CN103013610B - 一种针对低热值煤的生物质型煤的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对低热值煤的生物质型煤的制备方法，本发明将生物质粉碎后加入碱液预浸，然后在碱液中高温蒸煮，再加入粉碎后的低热值煤和适量的添加剂，最后上述混合物加水混合均匀后一同进入成型机，在高压下成型，得到生物质型煤产品。该方法将低热值煤与生物质混合生产生物质型煤，充分利用煤与生物质的自身优势，提高各自的燃烧特性和热利用率，并将我国有限的煤炭资源尤其是低质煤高效化、洁净化利用，将农业废弃物玉米秸秆资源化、能源化利用，对实现低热值煤资源、玉米秸秆等生物质资源就近高效转化，提高煤炭资源利用效率具有重要意义，符合国家洁净煤技术的发展方向。

Description

一种针对低热值煤的生物质型煤的制备方法
技术领域
本发明涉及一种对低热值煤的生物质型煤的制备方法，属于煤炭采洗选废弃物和农业废弃物资源化应用领域。
背景技术
我国是煤炭生产和消费大国，煤炭生产和洗选过程中产生了大量的煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值煤资源。我国每年产生的煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值煤资源3亿吨以上，而已建成的低热值煤发电机组，每年仅可消耗低热值煤资源1亿多吨，尚有大量现有和每年新增的2亿吨未得到合理有效利用。大量未利用的煤矸石、煤泥等长期在矿区堆存，易自燃并释放有害气体，污染大气环境；同时经雨水淋溶，也会污染水体和土壤。另外，部分煤矸石、煤泥、洗中煤掺混在优质煤中长距离运输，增加运输能耗，加剧运力紧张矛盾。加快发展低热值煤利用产业，对多途径利用废弃资源，减少煤矸石、煤泥堆存，保护矿区生态环境、避免运力浪费具有积极作用。目前技术、经济条件下，利用低热值煤资源生产、使用生物质型煤是低热值煤合理有效利用的途径之一。将低热值煤（煤矸石（收到基低位发热量大于1200kcal/kg）、煤泥（收到基低位发热量在2500-3500kcal/kg）和洗中煤（收到基低位发热量在2500-4000kcal/kg））与农业废弃物进行配合后加工成型煤，减少煤泥、煤矸石造成的污染，降低型煤成本，为煤炭的清洁燃烧提供了一条行之有效的途径。
生物质型煤将高挥发分、低灰、低硫、低燃点的生物质原料按一定比例与煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值煤煤粉混合后，通过一定工艺制备的型煤。它是利用煤和生物质资源的新途径,充分利用煤和生物质自身的优势,具有节煤和生物质代煤的双重作用，可减少温室气体和SO2的排放量，有利于防止气候变暖和酸雨污染，对保护环境和节约能源均具有重大意义。
在我国北方，玉米秸秆是主要的农副产物。内蒙古是我国重要的玉米主产区，玉米是内蒙古的第一大农作物，是内蒙古自治区播种面积最大、总产最高的主栽作物，主要分布于兴安盟、赤峰市、通辽市、巴彦淖尔市、包头市、乌兰察布市、鄂尔多斯市、呼和浩特市、锡林郭勒盟，内蒙古玉米产量和播种面积基本呈逐年增加趋势。如此大面积的种植玉米，产生的玉米秸秆数量也是海量的，玉米秸秆资源非常丰富。玉米秸秆适口性差，不易消化，无法作为牲畜饲料。因此，除极少数部分作为饲料、燃烧和农业渣肥为人们所利用外，绝大部分被废弃或焚烧，造成空气污染，并造成农业生物质废弃资源及能源的巨大浪费。农业废弃物玉米秸秆作为农业生产加工中的副产品，具有产量大、可再生特点,并且本身含硫量极低(不到煤的1/10)，玉米秸秆与低热值煤经过深加工制成具有较高热量、较大密度的生物质型煤燃料，为我国低热值煤、农作物秸秆等废弃资源的规模化应用提供了可能的途径。
