本发明涉及一种降低民用焦炭着火温度的锯末复合添加剂及制备方法和应用。
背景技术：
：煤炭燃烧是我国目前乃至今后相当长时间获取能源的主要方式，大量煤炭的直接燃烧排放的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等对生态环境，尤其是大气环境造成了严重的危害，导致我国大气环境污染严重，雾霾天气频发。基于燃煤污染现状，国家先后出台了一系列的法律与法规，并采取了强有力的惩罚措施。尽管这些条例的实施对燃煤污染程度的加剧起到一定的遏制作用，但距离要达到的环保目标仍差之甚远。事实上，农村家用燃煤对环境污染不容忽视。据初步测算，北方农村每燃烧1吨高挥发原煤，将会排放2.5吨以上的二氧化碳(碳排放系数0.67)、150千克以上的其它染污物(碳氧化率0.85)。2014年民用散烧用煤量为1.6亿吨，仅占全国用煤量的3.8％，以二氧化硫排放为例，我国电厂年排放量为200万吨，民用散烧则高达320万吨，是电厂排放总量的1.6倍。此外，民用散烧用煤的烟尘污染、氮氧化物污染、灰渣污染等一系列问题对生态环境的破坏更是不可估量。然而，受地域、经济、文化等因素的影响，解决起来十分困难。要想从根本上解决农村及小城镇的燃煤污染问题，为这些地区提供优质、低价、清洁的替代燃料是当务之急。民用焦炭是以燃料煤(动力煤)为主，并辅以少量焦煤、固硫剂、增碳剂、助燃剂等，利用现有焦化厂生产设备，通过高温干馏而得的洁净固体燃料。具有成块好、强度适中、低挥发、低排放硫及不易结渣等优点，无需脱硫设施，尾气即可满足国家排放标准；而且易点火、续火能力强、升温速度快、燃烧持续时间长，是各种民用生活炉具理想的燃料。焦炭用作民用燃料，必须解决焦炭着火温度高、点火困难的问题。目前，冶金焦着火温度为600℃左右，而烟煤和无烟煤的着火温度分别为350℃和500℃。因此，必须借助助燃剂的引入，将着火温度降至400℃左右，以满足民用炉点火要求。关于燃煤助燃剂的专利已有很多，如cn90105106.3公开了一种燃煤助燃剂，它含有硼泥、石灰石、铝矾土、白泥、锰渣、氧化铁、植物碎屑以及碳酸钠、硝酸钠、氯化钠三种钠盐中的至少一种，该助燃剂可明显改善燃烧状况，提高炉火温度；cn97105154.2公开一种适用于多种煤的燃煤助燃剂，由硼泥、电石灰、石灰石、铁选尾矿渣、二氧化锰、生产重铬酸钾的废渣、生产重铬酸钠的废渣、铝矾土、氢氧化钠、碳酸钠、硝酸钠、氧化钠和植物碎屑按一定比例组成，使用时将助燃剂与煤按一定比例混合均匀即可；cn201310417513.8公开了一种节能高效燃煤助燃剂及其制备方法，其配方由氧化锌和二氧化锰组成，可提高煤的燃烧活性和点火性能、火焰温度。这些助燃剂均是针对燃煤开发的产品，大都采用助氧燃烧的技术原理，直接加入燃煤，促使煤炭充分燃烧，起到助燃、增能、节煤的作用。由于民用焦炭需要经过高温干馏的特殊工艺，燃煤助燃剂中的大部分组份会因高温分解而失效；因此，民用焦炭无法使用现有技术的燃煤助燃剂。技术实现要素：本发明的目的是提供一种能显著降低民用焦炭着火温度的锯末复合添加剂及其制备方法和应用。本发明与现有文献报道的助燃剂存在显著区别，主要表现在：1)降低着火温度的机理不同。传统燃煤助燃剂自身为易燃物，因其着火温度低，靠自燃引燃煤炭，因此，加入助燃剂后绝对禁止高温处理，否则将失去助燃效果；本发明助燃源于复合氧化物的催化作用。首先在高温干馏还原条件下，依靠助剂的催化气化作用在焦炭表面与内部形成碳缺陷，成为氧化燃烧的起燃点；另外，复合助剂在高温还原气氛下，会形成少量金属微晶，遇氧气极易燃烧放热形成局部高温点，从而引燃焦炭。锯末作为造孔剂，添加至民用焦炭原料中，在高温干馏时形成不同数量和尺寸的微孔，增加并改善民用焦炭的微孔结构，与复合添加剂中的其它成分一起作用，降低民用焦炭的着火温度。2)加入阶段不同。传统燃煤助燃剂多在型煤制备前加入，然后经混合、粘结、冷压成型；或与散煤混合后直接入炉燃烧。本专利助剂在干馏配煤时加入，经混合、捣固、高温干馏成为民用洁净焦炭。锯末，又称锯木面，是指在木材加工时因为切割而从树木上散落下来的树木本身的沫状木屑。据统计，从原木到生产出木材产品，大约会产生占投入原料22％～24％的锯末等木质废弃物，我国林业加工过程中产生的锯末等木质废弃物每年约2400万m3，折合标准煤150万吨。锯末松软呈粉末状，粒径0.4～0.8mm，主要由纤维素、半纤维素及木质素组成，一般纤维素占40～50％，还有15～30％的半纤维素和20～30％的木质素，其它成分为树脂、蛋白质、水分及矿物质等，约占2～15％。本发明首次将锯末与石灰石、锰矿石及氧化锌复配用于降低民用焦炭的着火温度。