CN100355868C - 化肥造气的洁净型煤及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造气型煤及其制备方法和应用。该包括原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂，其中原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂的重量比为75-95∶1-6∶5-15∶0.5-3∶0.05-0.5。本发明的造气型煤掺用比例高，冷压强度高，热稳定性高，产气量高而均匀，生产工艺连续、稳定，适于大规模的工业化生产。所用原料廉价而丰富，制造成本低、能耗低、混掺比例较高，反应活性高，燃烧完全，燃烧时排放的污染性废气种类和排放量都很少，因此环保，可替代块煤而用做生产化肥的造气原料及冶金、陶瓷、玻璃、机械行业煤气发生炉的燃料。
Description
技术领域
本发明涉及型煤，尤其涉及用于生产化肥用及冶金，机械行业煤气发生炉的洁净造气型煤及其制备方法和应用。
背景技术
化肥是农业生产所必需的肥料，我国是农业大国，因此化肥的需求量非常大。随着近几年石油的大幅涨价，世界化肥进口优势不再明显。我国以石油为原料的化肥企业已经全部关闭。无烟煤是化肥及合成氨系统的主要能源原料，由于无烟煤在近几年不断涨价，而化肥又是国家限价产品，导致对化肥及合成氨行业的经济效益受到了沉重打击，迫使该行业的企业纷纷探索新的廉价能源原料。而传统化肥行业须使用无烟块煤，而不能使用粉煤。因为机械化采煤，无烟块煤仅占产煤总量的20％-30％，而不能用于生产化肥的大量粉煤虽然价格较低但得不到合理有效的使用。我国每年化肥用块煤大约0.5亿吨，因而对粉煤如何洁净有效地替代块煤用于化肥化工行业已形成巨大的市场。
目前，中国南方很多化肥厂仍然使用石灰炭化煤球或粘土煤棒造气。由于石灰或粘土的加入降低了型煤中固定碳的含量，使得产气量降低，还易出现炉内结渣等问题。
在各种可以替带块煤的选择中，水煤浆气化、粉煤气化、沸腾炉等工艺都面临投资过于庞大的问题，因而不利于中小化肥化工企业。在中国目前情况下，使用粉煤制造的造气型煤非常适合中小合成氨及化肥企业。造气型煤投资少，生产工艺比较简单，见效快，经济效益很明显。但造气型煤必须保证其抗压强度、热强度、热稳定性、产气量以及组分等条件符合造气生产原料的要求，比如，热稳定性≥70％。
公开号为CN1454973的专利申请公开了一种煤棒型煤，其由原煤粉碎、加入膨润土，再将褐煤、碱(氢氧化钠)及适当的导入水蒸气搅拌，得到腐植酸钠后再一起置于搅拌设备中进行搅拌，然后送入煤棒成型设备中成型而制备，该煤棒可以用作化肥造气型煤，虽然其可以以较小比例掺烧以代替块煤，但其存在以下缺点：生产不连续，维修费用高，产气量不稳定，工人的劳动强度及占地面积都较大，多适用于南方煤种，主要在南方使用。
公开号为CN1393529的中国专利公开了一种高温高碳气化型煤的制造方法，该方法包括：将BFA原料和水加入反应釜中，加热90-95℃，搅拌下加入BFA干重2-3％的木质素或杂酚、甲酚，3-5％的甲醛，并加入催化剂，反应30分钟后，加入BFA干重20-40％的含量为30％的烧碱，继续反应20-40分钟后加入定量增韧剂、齐聚剂、助燃剂，再反应20-30分钟，降温至40-45℃放出。公开号为CN1597882的中国专利公开了一种工业型煤的制造方法，该方法包括：取白煤粉沫70-95％、烟煤5-30％粉碎混合均匀后，再加入白煤沫和烟煤总量的5-15％的粘合剂，搅拌均匀后压制成湿润型煤，将湿润型煤经低温区、中温区和高温区进行烘干。中国北方某些地区化肥企业采用上述两种方法来制备生产造气型煤。因在这两种方法中必须对型煤湿球采用500℃-900℃的温度进行烘干，因此会产生新的污染物，例如二氧化碳、一氧化碳等，从而需要继续处理或治理；同时，这两种方法带出的粉尘也较多，且所生产的造气型煤抗压强度及热稳定性都不够高。
可见，以上所提及的方法及其所生产的造气型煤都有明显缺陷，因而难于进行大规模工业生产。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种造气型煤，其以粉煤为原料煤，抗压强度高，热稳定性高，造气量高及掺用比例较高，适于大规模的工业化生产，成本低，节能，环保。
