專利名稱：一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑有關(guān)，更祥而言，是以秸稈灰作為助熔劑，用于降低煤氣化過程中產(chǎn)生灰渣的熔點(diǎn)而在煤中混入的添加物。
背景技術(shù)：
我國高灰熔點(diǎn)煤炭資源儲量較大，其中灰熔點(diǎn)大于1500 0C的煤占煤炭總資源的 50%，若將該資源合理利用，不僅能有效地提高煤炭的利用率，而且能夠緩解能源緊張的局面。煤氣化技術(shù)向高溫高壓的方向發(fā)展，液態(tài)排渣氣化技術(shù)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，由于該技術(shù)對煤種適應(yīng)性強(qiáng)，拓寬了煤種的選擇性，但煤灰熔點(diǎn)必須低于煤氣化操作溫度。由于液態(tài)排渣氣化技術(shù)對灰熔點(diǎn)有嚴(yán)格的要求，使得這些灰熔點(diǎn)大于1500 °(煤的應(yīng)用受到了限制，因此，尋求一種有效的助熔劑以降低煤灰熔點(diǎn)，用以滿足液態(tài)排渣氣化技術(shù)的要求，是現(xiàn)有技術(shù)中迫切需要解決的技術(shù)問題?，F(xiàn)有降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑有鈣基、鐵基、鎂基和鈉基等單一助熔劑，在高灰熔點(diǎn)煤中配入不同比例低灰熔點(diǎn)煤以及添加污泥等。這些助劑的添加能夠在不同程度上有效地降低煤灰的熔點(diǎn)。如公開號為CN 1970698公開了“一種降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑及其制備方法”的發(fā)明專利，其所述助熔劑是用于降低煤氣化過程中產(chǎn)生的灰渣灰熔點(diǎn)而在煤中加入的添加物，所述助熔劑具有下列組分(重量％) =CaCO3 82% 93% ；Fe2O3 2% 16%，余量為MgC03。該助熔劑均勻混入煤中，在氣化過程中能夠改變其灰渣熔融特性，降低灰熔點(diǎn)和灰粘度，從而使灰渣以液態(tài)形式順利排出。再如公開號為101665737 A公開了“一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù)合助熔劑”，該高效復(fù)合助熔劑由兩種或兩種以上含有堿性氧化物礦石粉復(fù)合而成，即助熔劑中MgO含量12 30%，CaO含量3 30%。對于皖北礦區(qū)煤，添加量為2 6%時(shí)，可以使煤灰熔融溫度從1500°C降低至1400°C以下，粘度為 2 25 ·s范圍內(nèi)，有效改善皖北礦區(qū)煤的熔融特性，該助熔劑可用于替代石灰石助熔劑， 添加量僅為石灰石的一半。上述煤灰助熔劑以及公開文獻(xiàn)報(bào)道，大多側(cè)重于在煤灰中添加一定比例的分析純化合物，也有極少涉及到添加石灰石、伊利石和硼砂等礦物質(zhì)或礦物質(zhì)的混合物，這些均屬于通過在煤中添加不可燃的無機(jī)物以降低煤灰熔點(diǎn)。本發(fā)明通過化學(xué)分析和TG-DSC表征，探討了添加部分助熔劑能夠降低煤灰熔點(diǎn)的作用機(jī)理，表明添加助熔劑降低煤灰熔點(diǎn)的本質(zhì)原因是助熔劑使混合灰樣形成了三元或四元的低共熔體，從而降低了煤灰熔點(diǎn)。依據(jù)上述理論，本發(fā)明試圖在煤中混入秸稈灰共氣化，利用秸稈灰較高的硅鋁比值和高的堿金屬氧化物含量，調(diào)節(jié)煤灰中氧化物的比例，使混合灰樣體系在受熱過程中能形成三元或四元的低共熔體，達(dá)到降低煤灰熔點(diǎn)的目的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用秸稈灰較高的硅鋁比和堿金屬氧化物，在煤中混入秸稈共氣化，以降低高灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)，用以滿足液態(tài)排渣氣化技術(shù)的需求，從而提供一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑。一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑，其特征是以秸稈灰作為助熔劑，該助熔劑的組成和含量按重量比為5. 00% 40. 00%的堿金屬氧化物，SiA的含量彡23. 48%, TiO2的含量彡2. 63% , Fe2O3的含量彡14. 14%、CaO的含量彡1. 34%，余量為MgO。其中，所述秸稈是玉米秸稈、小麥秸稈、稻草秸稈和甘蔗渣中的一種；或一種以上的組合；所述的助熔劑的硅鋁比為 . 00 80. 00 ；
