配加物共炭化技术进展
王艳丽，吴国光，孟献梁，王红林，王敬，刘琼**
作者简介：王艳丽，（1987-），女，山西大同，中国矿业大学煤化工专业，在读硕士
通信联系人：吴国光，（1963-）男，教授，博士生导师，主要从事方洁净煤技术方面的研究. E-mail:
ggwu@cumt.edu.cn
（中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116）
5 摘要：添加剂可以改善原煤的结焦性能，提高焦炭质量，扩大炼焦煤种，降低炼焦成本，是
解决我国优质炼焦煤资源不足的一种有效手段。本文对常用添加剂及其在煤结焦过程中的作
用，以及添加剂对煤炭的改质效果等几方面阐述了国内外在添加剂配煤炼焦方面所取得的进
展。
关键词：粘结剂；瘦化剂；配煤；炼焦；研究进展
10 中图分类号：TQ52
Research on coal blending and additives for coking
WANG Yanli, WU Guoguang, MENG Xianliang, WANG Honglin, WANG Jing,
LIU Qiong
15 (China University of Mining and Techonology, JiangSu XuZhou 221116)
Abstract: Additives can be used to improve the coking behavior of raw coal and coke quality,
expand the types of coking coal and reduce the cost of coking. It is an effective way to solve the
problem of high-quality coking coal inadequate resources in our country. In this paper the progress
on coal blending and additives for coking at home and abroad was described on common additives,
20 the effect of additives in the coking process and the additives upgrading effect.
Keywords: binder; leaning agent; blended coal; coking; research progress
0 引言
据国家地质调查局统计，我国炼焦煤的总储量仅占我国煤炭总储量的27%左右，经济
25 可采储量更低。我国炼焦煤品种齐全，但分布不均。气煤储量较大（包括1/3 焦煤），约占
炼焦煤储量的57%，而焦煤约占16.89%，肥煤约占14.46%，瘦煤约占12.38%。且大部分
的1/3 焦煤、肥煤和瘦煤都是高硫煤[1]。随着我国国民经济的飞速发展，优质炼焦煤资源的
日益匾乏已成为影响焦炭生产、质量和成本的重要因素，合理开发和利用炼焦煤资源，稳定、
提高精煤质量，是中国焦化工业持续健康发展的重要基础。为了扩大炼焦煤资源、降低炼焦
30 成本并提高焦炭质量，近年来开发了许多新炼焦工艺技术，如煤预热、捣固、型焦、配型煤
和加入添加剂等。与其它工艺相比，加入添加剂的特点是工艺变动不大，操作简单灵活，成
本低、焦炭质量提高且稳定[2-4]。炼焦用添加剂可分为活性添加剂和惰性添加剂。
煤岩学角度分析认为，配煤炼焦的结焦过程不仅仅是活性组分的简单粘结，而是两大组
分界面作用与界面反应，要平衡好这种界面作用与界面反应，要有适当的活性物组分和瘦化
