專利名稱：一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù)合助熔劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù)合助熔劑，具體而言，涉及一 種能夠有效降低Shell氣化煤灰熔融溫度的高效復(fù)合助熔劑，該助熔劑不僅能夠在較少添 加量范圍內(nèi)有效降低煤灰熔融溫度，而且在一定程度上能夠改變灰渣粘溫特性，使灰渣 順利排出，屬于助熔劑領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
助熔劑是使高熔點(diǎn)的物質(zhì)在較低溫度下熔化的添加劑。 一般認(rèn)為，添加助熔劑，可 以利用其較早出現(xiàn)的液相，加快離子的擴(kuò)散促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，從而使物質(zhì)熔融，目前， 助熔劑被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。在鋼鐵領(lǐng)域，隨著連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展與成熟，結(jié)晶器 保護(hù)渣在連鑄生產(chǎn)中的地位越來越重要，而保護(hù)渣的熔化溫度又比較高，因此通常在連 鑄保護(hù)渣中加入堿土金屬氧化物、堿土金屬氫氧化物、氟化物等助熔劑來調(diào)整保護(hù)渣的 熔化溫度。在煤化工領(lǐng)域，采用添加助熔劑的方式來改變煤灰化學(xué)成分，控制灰渣的熔 融行為，以適應(yīng)煤氣化技術(shù)發(fā)展的需要。
煤灰熔融性是煤炭燃燒和氣化的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，它對于研究特定煤種是否能夠 滿足不同排渣方式的氣化、燃燒工藝以及擴(kuò)大煤種適應(yīng)范圍都有重要的意義。我國煤炭 資源豐富，其中多數(shù)煤種均為高灰熔點(diǎn)煤，但目前一些先進(jìn)的煤氣化技術(shù)如Shell爐等氣 流床氣化爐均要求液態(tài)排渣，這就使得煤種的應(yīng)用范圍受到限制。因此， 一般采取添加 堿性氧化物為助熔劑，通過改變煤灰化學(xué)成分，達(dá)到控制煤灰熔融特性的目的。
任小茍等研究了鐵氧化物助熔劑和鈣氧化物助熔劑對三種高灰熔點(diǎn)、高灰粘度煤以 及一種低灰熔點(diǎn)、高灰粘度煤的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明因煤而異添加適量的助熔劑，可 使灰熔點(diǎn)降低35 14(TC，氣化爐的操作溫度降低80~200°C。許志琴等對山西兩種高灰熔 煤添加不同比例的CaO和Fe203助熔劑后的熔融特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，結(jié)果表明，在 弱還原氣氛下，不同的助熔劑對不同煤灰熔點(diǎn)降低的效果不同，當(dāng)在煤灰中添加適量助 熔劑時(shí)，煤灰熔點(diǎn)可達(dá)到最低。李帆等采用助熔劑CaO， Fe2Cb以及石灰石、硫酸渣按不 同比例與煤灰混合，研究了其對重慶中梁山煤樣和芙蓉礦煤樣煤灰熔點(diǎn)的影響。結(jié)果發(fā) 現(xiàn)，在還原性氣氛下，添加適量CaO和Fe203可使煤灰熔點(diǎn)下降。當(dāng)CaO添加量為10~30% 吋煤灰熔點(diǎn)達(dá)到最低，當(dāng)CaO添加率超過40。/。時(shí)灰熔點(diǎn)反而急劇上升；石灰石、硫酸渣中起助熔作用的成分是其中的CaO， Fe203，其助熔行為與分析純的CaO， ？^03基本一 致。安徽理工大學(xué)李慧等人對添加不同比例Fe203 , CaO和MgO助熔劑的某種煤灰熔融 特性及其在高溫下的礦物質(zhì)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在弱還原性氣氛下，3種 助熔劑均可有效降低煤灰熔融特性溫度。
Elliott等人研究了澳大利亞IGCC氣化爐使用的68種煤樣，發(fā)現(xiàn)有50%煤需要添加 質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于煤重3%的石灰石助熔劑才能使得熔渣在145(TC的時(shí)候才能順利排渣。鐵 的氧化物和工業(yè)中含鐵和鈣的助熔劑比石灰石的效果更好，且在一些地區(qū)更經(jīng)濟(jì)一點(diǎn)。 添加過石灰石助熔劑的澳大利亞煤鐵含量低，并且其熔灰的粘度不隨煤灰成分的變化而 變化。劉新兵研究了煤灰的熔聚現(xiàn)象。在干法排渣的流化態(tài)燃燒和氣化等過程中，發(fā)現(xiàn) 富含K20的伊利石對煤灰的熔聚也有促進(jìn)作用。
西安熱工院許世森等發(fā)明了一種針對淮南煤降低煤灰熔點(diǎn)的助熔劑，專利號 CN1970698，該助熔劑含有下列組分(重量％): CaC03 82% 93%; Fe203 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。
