CN101067100B - 清洁环保燃料的制备方法及制得的燃料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种清洁环保燃料的制备方法以及由该方法制备得到的清洁环保燃料。所述方法包括步骤：将煤初步破碎至平均粒度小于2毫米，之后加水调制成浆料，并将浆料加入超细设备中进行超细处理，且在超细处理之前或之后往浆料中加入除硫剂。本发明是将亚微米超微细技术和分离技术应用在煤的处理工艺中，由于经过处理后的煤以极微细的颗粒形式存在，比表面积大大增加，一方面能使得燃烧效率大大提高，另一方面无论是分离脱硫、细菌脱硫还是燃烧脱硫的反应速率都将提高数倍至数十倍，最终实现在低成本下的煤的清洁高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料的制备方法及制得的燃料，特别是涉及一种能够减少燃烧后的二氧化硫等污染物排放量的清洁环保燃料的制备方法以及采用该方法制备得到的燃料。
背景技术
在中国的能源资源储量中，煤炭占了84％以上，石油资源严重不足。2005年，我国原煤产量超过20亿吨，原油产量1.75亿吨，进口1.3617亿吨，还进口3000万吨高硫重油和奥利油。从资源供应的角度看，如果能将煤中的灰份和硫份充分去除，则可以开发出一种新的能源并可以替代一部分燃油的需求。
所谓“清洁环保”，本质上就是将煤经过处理，去除灰份和硫份，使之符合清洁燃烧的标准。目前国内外在煤的燃烧脱硫中，采用的最成熟有效的还是加入碳酸钙的方法。但现有方法中，所需加入的碳酸钙的量很大，通常按照与硫发生反应的化学计量比计算得到的量的5倍以上加入。而且，由于在传统方法中，碳酸钙与硫反应时表面容易生成硫酸钙壳层，使得位于中心的碳酸钙将很难与硫进一步反应，因此反应难以充分，除硫效果不佳。
而目前的传统型水煤浆，是采用低灰低硫的优质煤来制备，在本质上并没有实现去除灰份和硫份，也就是说，煤的含硫量和灰份直接决定了水煤浆的含硫量和灰份。同时，所采用的煤必须具有高挥发份和较高的灰熔点，才能制备出水煤浆。在此意义上来看，传统型水煤浆的前景和意义都是有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种能够在较低成本下完成煤的亚微米化和杂质分离、减少燃烧后二氧化硫等污染物排放量的新型清洁环保燃料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的清洁环保燃料。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种清洁环保燃料的制备方法，所述方法包括步骤：将煤初步破碎至平均粒度小于2毫米，之后加水调制成浆料，并将浆料加入超细设备中进行超细处理，且在超细处理之前或之后往浆料中加入除硫剂。
所述初步破碎采用高压辊压装置进行破碎，所述于超细设备中进行超细处理是指超细处理为平均粒度小于1微米。
优选的，所述超细设备中设置有高强度的超声发生器。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述除硫剂为碱(优选为氢氧化钠)，并且该除硫剂在超细处理之前加入浆料中，使除硫剂与浆料同时进行超细处理，超细处理同时进行脱硫反应。
在本发明的另一个优选的实施方式中，所述除硫剂为脱硫细菌，并且该除硫剂于超细处理完成且调整浆料的固含量为20～30％之后加入浆料中进行脱硫反应。
所述脱硫细菌优选为氧化亚铁硫杆菌，脱硫反应的时间为10～30小时。
以上两个优选实施方案中，优选进一步包括，将脱硫反应之后的浆料进行固液分离，保留固体并洗涤，之后加水调制为固含量30～50％的浆料，并在其中加入表面活性剂后分离去除灰份。
所述表面活性剂的加入量占浆料中固含量的重量百分比为0.01～0.03％，所述分离去除灰份优选在水力旋流器中进行。
所述方法进一步包括，分离去除灰份后，调整浆料至含水25～30％，并在其中加入分散剂，调整粘度低于400cps。
在本发明的再一个优选的实施方式中，所述除硫剂为碳酸钙，该除硫剂在超细处理之前加入浆料中，与浆料充分混合之后同时进行超细处理，或者将浆料单独进行超细处理之后往其中加入亚微米级的超细碳酸钙并充分混合。
