粉煤清洁高效制球化结构炭化型煤关键技术和装备

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1、山西省2016年度国家科学技术奖推荐项目公示材料一、项目名称：粉煤清洁高效制球化结构炭化型煤关键技术和装备推荐单位意见:该项目针对我国大量粉煤深加工转化难题，开发出具有自主知识产权的粉煤清洁高效制球化结构炭化型煤关键技术和装备。发明了基于亚临界H2O+CO水煤气变换反应体系制备煤基粘结剂的方法；发明了可调控产品裂纹生成的球化剂及生产球化结构炭化型煤的方法，解决了长期以来型煤在炭化过程中生成裂纹使产品强度降低的国际难题；发明了非粘结性粉煤（胶质层厚度Y=0）在大型机焦炉（炭化室高4.3m或5.5m）中制气化用炭化型煤的产

2、业化技术。项目共获授权专利13项。  该项目相关成果已在国内外推广四十余项，市场占有率81%。典型应用企业近三年新增销售额十多亿元，减排CO2约百万吨。该项目成果的实施，提升了我国粉煤清洁高效成型利用基础理论、工程技术及装备产业水平。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。  项目简介:无烟煤具有高度缩合的芳香碳-碳交联结构，趋于石墨化，是宝贵的炭材料。以无烟煤为原料洁净生产铸造用炭化型煤，或以非粘结性粉煤为原料洁净生产气化用炭化型煤，是高效利用粉煤资源、保护稀缺优质炼焦煤，保障高端铸造、化工和能源化工行业优质基础原料供给的

3、重要技术途径之一。项目组针对现有型煤产业技术中18存在的粘结剂冷热态性能差、型煤因炭化收缩和裂纹生成而导致产品强度降低和炭化装备烧损率高、热效率低等问题，系统地进行了粉煤清洁高效制球化结构炭化型煤关键技术和装备自主研发，获得的主要发明技术如下：1.研制出高活性Fe/K系催化剂，认识了亚临界H2O+CO水煤气变换反应(H2O+CO=CO2+2H•)体系中催化剂、CO和亚临界H2O对煤热解、自由基和活性氢H•生成、自由基重排及加氢等反应的作用机制，建立了水煤气变换反应生成的活性H•改性煤增粘机理，发明了基于该体系制备高效价

4、廉、由多环芳烃组成、具有高润湿性和强渗透性煤基粘结剂的方法。2.提出了型煤“球化”炭化理念，建立了型煤炭化过程中“小球”生成规律模型，认识了球化结构对裂纹生成和强度的调控机制，发明了可控制产品裂纹生成的球化剂及生产球化结构炭化型煤的方法。3.建立了炭化炉内的温度场分布模型，构建了自由基浓度Ng变迁行为、微晶参数La与强度间关系（M40∝Ng500/Ng900∝△La=La900-La500），认识了型煤粘结炭化机理及气、液、固产物生成等规律，优化了原料煤、煤基粘结剂和球化剂的配比，优选出原料粒度级配方案LDZH002、

5、成型压力和GHMH加热炭化程序，发明了粉煤清洁高效制铸造用炭化型煤的关键装备—热回收炭化炉及系统。采用该装备及系统大幅提高了无烟煤配入量（>45％），打破了无烟煤等非粘结性煤不能炭化结焦的传统定论，降低了原料煤成本，且生产出了大粒度＞140mm、低灰（＜8.0%或8~10%）、高强度（92~98%）的18优质铸造用炭化型煤，各项指标均优于产品出口指标的要求。生产过程中，入炉料烧损由1.5﹪降至<1.0%，吨炭化产品能耗由155kg标煤降至110~130kg，低于美国Jewell-Thompson和澳大利亚KCC改良炉型

6、的技术指标；回收高温烟气热量可减排CO2约0.39吨/吨产品。4.建立了大型捣固煤料在常规焦炉中的收缩速率模型，优化了配煤、捣固成型和炭化等环节，发明了非粘结性粉煤（胶质层厚度Y=0）制气化用炭化型煤的产业化技术，填补了利用非粘结性粉煤在大型机焦炉（炭化室4.3m或5.5m）中大规模生产气化用炭化型煤的的国内外空白，生产出强度高（SI425为91.03~98.56%）、热稳定性好（TS+6为>95%）、反应性适宜（CRI为45~63%）和气化废水中污染物少（无BOD、吡啶、氰化物和硫化物等）且易于处理的气化用炭化型煤。

7、项目共授权专利13项。相关成果已在国内外推广四十余项，如越南和发能源集团和山西兴高能源等企业，近三年实现新增销售额十多亿元，减排CO2约百万吨，经济、社会和环境效益显著。实施企业受到了以联合国为代表的国际社会的高度重视和首肯，获得了全球环境基金、联合国开发计划署和联合国工业发展组织颁发的节能减排荣誉。本成果整体提升了我国工业型煤基础理论、工程技术及炭化装备产业水平，使我国粉煤制炭化型煤技术及装备进入世界先进水平行列。18  客观评价：1. 验收意见2012年7月26日，山西省科技厅组织专家对省自然科学基金课题《球化结构

8、炭化型煤炭化机理和其中界面结合物特性研究》（2010011014-1）进行了验收（会评），评审意见为“项目按照任务书中的预期工作计划，圆满完成了各项指标，取得了优良的实验结果，并在此工作基础上，获得国家级重大科研计划，成绩优秀”。2. 技术鉴定2009年3月4日，山西省科技厅组织煤科院北京煤化所徐振刚研究员、中国炼焦协会首席专家杨