到焦炭。本方法通过上述步骤，将除灰煤与粘结剂混合，利用粘结剂将除灰煤粘结，以应对除灰煤粒度较小的情况，而后进行热处理，将粘结后的混合物制备为焦炭，通过该方法制备得到的焦炭，其灰分＜1.5％，可满足铝用炭素和石墨电极等低灰炭素产品对原料灰分和粒度方面的要求。粒度方面的要求。粒度方面的要求。