本发明的另一个目的在于提供上述造气型煤的制备方法。
本发明的另一个目的在于提供上述造气型煤的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种造气型煤，其中包括原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、防水剂和增强剂，优选还包括催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种。
本发明还提供了上述造气型煤的制备方法，该方法包括：将粘结剂的水溶液与防水剂混合，然后将其与原料煤粉、热稳定剂和增强剂混合，成型，烘干。
本发明的造气型煤，抗压强度高，热稳定性高，造气量高而均匀，而且适于大规模的工业化生产，成本低，节能，掺用比例高，环保，适用于生产化肥及发生炉煤气的原料煤。广泛应用于冶金、机械、玻璃等行业。
以下对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种造气型煤，其包括原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂，其中原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂的重量比为75-95；1-6；5-15；0.5-3；0.05-0.5，优选为77.7-93；2.2-5；7-15；1-2；0.1-0.3。
其中，本发明所用原料煤粉即是一般的无烟煤粉，并没有特别限定，其平均粒径优选小于3毫米。
本发明所用粘结剂优选由淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素和烧碱组成，其中淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素和烧碱的重量比1-3.5；1-3.5；0.1-1；0.1-1；0.05-0.2，优选为1-2.5；1-1.5；0.1-0.4；0.1-0.5；0.07-0.1。其中淀粉或淀粉类物质可以为含有淀粉或淀粉类物质的物质，例如包括淀粉厂下脚料、玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、芋头淀粉、薯类淀粉等，只要其所含有的淀粉或淀粉类物质满足上述重量比例条件即可，即其所含有的淀粉或淀粉类物质重量为1-3.5。腐殖酸盐为一般的腐殖酸盐而没有特别限定，优选为腐殖酸钠、腐殖酸钾和腐殖酸铵。
本发明所用热稳定剂由烟煤煤泥和膨润土和/或粘土和/或陶土组成，优选为烟煤煤泥和膨润土，其中烟煤煤泥和膨润土的重量比为5-12∶1-7，优选为5-10∶2-5。热稳定剂的平均粒径不超过3.5毫米，优选为3毫米以下，更优选为2.5毫米以下。
本发明所用的防水剂为丙烯酸甲酯或硅氧烷或聚乙烯醇溶液，优选为外加丙烯酸甲酯。
本发明所用的增强剂优选为硅酸钠和/或铝酸盐。
在本发明造气型煤的一个优选实施方案中，造气型煤的原料还包括催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种的任意组合物。本发明所用的催化剂为三氧化二铁或氧化铁或二氧化锰，优选为二氧化锰，催化剂重量比为其与原料粉煤的重量比为0.1-4∶75-95，优选为0.5-2∶78-90。本发明所用的助燃剂优选由硝酸钾和硝酸钙和/或氯化钠，更优选由硝酸钾和硝酸钙组成，其中硝酸钾和硝酸钙重量比优选为5-20∶1-5，助燃剂重量优选为其与原料粉煤的重量比为0.1-3∶77.7-93。本发明所用的固硫剂优选由电石渣、氧化钙和氧化镁组成，其中电石渣、氧化钙和氧化镁的重量比优选为1-10∶1-10∶1-10，固硫剂重量优选为其与原料粉煤的重量比为0.1-3∶77.7-93。
本发明还提供了上述造气型煤的制备方法，该方法包括：将粘结剂的水溶液与防水剂混合反应后，然后将其与原料煤粉、热稳定剂和增强剂混合，成型，烘干；优选根据情况需要而加入催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种，例如将粘结剂的水溶液与防水剂混合反应后，向其中加入催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种，以及原料煤粉、热稳定剂和增强剂，进行混合。