綜上所述，目前煤灰助熔劑的實(shí)驗(yàn)研究以及專利文獻(xiàn)，都是側(cè)重于化學(xué)純的堿性氧 化物以及石灰石，少量涉及伊利石，對于其它礦石助熔劑的研究未見報(bào)道。在實(shí)際生產(chǎn) 中，Shell煤氣化爐采用的助熔劑為石灰石，添加量8~10%，增加了灰分含量，而且在煤 質(zhì)波動的情況下，仍難以克服堵渣問題，影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，開發(fā)一種降低 Shell氣化煤灰熔融溫度的高效復(fù)合助熔劑，降低助熔劑的添加成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益， 具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù) 合助熔劑，所述高效復(fù)合助熔劑能克服Shell煤氣化過程堵渣等技術(shù)難題，添加量較小， 僅為2~6%，能夠顯著降低煤灰熔融溫度，改善煤灰粘溫特性，促進(jìn)氣化爐順利排渣，從 而有效降低氣化成本。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是 一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù)合助熔劑，由 含鎂礦石粉和含鈣鎂礦石粉兩種堿性氧化物礦石粉復(fù)合而成，按質(zhì)量比，其中含鎂礦石 粉中MgO含量40-50%，含鈣鎂礦石粉中，CaO含量25-35%、 MgO含量15-25%。
所述的高效復(fù)合助熔劑，其主要成分為MgO含量12 30。/。， CaO含量3 30"M)。
上述的高效復(fù)合助熔劑，還含有<1%的Fe203、 <7.0%的SiO2和〈2.0。/。的A1203。
所述含鎂礦石粉是菱鎂礦粉，含鈣鎂礦石粉末是白云石粉。本發(fā)明還提供所述高效復(fù)合助熔劑的制備方法，即將含鎂礦石和含鈣鎂礦石分別 進(jìn)行破碎、過篩，將兩種礦粉混勻即可。
所述的高效復(fù)合助熔劑的使用方法，所述高效復(fù)合助熔劑用于干法粉煤氣化液態(tài)排 渣氣化爐，以煤為基準(zhǔn)，其添加量為煤的2%~6%。
本發(fā)明的具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過添加2~6% (煤基)高效復(fù)合助熔劑，改變煤灰 化學(xué)成分，可以降低煤灰熔融溫度，改善煤灰粘溫特性。煤灰熔融溫度比單純添加石灰 石助熔劑降低50~120°C，而添加量僅為石灰石的50%，減少了助熔劑用量。添加該高效 復(fù)合助熔劑來代替石灰石助熔劑，有利于氣化爐長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，降低運(yùn)行成本，提 高經(jīng)濟(jì)效益。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150(TC降低 至140(TC以下，粘度為2 25Pa"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。


圖1為本發(fā)明添加不同助熔劑的煤灰粘度曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述來進(jìn)一步闡明本發(fā)明，但并不是對本發(fā)明的限制， 僅僅作示例說明。
本發(fā)明中，原料含鎂礦石是菱鎂礦粉末，來源山東，其中MgO的含量在40-50%， 鈣鎂礦石是白云石，來源安徽，其中，CaO含量25-35%、 MgO含量15-25%,將上述 礦石進(jìn)行破碎、過篩，將一定粒度(粒度的要求參照石灰石的標(biāo)準(zhǔn))礦粉按照不同比例 進(jìn)行復(fù)配、混勻即可，制備的高效復(fù)合助熔劑中還含有SiO2<7.0%， Al2O3<2.0%， Fe203<l%。
實(shí)施例1:將質(zhì)量百分比為10%的含鎂礦石粉末、90%的含鈣鎂礦石粉末充分混合均
勻制成助熔劑，然后以2 6% (以煤為基準(zhǔn)，質(zhì)量為IOO份的煤中添加的助熔劑份數(shù)) 的比例添加至Shell氣化煤種中，混合均勻。
實(shí)施例2:將質(zhì)量百分比為20%的含鎂礦石粉末、80%的含鈣鎂礦石粉末充分混合均 勻制成助熔劑然后以2 6% (以煤為基準(zhǔn)，質(zhì)量為IOO份的煤中添加的助熔劑份數(shù)) 的比例添加至Shell氣化煤種中，混合均勻。
實(shí)施例3:將質(zhì)量百分比為30%的含鎂礦石粉末、70%的含鈣鎂礦石粉末充分混合均 勻制成助熔劑，然后以2 6% (以煤為基準(zhǔn)，質(zhì)量為IOO份的煤中添加的助熔劑份數(shù)) 的比例添加至Shell氣化煤種中，混合均勻。實(shí)施例4:將質(zhì)量百分比為40%的含鎂礦石粉末、60%的含鈣鎂礦石粉末充分混合均 勻制成助熔劑，然后以2 6% (以煤為基準(zhǔn)，質(zhì)量為100份的煤中添加的助熔劑份 數(shù))的比例添加至Shell氣化煤種中，混合均勻。