专利（200510022769.4）公开了一种针对黄陵烟煤的生物质型煤，以毛蚶壳粉末作为型煤固硫剂，稻草、膨润土、焦油为粘结添加剂。专利（200810070807.7）公开了以水葫芦与无烟粉煤为原料添加氧化镁、氧化钙、膨润土为粘接剂制备生物质型煤，专利（201110287969.8）公开了型煤粘结剂和生物质型煤及制备方法，以木薯渣氢氧化钠蒸煮后为型煤粘结剂利用无烟粉煤制备生物质型煤。以上专利都是利用当地生物质资源制备生物质型煤，但以烟煤、无烟粉煤为主要原料，忽视了低热值煤煤矸石、煤泥、洗中煤等煤炭采洗选后的废弃物的转化利用和玉米秸秆等生物质（含有木质素等化学组分）的粘结作用。
降低生物质型煤生产成本，实现工业化发展应用，是生物质型煤形成规模产业的关键。因此，利用地方资源优势，实现玉米秸秆资源、低热值煤资源就近高效转化，为生物质型煤的产业化发展奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对低热值煤的生物质型煤的制备方法，该方法实现了玉米秸秆资源、低热值煤资源的高效转化。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的针对低热值煤的生物质型煤的制备方法，其包括以下步骤：1)对玉米秸秆进行粉碎，收集玉米秸秆粉进行碱液预浸处理，过滤后加入碱液高温蒸煮；2)添加粉碎后的低热值煤，添加型煤添加剂，与水混合均匀，成型机挤压成型高温烘干；
在本发明的步骤1）中，玉米秸秆粉碎至1～5mm，取玉米秸秆粉20～80g加入1～20%质量分数的碱液预浸1～24h，过滤后加入1～6%质量分数的碱液80～100℃蒸煮1～3h。
所述预浸和蒸煮的碱液可为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液中的一种或两种。
在本发明的步骤2）中，可先将步骤1）得到的玉米秸秆粉与粉碎后的低热值煤混合，添加型煤添加剂，成型机挤压成型高温烘干得到生物质型煤，具体步骤为：添加粉碎至1～5mm低热值煤160～220g，添加型煤添加剂10～20g，与10～30ml水混合均匀，成型机17～25MPa挤压成型100～120℃烘干1～3h。
所述低热值煤为煤泥、洗中煤、煤矸石中的一种或几种；
所述型煤添加剂为：高岭土、石灰石、羧甲基纤维素钠，各组分的质量分数为高岭土30%～40%，石灰石40%～60%，羧甲基纤维素钠10%～20%。
本发明的有益效果为：
（1）原料低热值煤粉碎后，添加处理过的玉米秸秆，添加型煤添加剂，制备生物质型煤，实现了煤炭废弃物和农业废弃物的资源化利用，尤其有利于低热值煤煤矸石、煤泥、洗中煤等煤炭采洗选后的废弃物的定向转化利用，同时降低生产成本，有利于生物质型煤的产业化利用。
（2）玉米秸秆粉进行碱液预浸和高温蒸煮处理，碱液预浸玉米秸秆，破坏玉米秸秆木质素中的吡喃环，拆开相互缠结的木质素、纤维素和半纤维素立体网状结构，纤维则在型煤中起连接、拉伸作用；高温蒸煮能够使木质素在高温作用下与经过活化的玉米秸秆中的活性基团以及木质素本身起脱水缩合反应，形成类似胶粘作用效果，同时玉米秸秆高温蒸煮分解产生的糖类物质以及果胶、单宁等物质具有粘结作用，有助于玉米秸秆粉和低热值煤粉胶黏成型，增加生物质型煤强度。
（3）型煤添加剂为高岭土、石灰石、羧甲基纤维素钠，利用了内蒙古地区丰富的高岭土、石灰石等矿产资源，其中石灰石（主要成分CaO）与煤燃烧产生的SO2反应，生成CaSO4,降低型煤燃烧的SO2排放量，起到固硫的效果；高岭土主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3通过与CaSO4和CaO作用，形成了热稳定性高的复盐CaSO4-3CaO-3Al2O3并包裹在CaSO4晶体的表面，从而抑制了CaSO4的分解，增强了型煤的固硫作用；羧甲基纤维素钠能够提高生物质型煤的防水性、抗压强度和跌落强度。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：玉米秸秆粉碎至3mm，取玉米秸秆粉40g加入20%质量分数的氢氧化钙溶液预浸6h，过滤后加入3%质量分数的氢氧化钠溶液90℃蒸煮4h，添加粉碎至3mm煤泥160g、煤矸石20g，添加由质量分数50%石灰石、40%高岭土、10%羧甲基纤维素钠构成的型煤添加剂20g，与20ml水混合均匀，成型机15MPa挤压成型120℃烘干1.5h制得生物质型，生物质型煤煤发热量3004kcal/kg，抗压强度780N/个，跌落强度91.8%，固硫率70%，浸水复干强度240N/个。