35 剂[5]。当煤中活性组分与惰性组分含量达到最优比时，焦炭强度最好[2]。因此添加活性组分
如粘结剂炼焦或添加惰性组分如瘦化剂炼焦，可以改善原煤的结焦性能，提高焦炭质量。本
文简要介绍了常用添加剂及其在煤结焦过程中的作用，并阐述了添加剂对煤炭的改质效果。
 1 一添加粘结剂炼焦
1.1 常用粘结剂
40 粘结剂大致可分为石油系、煤系两大类，二者差别较大，其中引人注目的是沥青含量的
差别。粘结剂内沥青含量的多少，决定着粘结作用的大小。
石油系粘结剂包括石油沥青或原油蒸馏后的渣油、减压渣油等，主要以石油烯为主，饱
和组分和树脂组分具有较多和较长的侧链，热解时很不稳定，不能缩合成牢固的骨架，用作
炼焦粘结剂时效果很差，必须进行改制处理，因而成本较高，且大多数石油渣油含硫较高，
45 对焦炭质量不利[2,6]。
煤系粘结剂包括煤沥青、煤焦油、焦油渣等，和石油系粘结剂相比，所含芳香族物质较
多，与煤的基本结构单位相类似，亲和性能好，因而对炼焦煤改质效果也会更好。煤沥青是
煤焦油加工的主要产品之一，具有良好的润湿性及结焦性。按软化点不同可分为低温沥青、
中温沥青、高温沥青和改质沥青，作为强粘结性煤代用品的改质粘结剂一般应采用软化点
120 o50 C 以上的沥青，使得其既有粘结剂的功效，又能在炭化时具有较高的残炭率，提高焦炭
强度并改善焦炭反应性[2,7]。焦油渣主要由煤粉、焦粉、重质焦油等含碳物质组成。它是一
种炼焦工业废渣，含有苯类、酚类等多种有毒致癌物质，直接外排不但影响大气环境，而且
由地表渗入地下后，会污染地下水源[8]。因此，利用焦油渣作为焦化原料，不仅能够废物利
用，而且对减少环境污染具有重要意[5]。
55 1.2 粘结剂在煤结焦过程中的作用
⑴溶剂化作用。粘结剂能提高煤的流动度，并改善中间相的形成。二者结构越相近，则
溶剂化作用越明显。
⑵粘结作用。粘结剂与煤共炭化时，具有较好的热稳定性，即在塑性阶段，粘结剂能够
与煤作用形成大量稳定的液相，从而改善颗粒间的接触，提高粘结性。
60 ⑶供氢作用。具有供氢能力的粘结剂可以促进中间相的发展并使焦炭各向异性组织含量
提高。
1.3 粘结剂的配合效果
在装炉煤中配入适量的粘结剂可以改善原煤的结焦性能，提高焦炭质量，并可替代强粘
结煤或增加弱粘结或者非粘结性煤用量。
65 1.3.1 改善焦炭质量
多位学者[10-12]研究表明焦化厂的沥青废料对煤塑性阶段具有决定性的影响。较大的C/H
比、芳香性等可提高煤炭可塑性程度，促进焦炭各向异性的发展，并能改善焦炭性能。另外，
利用非炼焦煤、焦油沥青、废旧轮胎等和两种不同煤阶的烟煤共热解，发现具有最高挥发分
产率并在煤塑性阶段以前释放出最大量挥发物的添加物对烟煤的热塑性能影响最为明显。
70 （1）对焦炭组成及显微结构的影响
冶金焦中灰分与硫含量的高低直接影响到焦炭质量的好坏，因此，焦炭中灰分与硫的控
制显得尤为重要。由于现阶段实验研究中使用添加剂均为低灰低硫添加剂，因此焦炭在灰分、
硫分等指标上有所提高[3]。
张丙生等[13]研究了改质沥青对4 种配合煤的几种主要成焦性能的影响。研究表明，改
75 质沥青加入量小于5%时，4 种配煤的灰分均呈下降趋势，挥发分含量则呈上升趋势，硫含
 量变化不大。
Manuel 等[14]用沥青单独碳化得到焦炭的组织指数（TI）来评估沥青与低阶煤的相互作
用能力，TI 越高的沥青，其改性煤生成焦炭的能力就越大。沥青与单种煤共炭化时，焦炭
的TI 和显微强度提高，但抗张强度降低。高TI 和显微强度最大的沥青对抗张强度降低的影
80 响也最大，同时焦炭的表观密度降低，孔隙率和孔尺寸增加。沥青与不互熔的配煤共炭化时，
TI 和显微强度均增加，孔隙率减少，抗张强度变化很小。