具体说来，本发明制备造气型煤的方法包括：向水中加入烧碱，然后加入淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂和羧甲基纤维素，混合均匀，进行反应，然后加入防水剂，得到防水粘结剂混合液；将所得防水粘结剂混合液与原料煤粉、热稳定剂和增强剂混合均匀，成型，烘干即可。
本发明制备造气型煤的方法还可以包括：向水中加入烧碱，然后加入淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂和羧甲基纤维素，混合均匀，进行反应，然后加入防水剂，得到防水粘结剂混合液；将所得防水粘结剂混合液与原料煤粉、热稳定剂和增强剂，以及催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种混合均匀，成型，烘干即可。
在本发明制备造气型煤方法的一个优选实施方案中，水和烧碱的重量比为100∶0.5-10，优选为100∶0.7-5，更优选为100∶1.0-1.5。
在本发明制备造气型煤方法的另一个优选实施方案中，反应进行的温度为50-100℃，更优选为60-80℃，进一步优选为65-75℃；反应时间为10-100分钟，优选为20-60分钟，进一步优选为30分钟。
所述成型可以在一般的型煤成型设备中进行，优选压制成型。
所述烘干可以在一般的型煤烘干设备，例如卧式烘干炉或立式烘干炉中进行，烘干温度优选为100-180℃，更优选为130-170℃。
本发明的造气型煤抗压强度高，热稳定性高，造气量高而均匀，生产工艺连续、稳定，适于大规模的工业化生产，所用原料廉价而丰富，制造成本低、能耗低、型煤掺用比例较高，反应活性高，燃烧完全，燃烧时排放的污染性废气种类和排放量都很少，因此属于环保节能型造气型煤，可替代块煤而用做生产化肥的造气能源。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的特点和优点将会通过实施例的描述而更加清晰。但这些实施例仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明精神和范围情况下对本发明的细节和描述方式进行的任何常规替换均落入本发明的保护范围。
实施例1
向反应釜中加入710公斤水和10公斤烧碱，在升温的情况下加入淀粉150公斤、腐殖酸钠100公斤、硼砂20公斤、羧甲基纤维素10公斤，边加入边搅拌，在70℃的温度下反应30分钟，然后加入2KG防水剂丙烯酸甲酯，搅拌得防水粘结剂混合液；
将粉碎成3毫米以下无烟煤粉88KG和烟煤煤泥5KG，膨润土5公斤，硅酸钠2KG，加入至搅拌机中，同时加入上述防水粘结剂混合液，搅拌均匀之后在成型机中压制成型；
在150℃的温度下，将压制后的型煤在卧式烘干炉中烘干1.5个小时，得到造气型煤。
实施例2
向反应釜中加入710公斤水和10公斤烧碱，在升温的情况下加入淀粉150公斤、腐殖酸钠110公斤、硼砂10公斤、羧甲基纤维素10公斤，边加入边搅拌，在75℃的温度下反应30分钟，然后加入2KG防水剂丙烯酸甲酯，搅拌得防水粘结混合液；
将粉碎成3毫米以下无烟煤粉89公斤，烟煤煤泥6KG，膨润土3公斤和硅酸钠1KG、1KG助燃剂(助燃剂的组成：0.8KG硝酸钾、0.2KG硝酸钙)加入至搅拌机中，同时加入上述防水粘结剂混合液，搅拌均匀之后在成型机中压制成型；
在180℃的温度下，将压制后的型煤在立式烘干炉中烘干2个小时，得到造气型煤。
实施例3
向反应釜中加入715公斤水和10公斤烧碱，在升温的情况下加入淀粉130公斤、腐殖酸钠120公斤、硼砂15公斤、羧甲基纤维素10公斤，边加入边搅拌，在80℃的温度下反应60分钟，然后外加2KG防水剂丙烯酸甲酯，得防水粘结剂混合液；
将粉碎成3毫米以下无烟煤粉86公斤，烟煤煤泥8KG，膨润土3公斤和硅酸钠2KG、固硫剂1KG(固硫剂的组成：电石渣0.4KG、氧化钙0.3KG、氧化镁0.3KG)，加入至搅拌机中，同时加入上述防水粘结混合液，搅拌均匀之后在成型机中压制成型；