本發(fā)明所提供的一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)在于該助熔劑是利用可燃植物秸稈的秸稈灰中所含有的較高的硅鋁比和堿金屬氧化物，在高灰熔點(diǎn)煤中混入秸稈與煤共氣化，改善了高灰熔點(diǎn)煤灰渣的流動(dòng)特性，解決了高灰熔點(diǎn)煤液態(tài)排渣氣化技術(shù)的難題。應(yīng)用該助熔劑調(diào)節(jié)煤灰的硅鋁比值為2. 15^2. 60時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)高灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)降低到1350 0C以下，滿足了液態(tài)渣氣化要求。本發(fā)明以可燃的秸稈代替不可燃的無機(jī)物作為助熔劑，有效地降低了煤的灰熔點(diǎn)，使高灰熔點(diǎn)煤的灰渣順利排出，拓寬了高灰熔點(diǎn)煤的使用范圍，同時(shí)也增加了可燃秸稈燃料的有效利用率，降低了二氧化碳的凈排放量。


圖1是本發(fā)明秸稈灰的硅鋁比值對高灰熔點(diǎn)煤對流動(dòng)溫度的影響。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做出詳細(xì)說明，本發(fā)明所述的助熔劑是可以和煤均勻混合后共氣化，在氣化過程中由于生物質(zhì)燃點(diǎn)低，在氣化爐內(nèi)先燃燒為煤的氣化提供熱量，燃燒后的灰能改善高灰熔點(diǎn)煤的熔渣特性，使原來高于1500°C的高灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)降低到1350°C以下，滿足現(xiàn)有液態(tài)排渣氣化技術(shù)對煤灰熔點(diǎn)的要求；也可以通過添加生物質(zhì)秸稈燃燒后的灰與煤混合均勻氣化，使煤灰熔點(diǎn)降低到1350°C以下。在具體實(shí)施過程煤和生物質(zhì)燃燒后獲得的灰樣，通過灰成分分析測試獲得各自的灰分特性，列舉了三個(gè)煤灰樣品和一個(gè)生物質(zhì)灰樣品于表1中。通過添加不同的助熔劑調(diào)節(jié)煤灰的硅鋁比，使調(diào)整后的混合物(煤灰和生物質(zhì)灰)的硅鋁比值在2. 15^2. 60之間， 采用微機(jī)灰熔點(diǎn)測定儀測試混合物的灰熔點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，混合物(煤灰和生物質(zhì)灰)的硅鋁比值在 2. 15^2. 60之間時(shí)，灰熔點(diǎn)低于1350°C以下，滿足液態(tài)排渣氣化技術(shù)溫度的需求，說明生物質(zhì)灰樣能顯著改善粉煤灰的熔渣特性。由于土壤氣候等差異，不同生物質(zhì)灰的秸稈灰成分有所差異，同樣不同煤灰成分也不同，不能給出助熔劑的準(zhǔn)確的添加量，但是可以利用灰樣具有的加和性，通過幾何平均數(shù)的計(jì)算獲得近似的硅鋁比值，確定助熔劑的添加量，在具體實(shí)施過程中均以秸稈灰進(jìn)行實(shí)施。實(shí)施方式1
秸稈(玉米)燃燒后的灰樣的組成和含量按重量比為6. 13%的堿金屬氧化物，SW2的含量58. 55%, TiO2的含量0. 04% ,Fe2O3的含量2. 65%、CaO的含量10. 19%，余量為MgO0該助熔劑的硅鋁比值為7. 05。通過添加助熔劑分別調(diào)節(jié)煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅鋁比值獲得混合灰樣進(jìn)行灰熔點(diǎn)測量發(fā)現(xiàn)，該助熔劑顯著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔點(diǎn)，使煤灰熔點(diǎn)均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。實(shí)施方式2
秸稈(小麥)燃燒后的灰樣的組成和含量按重量比為25. 31%的堿金屬氧化物，SiO2的含量55. 32%, TiO2的含量0. 08%、Fe2O3的含量0. 73%、CaO的含量6. 14%,余量為MgO0該助熔劑的硅鋁比值為29. 34。通過添加助熔劑分別調(diào)節(jié)煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅鋁比值獲得混合灰樣進(jìn)行灰熔點(diǎn)測量發(fā)現(xiàn)，該助熔劑顯著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔點(diǎn)， 使煤灰熔點(diǎn)均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。實(shí)施方式3
