专利名称：一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂的制作方法
技术领域：
本发明与粉煤气化灰渣熔融的助熔剂有关，更祥而言，是以秸秆灰作为助熔剂，用于降低煤气化过程中产生灰渣的熔点而在煤中混入的添加物。
背景技术：
我国高灰熔点煤炭资源储量较大，其中灰熔点大于1500 0C的煤占煤炭总资源的 50%，若将该资源合理利用，不仅能有效地提高煤炭的利用率，而且能够缓解能源紧张的局面。煤气化技术向高温高压的方向发展，液态排渣气化技术逐渐占据主导地位，由于该技术对煤种适应性强，拓宽了煤种的选择性，但煤灰熔点必须低于煤气化操作温度。由于液态排渣气化技术对灰熔点有严格的要求，使得这些灰熔点大于1500 °(煤的应用受到了限制，因此，寻求一种有效的助熔剂以降低煤灰熔点，用以满足液态排渣气化技术的要求，是现有技术中迫切需要解决的技术问题。现有降低煤灰熔点的助熔剂有钙基、铁基、镁基和钠基等单一助熔剂，在高灰熔点煤中配入不同比例低灰熔点煤以及添加污泥等。这些助剂的添加能够在不同程度上有效地降低煤灰的熔点。如公开号为CN 1970698公开了“一种降低煤灰熔点的助熔剂及其制备方法”的发明专利，其所述助熔剂是用于降低煤气化过程中产生的灰渣灰熔点而在煤中加入的添加物，所述助熔剂具有下列组分(重量％) =CaCO3 82% 93% ；Fe2O3 2% 16%，余量为MgC03。该助熔剂均勻混入煤中，在气化过程中能够改变其灰渣熔融特性，降低灰熔点和灰粘度，从而使灰渣以液态形式顺利排出。再如公开号为101665737 A公开了“一种改善粉煤气化灰渣熔融特性的高效复合助熔剂”，该高效复合助熔剂由两种或两种以上含有碱性氧化物矿石粉复合而成，即助熔剂中MgO含量12 30%，CaO含量3 30%。对于皖北矿区煤，添加量为2 6%时，可以使煤灰熔融温度从1500°C降低至1400°C以下，粘度为 2 25 ·s范围内，有效改善皖北矿区煤的熔融特性，该助熔剂可用于替代石灰石助熔剂， 添加量仅为石灰石的一半。上述煤灰助熔剂以及公开文献报道，大多侧重于在煤灰中添加一定比例的分析纯化合物，也有极少涉及到添加石灰石、伊利石和硼砂等矿物质或矿物质的混合物，这些均属于通过在煤中添加不可燃的无机物以降低煤灰熔点。本发明通过化学分析和TG-DSC表征，探讨了添加部分助熔剂能够降低煤灰熔点的作用机理，表明添加助熔剂降低煤灰熔点的本质原因是助熔剂使混合灰样形成了三元或四元的低共熔体，从而降低了煤灰熔点。依据上述理论，本发明试图在煤中混入秸秆灰共气化，利用秸秆灰较高的硅铝比值和高的碱金属氧化物含量，调节煤灰中氧化物的比例，使混合灰样体系在受热过程中能形成三元或四元的低共熔体，达到降低煤灰熔点的目的
发明内容
本发明利用秸秆灰较高的硅铝比和碱金属氧化物，在煤中混入秸秆共气化，以降低高灰熔点煤的灰熔点，用以满足液态排渣气化技术的需求，从而提供一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂。一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂，其特征是以秸秆灰作为助熔剂，该助熔剂的组成和含量按重量比为5. 00% 40. 00%的碱金属氧化物，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%，余量为MgO。其中，所述秸秆是玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆和甘蔗渣中的一种；或一种以上的组合；所述的助熔剂的硅铝比为 . 00 80. 00 ；
本发明所提供的一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂，与现有技术相比，其突出的特点在于该助熔剂是利用可燃植物秸秆的秸秆灰中所含有的较高的硅铝比和碱金属氧化物，在高灰熔点煤中混入秸秆与煤共气化，改善了高灰熔点煤灰渣的流动特性，解决了高灰熔点煤液态排渣气化技术的难题。应用该助熔剂调节煤灰的硅铝比值为2. 15^2. 60时，能够实现高灰熔点煤的灰熔点降低到1350 0C以下，满足了液态渣气化要求。本发明以可燃的秸秆代替不可燃的无机物作为助熔剂，有效地降低了煤的灰熔点，使高灰熔点煤的灰渣顺利排出，拓宽了高灰熔点煤的使用范围，同时也增加了可燃秸秆燃料的有效利用率，降低了二氧化碳的净排放量。
图1是本发明秸秆灰的硅铝比值对高灰熔点煤对流动温度的影响。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
做出详细说明，本发明所述的助熔剂是可以和煤均勻混合后共气化，在气化过程中由于生物质燃点低，在气化炉内先燃烧为煤的气化提供热量，燃烧后的灰能改善高灰熔点煤的熔渣特性，使原来高于1500°C的高灰熔点煤的灰熔点降低到1350°C以下，满足现有液态排渣气化技术对煤灰熔点的要求；也可以通过添加生物质秸秆燃烧后的灰与煤混合均勻气化，使煤灰熔点降低到1350°C以下。在具体实施过程煤和生物质燃烧后获得的灰样，通过灰成分分析测试获得各自的灰分特性，列举了三个煤灰样品和一个生物质灰样品于表1中。通过添加不同的助熔剂调节煤灰的硅铝比，使调整后的混合物(煤灰和生物质灰)的硅铝比值在2. 15^2. 60之间， 采用微机灰熔点测定仪测试混合物的灰熔点发现，混合物(煤灰和生物质灰)的硅铝比值在 2. 15^2. 60之间时，灰熔点低于1350°C以下，满足液态排渣气化技术温度的需求，说明生物质灰样能显著改善粉煤灰的熔渣特性。由于土壤气候等差异，不同生物质灰的秸秆灰成分有所差异，同样不同煤灰成分也不同，不能给出助熔剂的准确的添加量，但是可以利用灰样具有的加和性，通过几何平均数的计算获得近似的硅铝比值，确定助熔剂的添加量，在具体实施过程中均以秸秆灰进行实施。实施方式1
