專利名稱：一種型煤固硫除塵助燃添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃煤二氧化硫和煙塵污染控制及助燃節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種高效型煤固硫除塵助燃添加劑。
我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國與消費國，煤炭占能源結(jié)構(gòu)的75％，而其中的85％的煤是直接用于燃燒，燃燒中排放的二氧化硫和碳質(zhì)粉塵已成為我國大氣的主要污染物質(zhì)，據(jù)統(tǒng)計，大氣污染中的80％的煙塵和90％的二氧化硫來自于燃煤，由燃煤污染而引起的酸雨已成為公害，現(xiàn)已造成我國國土面積的40％處于酸雨污染控制區(qū)。因此，治理燃煤污染，減少燃煤二氧化硫和煙塵的排放是當(dāng)前我國環(huán)保工作的重大課題。民用爐灶在我國農(nóng)村和城鎮(zhèn)分布量多面廣，煤炭燃燒不充分導(dǎo)致碳質(zhì)煙塵較大，難以統(tǒng)一管理與集中治理，加上煙氣的低空排放，不易擴(kuò)散，二氧化硫和碳質(zhì)粉塵的地面濃度很大，對人體健康造成極大威脅。因而，解決民用爐灶燃煤的二氧化硫和碳質(zhì)粉塵污染問題，也是控制城市煤煙型大氣污染的關(guān)鍵，更是成為北方地區(qū)為改善冬季大氣環(huán)境質(zhì)量所必須采取的一項有效措施。
目前國內(nèi)關(guān)于型煤污染治理技術(shù)中采用添加劑的方法是其中之一。該方法有如下相關(guān)報道CN1229129A公開了向普通煤炭中添加天然白云巖，該方法原料易得且便宜，但添加量太大，高達(dá)40％，而且灰分太高，影響煤的燃燒及使用性能；CN1134973A公開的高效節(jié)煤凈化劑，可提高火焰溫度，熱效率，節(jié)煤及降污，但所用化工試劑過多，難以普及推廣；CN1169461A公開了一種型煤添加劑及制造方法，成分較復(fù)雜，只重視型煤燃燒性能和粘結(jié)使用功能，未對二氧化硫等污染物進(jìn)行處理。還有CN1177628A、CN1169462A等，添加劑成分均較復(fù)雜，大多為高價的化工原料，并且固硫率也不高。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有型煤技術(shù)中固硫率低、煙塵量大及燃燒不完全等缺點，提供一種集粘結(jié)、固硫、助燃為一體的在高溫條件下保持較高固硫率并起到降低煙塵和助燃作用的新型型煤添加劑。
本發(fā)明的添加劑是由固硫劑、粘結(jié)劑、膨脹疏松吸附劑、固硫催化劑及助燃氧化劑所組成，它們在原煤中的含量固硫劑Ca/S摩爾比為2～2.5、粘結(jié)劑為4～17％，最佳為10～15％、固硫催化劑為0.1～0.6％、膨脹吸附劑4～17％，最佳為5～10％、助燃氧化劑0.1～0.6％，最佳為0.4～0.6％。
本發(fā)明所述的固硫劑包括石灰石、白云石、大理石或它們的尾礦，其主要特點均以CaCO3、MgCO3或其混合物為主要化學(xué)成分，石灰石、白云石礦床資源分布廣泛，量大質(zhì)優(yōu)；所述的粘接劑包括膨潤土、高嶺土或含此類粘土礦物較高的黃泥或紅泥，所述的膨潤土化學(xué)組成SiO256～65％,Al2O310～20％,MgO+CaO 4～7％，它是以蒙脫石為主要礦物成分的鈣基或鈉基膨潤土，具有較高的吸水膨脹性和層間陽離子交換性能，該礦產(chǎn)是我國優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，遍布全國26個省、市和地區(qū)；所述的膨脹疏松吸附劑包括蛭石、膨脹珍珠巖或它們的尾礦，其中蛭石化學(xué)組成SiO237～42％,Al2O310～13％,MgO 14～23％,Fe2O3+FlO 6～10％，它具特有的灼熱時體積膨脹并彎曲的性能，體積可增大15～25倍，蛭石礦床在我國儲量大，分布廣，各省區(qū)已發(fā)現(xiàn)蛭石礦床100多處；所述的固硫催化劑包括氧化鐵、氧化錳、石鹽或螢石；所述的氧化劑包括高錳酸鉀、高氯酸鉀或氯酸鉀。
本發(fā)明的添加劑的使用方法包括以下步驟(1)將原煤粉和固硫劑、粘結(jié)劑、膨脹疏松吸附劑的粉料混勻；(2)將助燃氧化劑、固硫催化劑溶于水中，混勻，所述的水量為原煤粉和添加劑成份總重量的5～10％，(3)將步驟(1)和步驟(2)的混合物攪拌均勻后壓制成形。