超细处理前加入的碳酸钙优选不小于200目的重钙粉。
本发明还公开了采用上述方法制备得到的清洁环保燃料。
由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：
本发明是将亚微米超微细技术和分离技术应用在煤的处理工艺中，由于经过处理后的煤以极微细的颗粒形式存在，比表面积大大增加，一方面能使得燃烧效率大大提高，另一方面无论是分离脱硫、细菌脱硫还是燃烧脱硫的反应速率都将提高数倍至数十倍，最终实现在低成本下的煤的清洁高效利用。
本发明的分离脱硫通过使除硫剂(碱)与煤一起进行超细处理，能够使除硫反应彻底充分，经过该分离脱硫处理后，除硫率高达99％，并且通过表面活性剂的进一步应用，还能大大减少煤中的灰份含量。
本发明的细菌脱硫通过使脱硫细菌与超细处理后的煤反应，能够使脱硫反应彻底充分，经过该脱硫处理后，除硫率高达97％。
本发明的燃烧脱硫通过使除硫剂(碳酸钙)与煤一起进行超细处理，或者在超细后的煤中加入亚微米级的除硫剂(碳酸钙)，并使其在亚微米尺度下混合燃烧，也能够大大提高除硫剂(碳酸钙)的除硫效率，除硫率高达98％，并且还能减少碳酸钙的使用量从而减少反应产物石膏的排放量。
通过本发明的处理，可以将煤作为清洁燃料燃烧，在后续工艺中免去烟气脱硫装置，使得用户的使用成本大大降低。本发明的技术工艺简单，所需成本很低，利于推广，并将对煤的清洁化高效利用产生深刻的影响。由于经过处理的煤所含硫和灰极低，所以完全可以代替重油和柴油使用。本发明技术的推广将大大缓解我国缺油的现状和日益严重的环境问题。
具体实施方式
本发明的方法可以分别采用下列的各方案进行：
方案一：分离脱硫
将需要进行处理的煤首先经过一个高压辊压装置，将煤破碎成1～2毫米以下的粉，然后将这些粉用水调成固含量65～70％的浆，固含量的大小对除硫效果影响不大，只要在上述范围内，均可以达到理想效果。同时加入除硫剂(一种碱，如氢氧化钠)，然后通过泵送入超细设备中，进行超细处理。在本方案的优选方式中，超细设备中设置有高强度的超声发生器，以利用超声的“空化效应”促进碱与硫化学反应的顺利进行。所加入的碱的量一般按照与煤中所含的硫发生反应时的化学计量比加入，且为了促进反应进行，加入碱的量可稍大。对于氢氧化钠而言，通常按照碱与硫的摩尔比不小于2的比例加入。
由于煤事先经过了高压辊压装置的压力，内部受到高压应力的作用，每一个煤颗粒内部具有很多应力缺陷，成为一种微裂纹，当这些颗粒进入到超细设备中，在剪切、挤压、碰撞等研磨机制的作用下，颗粒所受的应力进一步增加，内部微裂纹崩解，大大提高了磨矿效率，被超细成为极其微细的颗粒，平均粒度在1微米以下。同时煤中所含的杂质，在磨中得以充分暴露并发生分离。此时，所加入的除硫剂和煤中的硫发生化学反应。由于颗粒度细、比表面积大，所以反应彻底充分。
将反应后的浆泵入离心机进行固液分离，反应后的硫随液体排走，然后用水冲洗三次，充分排出硫，使得煤进一步脱硫得到纯化。这些经过脱硫后的煤浆，加入水，调整固含达35～45％的浆，在其中加入一种表面活性剂，使得其中的碳和灰份表面带上不同的电荷。所加入的表面活性剂的量通常按照浆料中固含量的重量百分比0.01～0.03％的量加入。然后将这些浆料送入水力旋流器。由于碳和灰份比重不同，加上表面电荷不同，于是二者发生充分分离，最终得到不含灰、极低硫的纯化水煤浆。
然后将纯化的浆用离心机脱水，至含水30～25％，加入分散剂，调整粘度低于400cps。由于其纯度高，粒度细，比表面积大，和传统工艺相比，由于比表面积增大了数千倍，使得燃烧效率得到极大提高，同时由于煤中的灰份和硫份被去除，因此可以清洁燃烧代替重油和柴油。
方案二：细菌脱硫
将需要进行处理的石油焦首先经过一个高压辊压装置，将煤破碎成2毫米以下的粉，然后将这些粉用水调成固含量70～75％的浆，然后通过泵送入超细设备中，进行超细处理。
