一種燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性添加劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源清潔利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于燃煤過程中高效抑制堿金屬釋放改性添加劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，其中燃煤發(fā)電是煤炭利用的主要形式。隨著電站鍋爐加大使用高堿金屬含量的煤種，與堿金屬有關(guān)的沾污結(jié)渣問題引起的一系列后果不容忽視。主要問題有:換熱效率降低，增加發(fā)電成本；停車檢修影響鍋爐的使用壽命，并且需要投入更多的人力物力財力；堿金屬蒸汽可能會進(jìn)入到汽輪機(jī)中，腐蝕葉片；堿金屬可能會富集在不能被除塵設(shè)備清除的微小顆粒中，釋放出來對環(huán)境和人體產(chǎn)生威脅。因此，抑制燃煤過程中堿金屬釋放具有重大意義。目前的主要方法是煤與添加劑混燒。
[0003]中國專利 CN 104164270 A 將 Si02、A1203、Mn02、Fe203、KMn04、Fe (N03) 3、Ti02、防水粘合劑以一定比例混合后，制成添加劑，用于改善準(zhǔn)東煤燃燒及結(jié)焦特性。中國專利CN 104327903 A采用高嶺石、硅線石、鋁礬土、石英這幾種粘土礦物，并以一定的比例混合均勻，制成一種燃煤添加劑，用于控制粉煤燃燒過程中堿金屬化合物釋放。中國專利CN101775324A公開了一種由MgC03、A1203、0&0)3配比制成的生物質(zhì)固體成型燃料抗結(jié)渣添加劑。中國專利CN 101550374 B采用A1203、Fe203和高嶺土混合制得燃料添加劑，解決了生物質(zhì)固體成型燃料灰熔點(diǎn)低及與之相關(guān)的問題。中國專利CN 104087361 A利用氧化鈣、碳酸鈣、氧化鐵和凹凸棒石粘土混合制備得到燃料添加劑，促進(jìn)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒性能。中國專利CN104479790 A由活性成分和輔料制成復(fù)合添加劑，活性成分為A1203、高嶺土和(NH4)2S04，輔料為粘結(jié)劑和水，用于抑制生物質(zhì)燃燒過程中堿金屬向氣相迀移。中國專利CN104371790 A公開了一種抑制準(zhǔn)東高鈉煤燃燒中堿金屬釋放的添加劑，該添加劑是高嶺土、膨潤土、硅藻土、云母石、葉臘石、海泡石、石英砂以一定質(zhì)量比混合制備而成。
[0004]以上的公開的技術(shù)方案均存在以下問題:
[0005](1)添加劑都是天然礦石，吸附效率有限；
[0006](2)添加劑均是粘土礦物或者氧化物以一定的比例混合制備得到，添加劑對固體燃料燃燒特性的影響只能通過改變組分和比例來調(diào)整，不能靈活調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性添加劑及其制備方法。
[0008]本發(fā)明提出一種用于燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性粘土礦物添加劑，簡稱改性添加劑，其由天然粘土礦物經(jīng)插層和剝離形成，特征在于其內(nèi)部晶體單元層間距較天然粘土礦物大，吸附位點(diǎn)較天然粘土礦物多。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明提出一種用于燃煤過程中高效抑制堿金屬釋放的改性粘土礦物添加劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0010](1)將天然粘土礦物與液態(tài)插層劑混合攪拌實(shí)現(xiàn)插層，進(jìn)行固液分離，清除殘留的插層劑，得到插層粘土礦物；
[0011]或者直接將粘土礦物與固態(tài)、半固態(tài)插層劑混合，經(jīng)機(jī)械研磨得到插層粘土礦物；
[0012](2)將所述插層粘土礦物剝離，得到晶體單元層間距加大的、吸附位點(diǎn)增多的改性添加劑。
[0013]進(jìn)一步的，所述的改性添加劑的制備方法中，粘土礦物為高嶺土、蒙脫石、蛭石、累托石或皂石中的一種或幾種的組合。
[0014]進(jìn)一步的，所述的改性添加劑的制備方法中，插層劑為甲酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸鉀、H3P04、HC1、肼、尿素中的一種或幾種組合；以粘土礦物為基準(zhǔn)，對于液態(tài)插層劑，其與粘土礦物的混合比例為5?50ml/g，液態(tài)插層劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?80%;以粘土礦物為基準(zhǔn)，對于固態(tài)、半固態(tài)插層劑，其與粘土礦物的質(zhì)量混合比例為20?150%。
[0015]進(jìn)一步的，所述的改性添加劑的制備方法中，剝離方法為:先用去離子水洗、酸洗、超聲水洗或超聲酸洗，再進(jìn)行固液分離；或者直接將插層粘土礦物于50?300°C馬弗爐中加熱處理30?120min。
[0016]進(jìn)一步的，所述的改性添加劑的制備方法中，去離子水、硫酸溶液或者鹽酸與插層粘土礦物的比例為2?50ml/g ;超聲處理時間為5?180min。
[0017]進(jìn)一步的，所述的改性添加劑的制備方法中，針對水洗或酸洗的插層粘土礦物的固液分離方法為機(jī)械脫水再烘干。