本發(fā)明技術(shù)的固硫原理----------------------------(1)----------(2)------------(3)-----------------------(4)-------------------(5)-----------(6)-------------------(7)煤中硫分無機(jī)硫和有機(jī)硫，其中無機(jī)硫有單質(zhì)硫及硫鐵礦硫和硫酸鹽硫，主要為黃鐵礦硫，它們在煤燃燒過程中均被氧化為二氧化硫，如(1)、(2)和(3)式；鈣基固硫劑固硫行為的化學(xué)過程通過(4)、(5)和(6)式反應(yīng)體現(xiàn)，當(dāng)減小碳酸鈣粒度，有利于二氧化硫和氧化鈣顆粒有效表面的接觸，提高氧化鈣利用率，從而提高固硫率，實際上(5)式和(6)式的反應(yīng)均存在二氧化硫被氧化成三氧化硫的子化學(xué)反應(yīng)過程，當(dāng)有催化劑存在和較高濃度氧氣時，此過程可直接決定燃煤固硫效率；(7)式揭示了高溫下導(dǎo)致固硫率低的原因，此反應(yīng)在還原環(huán)境下可在800℃以上發(fā)生，煤的燃燒通常要高于此溫度，故可通過添加催化劑和抑制硫酸鹽分解來提高固硫率。研究表明，某些催化劑可同時對硫酸鹽分解起一定抑制作用。添加某些高溫下具膨脹性能的礦物，一方面可導(dǎo)致型煤整體結(jié)構(gòu)松散，促進(jìn)氧氣在內(nèi)部擴(kuò)散流通，利于二氧化硫與碳酸鈣分解產(chǎn)物氧化鈣接觸，提高活性氧化鈣比例。同時，還原氣氛下固硫產(chǎn)物硫酸鈣分解速率大大降低，促使固硫率提高；另一方面，膨脹產(chǎn)生層間巨大的比表面能和層間空域，為吸附和固定硫酸鈣創(chuàng)造了極好的力學(xué)能量條件和空間場所；另外，較高氧氣濃度促進(jìn)了煤中含碳物質(zhì)燃燒，與助燃氧化劑協(xié)同起到良好助燃作用，從而減少碳質(zhì)粉塵飄散和一氧化碳排放濃度。
本發(fā)明技術(shù)的助燃原理添加劑中助燃氧化劑和膨脹疏松吸附劑協(xié)同作用產(chǎn)生助燃效果，高錳酸鉀或氯酸鉀分別在200或300℃時分解產(chǎn)生氧氣，造成型煤內(nèi)部富氧環(huán)境，促進(jìn)了與煤相低溫蒸發(fā)或分解逸出的可燃?xì)怏w接觸并發(fā)生氧化反應(yīng)，從而降低著火點，利于接火和提高火焰溫度，在高溫條件下，膨脹疏松劑受熱膨脹使型煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，為外部氧氣順利進(jìn)入提供了通道，從而有效防止了型煤內(nèi)部因高溫下不完全燃燒而形成的結(jié)渣現(xiàn)象，充分利用了煤的熱效率，節(jié)約了用煤，同時降低因不完全燃燒而產(chǎn)生的碳質(zhì)煙塵。
本發(fā)明技術(shù)的粘結(jié)成型原理以無機(jī)粘土為粘結(jié)劑可同時吸附燃煤產(chǎn)生的有害有毒元素，降低燃煤污染，節(jié)約能源。本發(fā)明采用的膨潤土等粘土礦物，具有良好的吸附水能力，吸水后，體積膨脹大，使粘土結(jié)構(gòu)層發(fā)生微妙變化，可塑性、附著性和粘結(jié)性變強(qiáng)，與原煤顆粒及其它添加劑混合粘結(jié)，造粒性能明顯優(yōu)化，大大提高了混合料的可塑性和結(jié)合性，從而提高了型煤濕、干強(qiáng)度。
本發(fā)明的主要優(yōu)點通過上述固硫、燃燒和粘結(jié)成型原理分析看出，在型煤中加入本發(fā)明的添加劑，特別是添加劑中含有膨脹疏松吸附劑和粘結(jié)劑，致使固硫率提高，不同燃燒溫度下采用不同配方，固硫率均在65～98％，比原煤自身固硫率提高約4倍左右，相同燃燒工況下比市售北京民用蜂窩煤高3倍；型煤粘結(jié)性好，直接與原煤混合在30MPa加壓成型，其抗壓強(qiáng)度指標(biāo)(1.0～1.4MPa)大于北京地區(qū)市售蜂窩煤(0.7～1.1MPa)，燃燒后具有較高的強(qiáng)度；本發(fā)明所用的原料是以儲量豐富的天然礦石為主，因此原料易得、價廉；煤中加入本發(fā)明添加劑著火點低，火力強(qiáng)，煙塵量少，燃燒效率高，燃燒時間長，燃煤利用率高，節(jié)煤15～20％，煤渣含碳量可降低40～65％，環(huán)境污染小。本發(fā)明的添加劑適用煙煤和無煙煤。
下面通過具體實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的特點。