在110℃的温度下，将压制后的型煤在立式烘干炉中烘干2个小时，得到造气型煤。
比较例1：
采用高温高碳工艺的造气型煤与本发明配方型煤质量比较如下：
高温高碳型煤的工艺流程是：
原料无烟煤700Kg、有烟煤180Kg、粘土40Kg、加粘结剂80(腐植酸-甲醛-尿素-)。将以上原料混合后，经皮带机入搅拌机混均后，经成型机压制成型后再进入烘干炉在100-600℃温度下干燥30分钟，得造气型煤。
与实例1相比较
高温高碳型煤的工艺在粉煤加粘结剂冷压成型之后，快速干燥干馏，生产过程中需热风炉鼓风机加热升温至500℃-900℃，然后又需风机冷却热型煤球。因而造成煤耗大，产生二次污染，动力消耗也大。而本发明的加工工艺在粉煤加粘结剂冷压成型之后，炉温在100-150℃的条件下烘干即可。因而可以采用废烟道气或化肥厂的废气源，达到废气循环使用的节能目的。
比较例2
碳化造气型煤，原料由石灰215Kg、无烟煤645Kg、加水140Kg，混合搅拌均匀，需堆呕24小时后，入搅拌机进一步混合，经挤压板捏合再经鼠轮破碎机破碎后进入成型机压制成型，经皮带机送入炭化罐后，通入160℃温度的二氧化碳气体，炭化24小时后得造气型煤。
该种型煤产气量低，灰分大，燃用易挂炉壁，结渣量大，不易操作。
比较例3
原料：白泥或粘土200Kg、水150Kg、无烟煤600Kg、腐植酸盐50Kg混合后堆呕24小时，入搅拌系统混合均匀后进入挤棒机，挤压成棒由小车接棒一车车凉晒16小时后，待水分降至8％时，得造气煤棒。
由于入炉水分量高，故产气不稳定，气量较低。
个项指标测试及其结果如下所示：
型煤指标测试
抗压强度测试将型煤入在专用测压机上在一定速度下(以压秒2-3mm)加压至型煤溃裂为测出的耐压强度，即为抗压强度。
落下强度：将型煤置于2米高度自由落下在2cm厚的钢板上反复三次测的＞13毫米所占的百分数。
热稳定性测定：将型煤制备成6-13mm粒度的被测样置于专用带盖的容器中，在850℃下烧30分钟后，冷却，在每分钟240次往复，振幅在40±2mm的振荡筛上，振荡10分钟测＞6mm粒度所占百分数。
测试结果：
| 非本发明技术 | 抗压强度N/个(牛顿) | 落下强度＞13mm％ | 热稳定性T3+6％ |
| 比较例1 | 430 | 78.0 | 65.2 |
| 比较例2 | 450 | 75.0 | 60.5 |
| 比较例3 | 200 | 40.0 | 45.0 |
实施例分析测试结果如下：
实施例1：本实验在2005年在采用的高温高碳工艺生产线，用本发明的实施例1所生产的型煤质量：
| 实施例1 | 抗压强度 | 热稳定性 | 分析基水分 | 干燥基灰分 |
| 型煤种类 | N/个 | TS+6％ | Mad％ | Ad％ |
| 造气型煤 | 351 | 67.3 | 1.24 | 21.20 |
| 干燥基挥发分 | 干燥基固定碳 | 抗水性 |
| Vd％ | FCd％ | h |
| 8.80 | 69.74 | 24 |
实施例2：本发明实施例2所生产的型煤质量：
| 分析基水份 | 干燥基灰分 | 干燥基挥发分 | 干燥基固定碳 |
| Mad％ | Ad％ | Vd％ | FCd％ |
| 1.26 | 24.63 | 10.25 | 65.12 |
| 干燥基硫分 | 灰熔点℃ | 干燥基发热量 | 抗水性 |
| Sd％ | DT ST FT | Qgr，v，d/MJ/kg* | h |
| 0.58 | 1446 ＞1500 ＞1500 | 26.07 | 24 |
| 抗压强度 | 落下强度 | 热稳定性 | 发热量 |
| N/个 Kg/个 | ＞13mm％ | ％ | Kcal/kg |
| 747.7 76.3 | 94.6 | 76.2 | 6233 |
实施例3：本发明实施例3所生产的气化型煤质量
| 分析基水份 | 干燥基灰分 | 干燥基挥发分 | 干燥基固定碳 | 灰熔点/℃ |
| Mad％ | Ad％ | Vd％ | FCd％ | DT ST FT |
| 1.59 | 21.55 | 8.47 | 69.98 | 1280 1500 ＞1500 |
| 发热量 | 抗压强度 | 热稳定性 | 落下强度 | 抗水性 |
| MJ/KG | N/个 | TS+6％ | ＞13mm％ | h |