[0018]本發(fā)明提出一種用于燃煤過程中高效抑制堿金屬釋放的改性粘土礦物添加劑(簡稱改性添加劑)，該添加劑是基于本發(fā)明提出的方法制備而成。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在:
[0020]本發(fā)明改性粘土礦物添加劑的制備方法，通過向粘土礦物中添加插層劑，可有效提高粘土礦物的晶格間隙，并加大粘土礦物的層間距。完成剝離過程時，插層劑離開粘土礦物后，使得添加劑孔隙度和比表面積更大，堿金屬更容易被吸附；另一方面，插層劑離開粘土礦物，因此粘土礦物的配位體減少，形成不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，為吸附堿金屬提供更多的活性位點(diǎn)；反應(yīng)生成的堿金屬硅鋁酸鹽穩(wěn)定性好，不易二次分解，且能有效提高殘?jiān)幕胰埸c(diǎn)。所制得的改性粘土礦物添加劑相對于原粘土礦物來說，吸附能力大大提升。該制備方法工序簡單，條件易控，提高了粘土礦物吸附堿金屬的能力，可有效改善高鈉煤的燃燒特性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性添加劑的制備方法工藝流程不意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明一種燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性添加劑插層剝離示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]在實(shí)施過程中，粘土礦物可以是高嶺土、蒙脫石、蛭石、累托石或皂石中的一種或幾種的組合。插層劑可以是甲酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸鉀、H3P04、HC1、肼、尿素中的一種或幾種組合；以粘土礦物為基準(zhǔn)，對于液態(tài)插層劑，其與粘土礦物的混合比例為5?50ml/g，液態(tài)插層劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?80% ;以粘土礦物為基準(zhǔn)，對于固態(tài)、半固態(tài)插層劑，其與粘土礦物的質(zhì)量混合比例為20?150%。
[0025]實(shí)施過程中，所述的剝離方法為:先用去離子水洗、酸洗、超聲水洗或超聲酸洗，再進(jìn)行固液分離；或者直接將插層粘土礦物于50?300°C馬弗爐中加熱處理30?120min。去離子水、硫酸溶液或者鹽酸與插層粘土礦物的比例為2?50ml/g ;超聲處理時間為5?180min ;針對水洗或酸洗的插層粘土礦物的固液分離方法為機(jī)械脫水再烘干，達(dá)到插層劑脫離粘土礦物的效果。
[0026]制備過程如圖1所示，具體制備步驟如下:
[0027]步驟S01:向粘土礦物中加入甲酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亞砜、KAc、H3P04、HC1、肼、尿素中的一種或幾種插層劑，其中，以粘土礦物為基準(zhǔn)，液態(tài)插層劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?80%，與粘土礦物摻混比例為5?50ml/g ;或以粘土礦物為基準(zhǔn)，所述固態(tài)、半固態(tài)插層劑為粘土礦物質(zhì)量的20?150%。接著混勻攪拌粘土礦物與液態(tài)插層劑，進(jìn)行固液分離操作；或者機(jī)械研磨粘土礦物和固態(tài)、半固態(tài)插層劑混合物得到插層粘土礦物。
[0028]機(jī)械研磨或者液相混合加上較長時間的攪拌可最大程度的使粘土礦物與插層劑混合均勻。插層劑可進(jìn)入到粘土礦物晶格結(jié)構(gòu)中，撐開粘土礦物的層間結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大層間距。
[0029]步驟S02:將插層粘土礦物進(jìn)行剝離操作即可得到改性粘土礦物。方法為水洗、酸洗、超聲水洗或超聲酸洗中的一種。即去離子水、硫酸溶液或者鹽酸與插層粘土礦物以2?50ml/g的比例混合攪拌和/或超聲5?180min，再進(jìn)行固液分離；或者直接將插層粘土礦物于50?300°C馬弗爐中加熱處理30?120min，完成剝離過程，制得改性添加劑。
[0030]水洗、酸洗、超聲波或者加熱操作中的一種可使插層劑離開粘土礦物，增大添加劑的孔隙度和比表面積，更容易吸附堿金屬；同時，插層劑離開粘土礦物導(dǎo)致粘土礦物的配位體減少，結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，為吸附堿金屬提供更多的活性位點(diǎn)；反應(yīng)生成的堿金屬硅鋁酸鹽穩(wěn)定性好，不易二次分解。
[0031]本發(fā)明一種燃煤過程中抑制堿金屬釋放的改性添加劑的插層過程使得插層劑分子進(jìn)入單元層之間，增大層間距，撐開粘土礦物的層間結(jié)構(gòu)。而剝離過程可利用一些物理或化學(xué)方法使插層劑分子離開粘土礦物，產(chǎn)生大量吸附堿金屬的活性位點(diǎn)；吸附堿金屬之后生成的堿金屬硅鋁酸鹽穩(wěn)定性好，在燃燒過程中不易二次分解；同時，由于粘土礦物主要成分為硅鋁氧化物，可以有效提高灰熔點(diǎn)，緩解燃煤過程中沾污結(jié)渣現(xiàn)象。粘土礦物改性之后，吸附堿金屬效率大幅度提升。示意圖如圖2所示。
[0032]現(xiàn)以具體的燃煤過程中抑制堿金屬