下面的實例1～實例3的原煤為山東肥城高硫煙煤，實例4～實例6的原煤為山西大同無煙煤。石灰石粉為唐山華立碳酸鈣有限公司生產(chǎn)，膨潤土為河北省宣化縣堰家溝超大型膨潤土礦床，上述兩種原料均粉碎200目過篩，蛭石尾礦采用新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊蛭石開發(fā)公司生產(chǎn)廠的選礦廢棄物即尾礦，過60目篩。
實例1原煤120份，石灰石粉30份，膨潤土20份，氧化鐵粉0.5份，高錳酸鉀0.5份，蛭石尾礦5份，再加水10份，攪拌均勻后放入模具，于30MPa壓力下制成直徑25mm，高度約22mm圓柱形型煤試樣。
實例2原煤120份，石灰石粉30份，膨潤土20份，氧化鐵粉0.5份，高錳酸鉀0.5份，蛭石尾礦10份，再加水10份，攪拌均勻后按實例1方法成形。
實例3原煤120份，石灰石粉30份，膨潤土20份，氧化鐵粉0.5份，高錳酸鉀0.5份，蛭石尾礦20份，再加水10份，攪拌均勻后按實例1方法成形。
實例4原煤120份，石灰石粉1.6份，膨潤土5份，氧化鐵0.2份，高錳酸鉀0.3份，蛭石尾礦5份，再加水10份，攪拌均勻后按實例1方法成形。
實例5原煤120份，石灰石粉1.6份，膨潤土5份，氧化鐵0.2份，高錳酸鉀0.3份，蛭石尾礦5份，再加水10份，攪拌均勻后按實例1方法成形。
實例6原煤120份，石灰石粉1.6份，膨潤土5份，氧化鐵0.2份，高錳酸鉀0.3份，蛭石尾礦5份，再加水10份，攪拌均勻后按實例1方法成形。
實例7本實例是對實例1～實例6的型煤試樣的性能進(jìn)行測試。
燃燒實驗將實例1～實例6的試樣以及按實例1同樣的方法制得型煤試樣放入箱式電爐進(jìn)行燃燒實驗，燃燒中保持空氣流通，使型煤樣徹底燃燼，取出分析，在650℃、750℃、850℃、950℃、1050℃下燃燒，燃燒后除原煤樣坍塌外，其余煤渣保持原形，形狀完好，無明顯裂紋，不掉渣，質(zhì)輕。
對實例1～實例6的試樣的固硫效率測試采用GB212-77方法，測定制灰條件下煤灰的固硫率，計算公式為
其中，硫的分析在地礦部北方煤碳測試中心采用燃燒法測定。測試結(jié)果見

圖1和表1。表權(quán)利要求
1．一種型煤固硫除塵助燃添加劑，其特征在于它的組成及其含量固硫劑Ca/S為2～2.5、粘結(jié)劑4～17％、固硫催化劑0.1～0.6％、膨脹疏松吸附劑4～17％、助燃氧化劑0.1～0.6％。上述百分?jǐn)?shù)均以原煤重量為基準(zhǔn)，所述的固硫劑量以固硫劑中的Ca原子與煤中的S原子摩爾比計。
2．按照權(quán)利要求1所述的添加劑，其特征在于它的組成及其含量固硫劑Ca/S為2～2.5、粘結(jié)劑10～15％、固硫催化劑0.1～0.6％、膨脹疏松吸附劑5～10％、助燃氧化劑0.4～0.6％。上述百分?jǐn)?shù)均以原煤重量為基準(zhǔn)，所述的固硫劑以固硫劑中的Ca原子與煤中的S原子摩爾比計。
3．按照權(quán)利要求1所述的添加劑，其特征在于所述的固硫劑包括石灰石、白云石、大理石或它們的尾礦，所述的粘結(jié)劑包括膨潤土、高嶺土，所述的膨脹疏松吸附劑包括蛭石或膨脹珍珠巖及它們尾礦，所述的固硫催化劑包括氧化鐵、氧化錳、石鹽、螢石粉，所述的助燃氧化劑包括高錳酸鉀、高氯酸鉀或氯酸鉀。
4．權(quán)利要求1、2或3所述的添加劑的使用方法，包括以下步驟(1)將原煤粉和固硫劑、粘結(jié)劑、膨脹疏松吸附劑的粉料混勻，(2)將助燃氧化劑、固硫催化劑溶于水中，混勻，所述的水量為原煤粉和添加劑成份總重量的5～10％，(3)將步驟(1)和步驟(2)的混合物攪拌均勻后壓制成形。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種高效型煤固硫除塵助燃添加劑,它是由固硫劑、粘結(jié)劑、膨脹疏松吸附劑、固硫催化劑及助燃氧化劑組成。本發(fā)明所用的原料以儲量豐富的天然礦物為主,因此原料易得、價廉,而且使用方便,效果明顯,適用于民用或工業(yè)型煤,如民用蜂窩煤。實驗表明,該添加劑在提高煤使用性能的同時,具有顯著的固硫除塵及節(jié)能功效,固硫率達(dá)到65～98%,節(jié)煤15～20%,爐渣含碳量降低40～65%。
文檔編號C10L10/00GK1312355SQ0110443
公開日2001年9月12日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者魯安懷, 李金洪 申請人:魯安懷