實(shí)施例5:將質(zhì)量百分比為50%的含鎂礦石粉末、50%的含鈣鎂礦石粉末充分混合均 勻制成助熔劑，然后以2 6% (以煤為基準(zhǔn)，質(zhì)量為100份的煤中添加的助熔劑份 數(shù))的比例添加至Shell氣化煤種中，混合均勻。
本發(fā)明可以根據(jù)氣化爐對煤灰熔融特性的要求以及不同煤種的灰化學(xué)成分，適當(dāng)調(diào) 整助熔劑的復(fù)配比例以及添加量。
實(shí)施例6:高效復(fù)合助熔劑對煤灰熔融性影響的實(shí)驗(yàn)研究，具體見表l、表2和圖1， 圖1為本發(fā)明高效復(fù)合助熔劑(按實(shí)施例2配制，添加量4%)對煤灰粘溫特性影響的實(shí) 驗(yàn)研究。
表1 煤樣的工業(yè)分析和灰熔融溫度數(shù)據(jù)
項(xiàng)目 灰熔融溫度rc 灰化學(xué)成分/%
煤種DTSTFTSi02A1203CaOFe203MgOS03
AQ007H煤14601480152054.1929.574.473.410.661.74
AQ007M煤1450〉1500〉150044.8036.305.494.%0.852.90
AQ007L煤14001420145047.8628.749.794.190.743.08
BS1煤13111391143147.3129.408.303.621.054.03
BS2煤13461415145052.528.416.073.370.661.86
(注DT變形溫度；ST軟化溫度；FT流動溫度)
表2高效復(fù)合助熔劑對煤灰熔融性的影響
按實(shí)施例4配制的高效復(fù)合助熔劑 石灰石助熔劑 添加量4% 添加量8%
DT/。CST/。CFT廠CDT/。CST廠CFT/。C
AQ007H煤129813231350137513831408
AQ007M煤129013001338135013891405
AQ007L煤130413221331135314001420
BS1煤128513161329135114021446
BS2煤128213171330131913941416從表1、表2和圖1可以看出，本發(fā)明的高效復(fù)合助熔劑添加量較小，在2 6%范 圍內(nèi)，使煤灰熔融溫度比原煤降低100~200°C，溫度為140(TC時(shí)的煤灰粘度《25Pa's， 明顯改善煤灰熔融特性，具有高效的特點(diǎn)。對解決現(xiàn)場運(yùn)行中以石灰石作為唯一助熔劑 的弊端，促進(jìn)氣化爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行，降低氣化成本等都具有現(xiàn)實(shí)意義。
權(quán)利要求
1、一種改善粉煤氣化灰渣熔融特性的高效復(fù)合助熔劑，其特征在于由含鎂礦石粉和含鈣鎂礦石粉兩種堿性氧化物礦石粉復(fù)合而成，按質(zhì)量比，其中含鎂礦石粉中MgO含量40-50％，含鈣鎂礦石粉中，CaO含量25-35％、MgO含量15-25％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效復(fù)合助熔劑，其特征在于其主要成分為MgO含量 12~30% ， CaO含量3 3 0% 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效復(fù)合助熔劑，其特征在于還含有<1%的Fe2O3、<7.0% 的SiO2和〈2.0。/。的A1203。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高效復(fù)合助熔劑，其特征在于所述含鎂礦石粉是菱鎂礦 粉，含鈣鎂礦石粉末是白云石粉。
5、 權(quán)利要求l所述的高效復(fù)合助熔劑的制備方法，其特征在于將含鎂礦石和含鈣鎂礦石分別進(jìn)行破碎、過篩，將兩種礦粉混勻即可。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高效復(fù)合助熔劑的使用方法，其特征在于所述高效復(fù) 合助熔劑用于干法粉煤氣化液態(tài)排渣氣化爐，按質(zhì)量比，以煤為基準(zhǔn)，其添加量為煤的2%~6%。
全文摘要
本發(fā)明提供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。本發(fā)明高效復(fù)合助熔劑中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℃降低至1400℃以下，粘度為2～25Pa·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。
文檔編號C10L10/00GK101665737SQ20091020482
公開日2010年3月10日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者雷 成, 李寒旭, 李繼炳, 汪永慶, 俊 王, 新 盛, 石旵東, 紀(jì)明俊, 韓啟元, 魏雅娟 申請人:中國石油化工股份有限公司;安徽理工大學(xué)