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：一种降低民用焦炭着火温度的锯末复合添加剂，其重量份组成为锯末50～70份、石灰石20～30份、锰矿石10～20份、氧化锌5～10份。本发明制备方法，包括如下步骤：⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；⑵分别称取破碎好的添加剂原料及锯末，并将其混合，搅拌均匀；⑶搅拌均匀的混合料在100～150℃条件下烘干1～2小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂。本发明锯末复合添加剂的应用，包括如下步骤：按锯末复合添加剂：配合煤重量比为2.0～15.0:100，将锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900～1100℃，持续加热16～24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，即得到民用焦炭。所述配合煤的质量指标为：fcd≥50％，vdaf≥25％，ad≤13.5％，std＜1.0％。所述的筛分是降至常温的炉料筛分为25-80mm粒度。民用焦炭的主要质量指标如下：发热量(qnet,ar)≥5700kcal/kg、灰分(ad)≤22wt％、挥发分(vd)≤5wt％、抗碎强度(m25)≥75％、着火温度(t)≤420℃、比表面(s)＝20～40m2/g。本发明现有技术相比，其直接带来的和必然产生的优点与积极效果如下：在本发明方法中，所采用的锯末复合添加剂，原料来源广泛而丰富，价格低廉，直接添加至配合煤中，通过高温干馏制得民用焦炭，其着火温度可从550～630℃降低至360～412℃，下降温度幅度达190～218℃，效果显著。在本发明方法中，生产的民用焦炭，与直接燃烧煤炭相比，硫氧化物减排50％以上，烟尘减排70％以上，对解决城市周边农村生活用煤，改善农村与城市环境质量，降低雾霾天气具有重大的现实意义。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式作出进一步地说明。实施例1⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌等原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm。⑵依次分别称取破碎好的石灰石20kg、锰矿石10kg、氧化锌5kg，同时称取锯末(主要组成：纤维素40.5wt％，半纤维素29.2wt％，木质素28wt％，其它2.3wt％)70kg，将其混在一起，并搅拌均匀。⑶搅拌均匀的混合料在100℃条件下烘干2小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂(具体组成：纤维素27.0wt％，半纤维素19.5wt％，木质素18.7wt％，caco318.2wt％，mno27.6wt％，mno1.0wt％，al2o30.5wt％，sio21.9wt％，fe2o30.2wt％，mgo0.2wt％，cao0.6wt％，zno4.8wt％)。⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vdaf30.0％，ad13.5％，fcd60.6％，st,d0.67％；粘结指数g＝74，细度(≤3mm)＝73.6％。⑸按锯末复合添加剂：配合煤重量比为15.0:100，将制好的锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的民用焦炭；其主要质量指标：发热量(qnet,ar)5957kcal/kg、灰分(ad)19.8wt％、挥发分(vd)4.3wt％、抗碎强度(m25)74.9％、着火温度(t)360℃、比表面(s)39.7m2/g。在北京创字炉具有限公司生产的ns18-2型150m2民用反射炉中对所得民用焦进行燃烧试验，测试其污染排放物，与直接燃煤相比，硫氧化物减排58％，烟尘减排80％。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表1所示。表1添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦550-添加复合添加剂的民用焦360190实施例2⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌等原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm。⑵依次分别称取破碎好的石灰石22.5kg、锰矿石13kg、氧化锌6.3kg，同时称取锯末(主要组成：纤维素43.2wt％，半纤维素26.7wt％，木质素26wt％，其它4.1wt％)65kg，将其混在一起，并搅拌均匀。⑶搅拌均匀的混合料在112.5℃条件下烘干1.8小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂(具体组成：纤维素26.3wt％，半纤维素16.3wt％，木质素15.8wt％，caco320.1wt％，mno29.7wt％，mno1.3wt％，al2o30.6wt％，sio22.6wt％，fe2o30.3wt％，mgo0.2wt％，cao1.0wt％，zno5.9wt％)。⑷入炉煤由30wt％的弱粘煤、40wt％的长焰煤、20wt％的气肥煤和10wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：vdaf35.0％，ad13.5％，fcd56.2％，st,d0.84％，粘结指数g＝40，细度(≤3mm)＝86.5％。⑸按锯末复合添加剂：配合煤重量比为11.8:100，将制好的锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的民用焦炭；其主要质量指标：发热量(qnet,ar)5943kcal/kg、灰分(ad)20.2wt％、挥发分(vd)4.1wt％、抗碎强度(m25)78.1％、着火温度(t)372.5℃、比表面(s)36.1m2/g。在北京创字炉具有限公司生产的ns18-2型150m2民用反射炉中对所得民用焦进行燃烧试验，测试其污染排放物，与直接燃煤相比，硫氧化物减排57％，烟尘减排79.5％。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表2所示。表2添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦570-添加复合添加剂的民用焦372.5197.5实施例3⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌等原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm。⑵依次分别称取破碎好的石灰石25kg、锰矿石15kg、氧化锌7.5kg，同时称取锯末(主要组成：纤维素45.4wt％，半纤维素23.3wt％，木质素24wt％，其它7.3wt％)60kg，将其混在一起，并搅拌均匀。⑶搅拌均匀的混合料在125℃条件下烘干1.5小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂(具体组成：纤维素25.4wt％，半纤维素13.0wt％，木质素13.4wt％，caco322.2wt％，mno211.1wt％，mno1.5wt％，al2o30.6wt％，sio23.7wt％，fe2o30.3wt％，mgo0.2wt％，cao1.6wt％，zno7.0wt％)。⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vdaf30.0％，ad13.5％，fcd60.6％，st,d0.67％；粘结指数g＝74，细度(≤3mm)＝73.6％。⑸按锯末复合添加剂：配合煤重量比为8.5:100，将制好的锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的民用焦炭；其主要质量指标：发热量(qnet,ar)5982kcal/kg、灰分(ad)20.1wt％、挥发分(vd)3.7wt％、抗碎强度(m25)80.9％、着火温度(t)385℃、比表面(s)31.3m2/g。在北京创字炉具有限公司生产的ns18-2型150m2民用反射炉中对所得民用焦进行燃烧试验，测试其污染排放物，与直接燃煤相比，硫氧化物减排56％，烟尘减排79％。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表3所示。表3添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦590-添加复合添加剂的民用焦385205实施例4⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌等原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm。⑵依次分别称取破碎好的石灰石27.5kg、锰矿石18kg、氧化锌8.7kg，同时称取锯末(主要组成：纤维素47.6wt％，半纤维素19.1wt％，木质素22wt％，其它11.3wt％)55kg，将其混在一起，并搅拌均匀。⑶搅拌均匀的混合料在137.5℃条件下烘干1.3小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂(具体组成：纤维素24.1wt％，半纤维素9.6wt％，木质素11.1wt％，caco324.0wt％，mno213.1wt％，mno1.7wt％，al2o30.7wt％，sio24.9wt％，fe2o30.3wt％，mgo0.2wt％，cao2.3wt％，zno8.0wt％)。⑷入炉煤由30wt％的弱粘煤、40wt％的长焰煤、20wt％的气肥煤和10wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：vdaf35.0％，ad13.5％，fcd56.2％，st,d0.84％，粘结指数g＝40，细度(≤3mm)＝86.5％。⑸按锯末复合添加剂：配合煤重量比为5.3:100，将制好的锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的民用焦炭；其主要质量指标：发热量(qnet,ar)6045kcal/kg、灰分(ad)19.6wt％、挥发分(vd)3.4wt％、抗碎强度(m25)82.6％、着火温度(t)397.5℃、比表面(s)26.3m2/g。在北京创字炉具有限公司生产的ns18-2型150m2民用反射炉中对所得民用焦进行燃烧试验，测试其污染排放物，与直接燃煤相比，硫氧化物减排54％，烟尘减排78.5％。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表4所示。表4添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦610-添加复合添加剂的民用焦397.5212.5实施例5⑴将锯末、石灰石、锰矿石及氧化锌等原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm。⑵依次分别称取破碎好的石灰石30kg、锰矿石20kg、氧化锌10kg，同时称取锯末(主要组成：纤维素49.8wt％，半纤维素15.4wt％，木质素20wt％，其它14.8wt％)50kg，将其混在一起，并搅拌均匀。⑶搅拌均匀的混合料在150℃条件下烘干1小时，再经干式研磨，使原料粒度≤100目(0.15mm)；然后冷却至常温，即为锯末复合添加剂(具体组成：纤维素22.6wt％，半纤维素7.0wt％，木质素9.1wt％，caco326.0wt％，mno214.5wt％，mno1.9wt％，al2o30.8wt％，sio25.7wt％，fe2o30.4wt％，mgo0.2wt％，cao2.7wt％，zno9.1wt％)。⑷入炉煤料由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vdaf30.0％，ad13.5％，fcd60.6％，st,d0.67％；粘结指数g＝74，细度(≤3mm)＝73.6％。⑸按锯末复合添加剂：配合煤重量比为2.0:100，将制好的锯末复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的民用焦炭；其主要质量指标：发热量(qnet,ar)6156kcal/kg、灰分(ad)18.5wt％、挥发分(vd)3.1wt％、抗碎强度(m25)84.5％、着火温度(t)412℃、比表面(s)20.2m2/g。在北京创字炉具有限公司生产的ns18-2型150m2民用反射炉中对所得民用焦进行燃烧试验，测试其污染排放物，与直接燃煤相比，硫氧化物减排52％，烟尘减排76％。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得粒度为25-80mm的焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表5所示。表5添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦630-添加复合添加剂的民用焦412218通过实施例1～5实验结果可以看出，添加锯末复合添加剂后，显著降低了民用焦炭的燃点，使得民用焦炭更易着火，保证了民用焦炭作为一种燃料的应用。当前第1页12