秸秆(玉米)燃烧后的灰样的组成和含量按重量比为6. 13%的碱金属氧化物，SW2的含量58. 55%, TiO2的含量0. 04% ,Fe2O3的含量2. 65%、CaO的含量10. 19%，余量为MgO0该助熔剂的硅铝比值为7. 05。通过添加助熔剂分别调节煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅铝比值获得混合灰样进行灰熔点测量发现，该助熔剂显著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔点，使煤灰熔点均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。实施方式2
秸秆(小麦)燃烧后的灰样的组成和含量按重量比为25. 31%的碱金属氧化物，SiO2的含量55. 32%, TiO2的含量0. 08%、Fe2O3的含量0. 73%、CaO的含量6. 14%,余量为MgO0该助熔剂的硅铝比值为29. 34。通过添加助熔剂分别调节煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅铝比值获得混合灰样进行灰熔点测量发现，该助熔剂显著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔点， 使煤灰熔点均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。实施方式3
秸秆(水稻)燃烧后的灰样的组成和含量按重量比为23. 26%的碱金属氧化物，SiO2的含量74. 67%, TiO2的含量0. 09%、Fe2O3的含量0. 85%、CaO的含量3. 01%,余量为MgO。该助熔剂的硅铝比值为71. 80。通过添加助熔剂分别调节煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅铝比值获得混合灰样进行灰熔点测量发现，该助熔剂显著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔点， 使煤灰熔点均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。实施方式4
秸秆(甘蔗渣)燃烧后的灰样的组成和含量按重量比为23. 61%的碱金属氧化物，SiO2的含量60. 05%, TiO2的含量0. 44%、Fe2O3的含量1. 62%、CaO的含量4. 56%,余量为MgO。该助熔剂的硅铝比值为34. 12。通过添加助熔剂分别调节煤灰1、煤灰2和煤灰3的硅铝比值获得混合灰样进行灰熔点测量发现，该助熔剂显著改善了煤灰1、煤灰2和煤灰3的灰熔点， 使煤灰熔点均降低到1350°C以下，降幅大于150°C。实施方式5
秸秆助熔剂添加到煤样中实施效果研究。煤灰以及秸秆助熔剂燃烧后灰样的灰成分分析见表1，实施结果见表2和图1，由图1中可知，不同化学成分的煤灰，通过添加秸秆助熔剂调节硅铝比值到2. 15^2. 60时，可使高灰熔点煤的灰熔点降低到1350 0C以下，满足液态渣气化要求。实施方式6
秸秆助熔剂添加到煤样中实施效果对比研究。通过添加秸秆助熔剂和分析纯的CaO， Fe2O3和Nii2O (用Na2CO3代替)助熔剂对比发现，添加相同量的助熔剂(秸秆助熔剂以秸秆灰计)的实施结果见表3，从表3中可知秸秆助熔剂的助熔效果明显优于CaO和狗203，等同于 Na2O助熔剂，说明秸秆助熔剂的添加不仅能够有效的改善煤灰熔融特性，也能使秸秆类物质资源化利用，同时提高煤炭资源的利用率，缓解我国能源紧张的局面。图1为本发明秸秆助熔剂(按实施例1)对煤灰流动温度影响的实验研究，不同化学成分的煤灰，通过添加秸秆助熔剂调节硅铝比值，获得不同的流动温度，以满足液态排渣气化技术需求的温度。表1样品灰成分分析(wt%)
权利要求
1.一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂，其特征是以秸秆灰作为助熔剂，所述助熔剂的组成和含量按重量比为5. 00% 40. 00%的碱金属氧化物、彡23. 48%的SiO2、彡2. 63%的 TiO2、彡 14. 14% 的 Fe203> ^ 1· 34% 的 CaO，余量为 MgO0
2.如权利要求1所述的一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂，所述秸秆是玉米秸秆、 小麦秸秆、稻草秸秆和甘蔗渣中的一种；或一种以上的组合。
3.如权利要求1所述的一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂，所述助熔剂的硅铝比为 7. 00 80. 00。
全文摘要
一种改善粉煤气化灰渣熔融的助熔剂是以秸秆灰作为助熔剂，所述助熔剂的组成和含量按重量比为5.00%～40.00%的碱金属氧化物、≥23.48%的SiO2、≤2.63%的TiO2、≤14.14%的Fe203、≥1.34%的CaO，余量为MgO。其助熔剂具有两个典型特性一是具有较高的硅铝比值7.00～80.00；二是碱金属氧化物的含量较高5.00%～40.00%。该助熔剂能够改善粉煤气化灰渣熔融的特性，降低煤灰熔点，有效地解决了高灰熔点煤无法用于液态排渣气化炉气化的技术难题，实现了灰渣液态排出，而且以作物秸秆为原料，价格低廉。
文档编号C10J3/46GK102304409SQ20111022621
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者崔晓曦, 左永飞, 张庆庚, 李凡, 白永辉, 郝巧铃 申请人:太原理工大学, 赛鼎工程有限公司