因此，炼焦时配入适量的粘结剂可以改善原煤的结焦性能，降低灰分硫分，提高焦炭质
量。
（2）对焦炭冷热强度的影响
85 焦炭在显微结构上的变化最终反映在焦炭冷热强度的变化。多位学者[15-16]研究表明沥青
能明显地改善焦炭质量，降低焦炭灰分、反应性，增加焦炭各向异性成分含量，提高反应后
强度。孙喜民等[17]用自制1.5 kg 小焦炉作为实验工具，以低温煤焦油沥青为改质添加剂，
按不同配比与炼焦配合煤进行炼焦。结果表明低温煤焦油沥青可使焦炭各向异性成分含量明
显增加，从而使焦炭转鼓强度有较大幅度地提高。
90 Zhou 等[18]在50 g 小焦炉中进行了烟煤与废塑料的共碳化试验（其中添加了不同比例的
无烟煤）。在无烟煤添加量为5％时，发现PE、PP 对混合煤的影响相似，当其加入量为6
％时，焦炭强度最大，然后下降；而PS 与PET 会使焦炭强度恶化。焦炭反应性和孔隙度则
随着废塑料添加量的增加而增加。
孙延珍[8]进行了焦油渣的配煤炼焦试验研究，发现焦油渣配入量大于4%时,焦炭质量明
95 显变差，配入焦油渣的比例越大，焦炭机械强度越差，焦炭中固定碳含量越低。焦油渣配入
量为2%时，焦炭的固定碳含量等指标符合国标三级冶金焦的标准，同时创造了较好的经济
效益和明显的环境效益。
由此可知，粘结剂能改善焦炭质量，增加焦炭各向异性成分含量，提高反应后强度。
1.3.2 替代强粘结煤或增加非粘结煤用量
100 申曙光等[19]研究了改质沥青对焦炭质量的影响，结果表明炼焦配煤时配入一定比例的
改质沥青可显著改善煤料的黏结性，可多配用廉价、低硫低灰的弱黏煤和瘦煤，同时改善焦
炭冷强度和热性质，有明显的经济效益。
曹勇飞等[20]研究了配粘结剂对炼焦配合煤质量指标的影响，发现用粘结剂替代好的炼
焦煤可以提高配合煤的质量。用粘结剂同时代替焦煤和肥煤时，添加量在5%左右时较为合
105 适，配合煤中气煤、瘦煤等弱粘结性煤的用量可以提高8%左右，配合煤质基本不变。
尹年亮[15]利用尤里卡沥青为粘结剂，与配煤在10 kg 小焦炉上进行试验，并在此基础上
进行了工业性试验和应用，发现配入该沥青炼焦可以提高焦炭质量，能多用弱粘结性煤，改
善配煤的粘结性和结焦性，并改善焦炭的灰分和机械强度。安徽工业大学曾为南京钢铁厂进
行了尤里卡沥青的7 kg 焦炉试验，发现它可以部分替代强粘结性的肥煤和气肥煤，并可以
110 增加气煤和瘦煤的配量，还能改善焦炭强度[2]。
Stwietlik 等[21]利用煤焦油沥青（CTP）作为添加剂进行实验室规模焦化试验，结果表明
CTP 是一个很好的塑化剂，增强了配煤的结焦性、溶胀性、膨胀度和流动性，可以代替配
煤中的优质炼焦煤并能明显提高弱粘结性煤的结焦性。
试验结果表明，配粘结剂炼焦，可以改善焦炭强度和热性质，替代强粘结煤或增加非粘
115 结煤用量。但改制粘结剂在炼焦过程中析出挥发物量多、速度快，煤中配入量多时，碳化室
 内积炭增多，可能产生推焦困难，收缩过度等不良后果。故其配入量要受到一定限制，一般
不超过3％~5％[2,3,22]。
2 添加瘦化剂炼焦
2.1 常用瘦化剂
120 常用瘦化剂主要包括半焦粉、焦粉、无烟煤粉、石油延迟焦、石油焦等。惰性添加剂一
般在配煤中起两大作用，即降低焦炭的灰分、硫分和抗裂化或补强作用，因而也被称为抗裂
化剂或补强剂[23]。其中焦粉的挥发分很低，为1%~3%，基本上属惰性颗粒；半焦粉和无烟
煤的挥发分较高，约为10%，它们可以降低收缩系数[2]。
当炼焦用煤的灰分、硫分含量高时，常常配入低灰分、硫分的无烟煤粉，以降低配煤的
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