由于煤事先经过了高压辊压装置的压力，内部受到高压应力的作用，每一个煤颗粒内部具有很多应力缺陷，成为一种微裂纹。当这些颗粒进入到超细设备中，在剪切、挤压、碰撞等研磨机制的作用下，颗粒所受的应力进一步增加，内部微裂纹崩解，大大提高了磨矿效率，被超细成为极其微细的颗粒，平均粒度在1微米以下。同时煤中所含的杂质，在磨中得以充分暴露并发生分离。此时，由于颗粒度细，比表面积大，所以后续反应将彻底充分。将超细处理完成的煤，加入水调整固含量为20～30％，然后加入脱硫细菌，进行脱硫反应。脱硫细菌可以采用如氧化亚铁硫杆菌，脱硫时间通常为10～30小时。
将反应后的浆泵入离心机进行固液分离，反应后的硫随液体排走，然后用水冲洗三次，充分排出硫，使得煤进一步脱硫得到纯化。这些经过脱硫后的煤浆，加入水，调整固含达35～45％的浆，在其中加入一种表面活性剂，使得其中的碳和灰份表面带上不同的电荷。所加入的表面活性剂的量通常按照浆料中固含量的重量百分比0.01～0.03％的量加入。然后将这些浆料送入水力旋流器。由于碳和灰份比重不同，加上表面电荷不同，于是二者发生充分分离，最终得到含极低灰、硫的纯化水煤浆。
然后将纯化的浆用离心机脱水，至含水30～25％，加入分散剂，调整粘度低于400cps。由于其纯度高，粒度细，比表面积大，和传统工艺相比，由于比表面积增大了数千倍，使得燃烧效率得到极大提高，同时由于煤中的灰份和硫份被去除，因此可以清洁燃烧代替重油和柴油。
方案三：燃烧脱硫
将需要进行处理的煤首先经过一个高压辊压装置，将其破碎成2毫米以下的粉，然后将这些粉用水调成固含量70～75％的浆，然后通过泵送入超细设备中，进行超细处理。固含量的大小对除硫效果影响不大，只要在上述范围内，均可以达到理想效果。
由于煤事先经过了高压辊压装置的压力，内部受到高压应力的作用，每一个颗粒内部具有很多应力缺陷，成为一种微裂纹。当这些颗粒进入到超细设备中，在剪切、挤压、碰撞等研磨机制的作用下，颗粒所受的应力进一步增加，内部微裂纹崩解，大大提高了磨矿效率，被超细成为极其微细的颗粒，平均粒度在1微米以下。同时煤中所含的硫份，在磨中得以充分暴露并发生分离。由于其粒度细、比表面积大，并且表面具有很多高能活性点，和传统工艺相比，由于比表面积增大了数千倍，使得燃烧效率得到极大提高。
将经过超细处理的煤与亚微米级的超细重钙按照重钙(碳酸钙)与煤中的含硫量的摩尔比不小于1的比例进行充分混合。这样，在煤的燃烧过程中可以完成脱硫，最终使得硫得以充分的脱除。
由于煤中的硫组份已被超微细化，所以反应充分，使得所用的除硫剂(碳酸钙)减少，产生的脱硫产品(石膏)也相应减少。最终使得燃烧后的烟气的含硫量大大降低，免去复杂的烟气脱硫装置。
方案四：燃烧脱硫
将需要进行处理的煤首先经过一个高压辊压装置，将煤破碎成2毫米以下的粉，然后将这些粉用水调成固含量70～75％的浆，同时按照重钙与煤中含硫量的摩尔比不小于1的比例加入200目重钙粉进行充分混合，然后通过泵送入超细设备中，进行超细处理。固含量的大小对除硫效果影响不大，只要在上述范围内，均可以达到理想效果。
由于煤事先经过了高压辊压装置的压力，内部受到高压应力的作用，每一个颗粒内部具有很多应力缺陷，成为一种微裂纹。当这些颗粒进入到超细设备中，在剪切、挤压、碰撞等研磨机制的作用下，颗粒所受的应力进一步增加，内部微裂纹崩解，大大提高了磨矿效率，被超细成为极其微细的颗粒，平均粒度在1微米以下。同时煤中所含的硫份，在磨中得以充分暴露并发生分离。
由于其粒度细，比表面积大，并且表面具有很多高能活性点，和传统工艺相比，由于比表面积增大了数千倍，使得燃烧效率得到极大提高。在燃烧过程中脱硫反应充分进行，最终使得硫得以充分的脱除。由于煤中的硫组份和重钙已被微细化，所以反应充分，使得所用的除硫剂(碳酸钙)减少，产生的脱硫产品(石膏)也相应减少。最终使得燃烧后的烟气的含硫量大大降低，免去复杂的烟气脱硫装置。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细的描述。
以下实施例及对比例中所用设备及材料包括：
煤：内蒙神华上湾煤，含灰份8.1％，含全S为0.62％，均为重量百分比。
超细分级磨1台(华南理工大学自制)，超细旋流磨中设置有高强度超声发生器。
高压辊压磨1台(WG3型，深圳伟雄机械设备有限公司)。
200目重钙(广西产)。
燃烧喷嘴1个(自制)。