秸稈(水稻)燃燒后的灰樣的組成和含量按重量比為23. 26%的堿金屬氧化物，SiO2的含量74. 67%, TiO2的含量0. 09%、Fe2O3的含量0. 85%、CaO的含量3. 01%,余量為MgO。該助熔劑的硅鋁比值為71. 80。通過添加助熔劑分別調(diào)節(jié)煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅鋁比值獲得混合灰樣進(jìn)行灰熔點(diǎn)測量發(fā)現(xiàn)，該助熔劑顯著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔點(diǎn)， 使煤灰熔點(diǎn)均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。實(shí)施方式4
秸稈(甘蔗渣)燃燒后的灰樣的組成和含量按重量比為23. 61%的堿金屬氧化物，SiO2的含量60. 05%, TiO2的含量0. 44%、Fe2O3的含量1. 62%、CaO的含量4. 56%,余量為MgO。該助熔劑的硅鋁比值為34. 12。通過添加助熔劑分別調(diào)節(jié)煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅鋁比值獲得混合灰樣進(jìn)行灰熔點(diǎn)測量發(fā)現(xiàn)，該助熔劑顯著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔點(diǎn)， 使煤灰熔點(diǎn)均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。實(shí)施方式5
秸稈助熔劑添加到煤樣中實(shí)施效果研究。煤灰以及秸稈助熔劑燃燒后灰樣的灰成分分析見表1，實(shí)施結(jié)果見表2和圖1，由圖1中可知，不同化學(xué)成分的煤灰，通過添加秸稈助熔劑調(diào)節(jié)硅鋁比值到2. 15^2. 60時(shí)，可使高灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)降低到1350 0C以下，滿足液態(tài)渣氣化要求。實(shí)施方式6
秸稈助熔劑添加到煤樣中實(shí)施效果對比研究。通過添加秸稈助熔劑和分析純的CaO， Fe2O3和Nii2O (用Na2CO3代替)助熔劑對比發(fā)現(xiàn)，添加相同量的助熔劑(秸稈助熔劑以秸稈灰計(jì))的實(shí)施結(jié)果見表3，從表3中可知秸稈助熔劑的助熔效果明顯優(yōu)于CaO和狗203，等同于 Na2O助熔劑，說明秸稈助熔劑的添加不僅能夠有效的改善煤灰熔融特性，也能使秸稈類物質(zhì)資源化利用，同時(shí)提高煤炭資源的利用率，緩解我國能源緊張的局面。圖1為本發(fā)明秸稈助熔劑(按實(shí)施例1)對煤灰流動(dòng)溫度影響的實(shí)驗(yàn)研究，不同化學(xué)成分的煤灰，通過添加秸稈助熔劑調(diào)節(jié)硅鋁比值，獲得不同的流動(dòng)溫度，以滿足液態(tài)排渣氣化技術(shù)需求的溫度。表1樣品灰成分分析(wt%)
權(quán)利要求
1.一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑，其特征是以秸稈灰作為助熔劑，所述助熔劑的組成和含量按重量比為5. 00% 40. 00%的堿金屬氧化物、彡23. 48%的SiO2、彡2. 63%的 TiO2、彡 14. 14% 的 Fe203> ^ 1· 34% 的 CaO，余量為 MgO0
2.如權(quán)利要求1所述的一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑，所述秸稈是玉米秸稈、 小麥秸稈、稻草秸稈和甘蔗渣中的一種；或一種以上的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑，所述助熔劑的硅鋁比為 7. 00 80. 00。
全文摘要
一種改善粉煤氣化灰渣熔融的助熔劑是以秸稈灰作為助熔劑，所述助熔劑的組成和含量按重量比為5.00%～40.00%的堿金屬氧化物、≥23.48%的SiO2、≤2.63%的TiO2、≤14.14%的Fe203、≥1.34%的CaO，余量為MgO。其助熔劑具有兩個(gè)典型特性一是具有較高的硅鋁比值7.00～80.00；二是堿金屬氧化物的含量較高5.00%～40.00%。該助熔劑能夠改善粉煤氣化灰渣熔融的特性，降低煤灰熔點(diǎn)，有效地解決了高灰熔點(diǎn)煤無法用于液態(tài)排渣氣化爐氣化的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了灰渣液態(tài)排出，而且以作物秸稈為原料，價(jià)格低廉。
文檔編號C10J3/46GK102304409SQ20111022621
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者崔曉曦, 左永飛, 張慶庚, 李凡, 白永輝, 郝巧鈴 申請人:太原理工大學(xué), 賽鼎工程有限公司