| 26.73 | 710 | 74.8 | 98.2 | 24 |
Claims (15)
1、一种造气型煤，其包括原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂，其中原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂的重量比为75-95∶1-6∶5-15∶0.5-3∶0.05-0.5，
其中，所述粘结剂由淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素和烧碱组成；
所述热稳定剂由烟煤煤泥和膨润土和/或粘土和/或陶土组成；
所述防水剂为丙烯酸甲酯或硅氧烷或聚乙烯醇溶液；
所述增强剂为硅酸钠和/或铝酸盐。
2、根据权利要求1所述的造气型煤，其特征在于，所述粘结剂中，淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素和烧碱的重量比为1-3.5；1-3.5；0.1-1；0.1-1；0.05-0.2。
3、根据权利要求2所述的造气型煤，其特征在于，所述粘结剂中，淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素和烧碱的重量比为1-2.5；1-1.5；0.1-0.4；0.1-0.5；0.07-0.1。
4、根据权利要求1所述的造气型煤，其特征在于，原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂的重量比为77.7-93∶2.2-5∶7-15∶1-2∶0.1-0.3。
5、根据权利要求1的造气型煤，其特征在于，该造气型煤还包括催化剂、助燃剂和脱硫剂中的一种或多种，其中催化剂为三氧化二铁或氧化铁或二氧化锰，助燃剂由硝酸钾和硝酸钙和/或氯化钠，固硫剂由电石渣、氧化钙和氧化镁组成。
6、根据权利要求5所述的造气型煤，其特征在于，所述催化剂为二氧化锰，助燃剂由硝酸钾和硝酸钙组成。
7、根据权利要求1所述的造气型煤，其特征在于，所述原料煤粉是一般的无烟煤粉。
8、根据权利要求1所述的造气型煤，其特征在于，淀粉或淀粉类物质为含有淀粉或淀粉类物质的物质；热稳定剂由烟煤煤泥和膨润土组成；腐殖酸盐为腐殖酸钠、腐殖酸钾或腐殖酸铵。
9、根据权利要求8所述的造气型煤，其特征在于，热稳定剂中烟煤煤泥和膨润土的重量比为5-12∶1-7。
10、根据权利要求9所述的造气型煤，其特征在于，热稳定剂中烟煤煤泥和膨润土的重量比为为5-10∶2-5。
11、一种制备权利要求1所述造气型煤的方法，该方法包括：将粘结剂的水溶液与防水剂混合，然后将其与原料煤粉、热稳定剂和增强剂混合，成型，烘干。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括：加入催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种。
13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法包括：向水中加入烧碱，然后加入淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂、羧甲基纤维素，混合均匀，进行反应，然后加入防水剂，得到防水粘结剂混合液；将所得防水粘结剂混合液与原料煤粉、热稳定剂和增强剂混合均匀，成型，烘干。
14、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法包括：向水中加入烧碱，然后加入淀粉或淀粉类物质、腐殖酸或其盐、硼砂和羧甲基纤维素，混合均匀，进行反应，然后加入防水剂，得到防水粘结剂混合液；将所得防水粘结剂混合液与原料煤粉、热稳定剂和增强剂，以及催化剂、助燃剂和固硫剂中的一种或多种混合均匀，成型，烘干即可。
15、权利要求1-10任一项所述型煤用于生产化肥，或用于冶金或机械行业煤气发生炉。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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