对比例1
取5公斤煤用球磨磨2小时后过200目筛，用水调成固含量68％的浆状，然后放入储罐中。另取200目重钙1公斤，用水调成固含量65％的浆状，然后放入储罐中。
将上述煤浆与重钙浆混合，通过燃烧喷嘴进行燃烧，并测量烟气中SO2的含量为93mg。
实施例1
取5公斤煤先经过高压辊压磨处理，破碎成2毫米以下的粉，然后将处理过的粗粉用水调成固含量72％的浆状，再进入超细分级磨中进行超细处理成为平均粒度在1微米以下的颗粒，然后放入储罐中。
取200目重钙1公斤，用水调成固含量65％的浆状，再进入超细分级磨中进行超细处理，然后放入储罐中。
将煤浆与重钙浆充分混合，通过燃烧喷嘴进行燃烧，并测量烟气中SO2的含量为52mg。
实施例2
取5公斤煤先经过高压辊压磨处理，将其破碎成2毫米以下的粉，然后将处理过的粗粉加入200目重钙1公斤，用水调成固含量68％的浆状，再进入超细分级磨中进行超细处理成为平均粒度在1微米以下的颗粒，然后放入储罐中。通过燃烧喷嘴进行燃烧并测量烟气中SO2的含量为47mg。
实施例3
取5公斤煤先经过高压辊压磨处理，将其破碎成2毫米以下的粉，然后将处理过的粗粉用水调成固含量65％的浆状，加入化学除硫剂NaOH约85克，再进入超细分级磨中，进行超细处理，然后放入储罐中。
将经过处理的煤浆，通过离心机进行固液分离，同时用水洗涤三次。然后将分离完成并洗涤后的煤放入储罐中。
将洗涤后的煤经过固含量的调整，通过燃烧喷嘴进行燃烧，并测量烟气中SO2的含量为1.1mg。
实施例4
将实施例3中分离完成并洗涤后的煤浆加入水，调整为固含达40％的浆，在其中加入一种表面活性剂(按干固物含量的万分之三加入)(如丙烯酸类)，然后将这些浆料送入水力旋流器充分分离其中的灰份。
将纯化后的浆用离心机脱水，再烘干至含水20％，加入千分之二的分散剂，调整粘度低于200cps。测量其中的灰份为0.03％，通过喷嘴燃烧，并测量烟气中SO2的含量为0.9mg。
实施例5
取5公斤煤先经过高压辊压磨处理，将其破碎成2毫米以下的粉，然后将处理过的粗粉用水调成固含量70％的浆状，进入超细分级磨中，进行超细处理，然后放入储罐中，加入脱硫细菌(氧化亚铁硫杆菌)。经过16小时的处理，用离心机进行固液分离，同时用水洗涤三次。然后将分离完成并洗涤后的煤放入储罐中。将洗涤后的煤经过固含量的调整，通过燃烧喷嘴进行燃烧，并测量烟气中SO2的含量为1.3mg。
Claims (7)
1.一种清洁环保燃料的制备方法，所述方法包括步骤：将煤初步破碎至平均粒度小于2毫米，之后加水调制成浆料，并将浆料加入超细设备中进行超细处理，所述于超细设备中进行超细处理是指超细处理为平均粒度小于1微米；
所述除硫剂为碱，并且该除硫剂在超细处理之前加入浆料中，使除硫剂与浆料同时进行超细处理，超细处理同时进行脱硫反应；或者
所述除硫剂为脱硫细菌，并且该除硫剂于超细处理完成且调整浆料的固含量为20～30％之后加入浆料中进行脱硫反应。
2.根据权利要求1所述的一种清洁环保燃料的制备方法，其特征在于：所述初步破碎采用高压辊压装置进行破碎。
3.根据权利要求1所述的一种清洁环保燃料的制备方法，其特征在于：所述超细设备中设置有超声发生器。
4.根据权利要求1所述的一种清洁环保燃料的制备方法，其特征在于：所述脱硫细菌为氧化亚铁硫杆菌，脱硫反应的时间为10～30小时。
5.根据权利要求1所述的一种清洁环保燃料的制备方法，其特征在于：所述方法进一步包括，将脱硫反应之后的浆料进行固液分离，保留固体并洗涤，之后加水调制为固含量30～50％的浆料，并在其中加入表面活性剂后分离去除灰份。
6.根据权利要求5所述的一种清洁环保燃料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂的加入量占浆料中固含量的重量百分比为0.01～0.03％，所述分离去除灰份在水力旋流器中进行。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的方法制备得到的清洁环保燃料。
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