实施例2：玉米秸秆粉碎至2mm，取玉米秸秆粉45g加入10%质量分数的氢氧化钠溶液预浸8h，过滤后加入2%质量分数的氢氧化钠溶液95℃蒸煮6h，添加粉碎至3mm煤泥60g和洗中煤100g，添加由质量分数45%石灰石、40%高岭土、15%羧甲基纤维素钠构成的型煤添加剂18g，与25ml水混合均匀，成型机18MPa挤压成型110℃烘干1.5h制得生物质型煤，生物质型煤发热量3110kcal/kg，抗压强度820N/个，跌落强度92.7%，固硫率72%，浸水复干强度218N/个。
实施例3：玉米秸秆粉碎至1mm，取玉米秸秆粉40g加入15%质量分数的氢氧化钙溶液预浸18h，过滤后加入2%质量分数的氢氧化钙溶液100℃蒸煮2h，添加粉碎至1mm煤矸石50g和洗中煤110g，添加质量分数40%石灰石、40%高岭土、20%羧甲基纤维素钠构成的型煤添加剂15g，与17ml水混合均匀，成型机20MPa挤压成型100℃烘干2.5h制得生物质型煤，生物质型煤发热量2810kcal/kg，抗压强度860N/个，跌落强度90.0%，固硫率68%，浸水复干强度163N/个。
实施例4：玉米秸秆粉碎至2mm，取玉米秸秆粉30g加入5%质量分数的氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液的混合物预浸14h，过滤后加入5%质量分数的氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液的混合物85℃蒸煮2h，其中：按体积分数氢氧化钠溶液：氢氧化钙溶液=1：1，添加粉碎至1mm煤矸石45g、煤泥45g、洗中煤70g，添加质量分数50%石灰石、30%高岭土、20%羧甲基纤维素钠构成的型煤添加剂18g，与20ml水混合均匀，成型机25MPa挤压成型105℃烘干2h制得生物质型煤，生物质型煤发热量2950kcal/kg，抗压强度850N/个，跌落强度88.0%，固硫率78%，浸水复干强度231N/个。

Claims (3)

1.一种针对低热值煤的生物质型煤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对玉米秸秆进行粉碎，收集玉米秸秆粉加入碱液进行预浸处理，过滤后加入碱液高温蒸煮；2)添加粉碎后的低热值煤，添加型煤添加剂，与水混合均匀，成型机挤压成型高温烘干，
步骤1）玉米秸秆粉碎至1～5mm，取玉米秸秆粉20～80g加入1～20%质量分数的碱液预浸1～24h，过滤后加入1～6%质量分数的碱液80～100℃蒸煮1～3h，以及，
步骤2）在预浸和蒸煮后的物料中添加粉碎至1～5mm低热值煤160～220g，添加型煤添加剂10～20g，然后与10～30ml水混合均匀，成型机17～25MPa挤压成型100～120℃烘干1～3h，此外，
步骤2）中型煤添加剂为：高岭土、石灰石、羧甲基纤维素钠，上述三种物料各组分的质量分数为高岭土30%～40%，石灰石40%～60%，羧甲基纤维素钠10%～20%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预浸和蒸煮的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，低热值煤为煤泥、洗中煤或煤矸石中的一种或几种。
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