CN105062600A

CN105062600A - 一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法

Info

Publication number: CN105062600A
Application number: CN201510485035.3A
Authority: CN
Inventors: 李维尊; 董晓君; 鞠美庭; 王雁南; 刘乐; 杨茜; 陈昱; 候其东; 王京钰
Original assignee: Shuozhou Coal Power Hongli Regeneration Industry Co Ltd Datong Coal Mine Group; Nankai University
Current assignee: Shuozhou Coal Power Hongli Regeneration Industry Co Ltd Datong Coal Mine Group; Nankai University
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明开发了一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法将生物质固废进行微生物发酵获取大量含有腐殖酸的发酵产物，进而对其进行改性，利用发酵产物具有高粘度和热值的优势，通过添加微量的水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰作为调节剂，将上述物质与煤粉、煤泥、煤矸石等进行快速混合并加工成型制成低硫清洁型煤。该型煤在燃烧过程中改性发酵产物逐渐碳化并与调节剂、煤炭形成基于碳结构的空间构型，孔隙率变大可有效改善煤炭燃烧性能，降低灰分、硫含量、氮含量，且燃烧该煤炭后保留原有形状，降低燃煤灰分约80%以上，SO₂排放量降低65%以上，NOx排放量降低70%以上，并大幅提高低品位煤炭的热值。

Description

一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法

技术领域

本发明属于清洁型煤生产技术领域，具体涉及一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法。

背景技术

我国是以燃煤为主要能源结构的国家，随着经济的快速发展，煤炭消耗量巨大，约占总量的75%。然而随着采煤机械化程度不断提高，粉煤、煤泥等在原煤中所占比例越来越大。粉煤的燃烧效率低，粉尘量大，由于大量使用这些低品位的煤炭，特别是采暖期集中使用，使得我国大气污染严重，威胁人民的生命健康。因此发展型煤是提高煤炭利用率、减少环境污染的重要途径之一。研究表明，利用型煤可减少工业上使用块煤或焦煤约30%，与燃烧散煤、煤粉、煤泥等相比，可节省20%。与此同时，使用型煤可减少粉尘排放量约50%。因此，开发型煤技术在我国具有极其重要的社会、环境和经济意义。

与此同时，随着我国社会经济的发展，我国农业秸秆、城市园林绿化垃圾、厨余垃圾等的产量迅猛增长，然而处理方式仍为填埋和焚烧。由于上述物质有机质含量高，易腐败变质，滋生蚊蝇，渗出液中含有大量有毒有害物质，因此易对土壤、地表水、地下水、大气造成极大的二次污染，产生严重的环境问题。然而，园林绿化垃圾、厨余垃圾经发酵处理后可产生丰富的腐殖酸（腐植酸含量15%-40%），经改性后可作为一种大比表面积、粘合力强的亲水性的可逆胶体，可以用来作为清洁型煤的粘结剂。另外，其发酵产物的热值约为3000大卡，因此合理开发利用园林绿化垃圾、厨余垃圾，对改善我国的能源结构和生存环境具有重要的意义。

为此，本专利开发了一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，以园林绿化垃圾、秸秆、厨余垃圾为原料，对经微生物发酵后的产出物进行改性，将改性产物与调节剂和煤粉、煤泥或煤矸石进行混合后压制成型。该方法制成的型煤在燃烧过程中改性发酵产物逐渐碳化并与调节剂、煤炭形成基于碳结构的空间构型，孔隙率变大能够有效改善煤炭燃烧特性，提高型煤热值的同时，改善着火点，同时有效将燃煤灰分进行固定。燃烧该煤炭后仍保留原有形状，大幅降低燃煤灰分约80%以上，二氧化硫排放量降低65%以上，大幅提高低品位煤炭的品质。

发明内容

本技术的目的是为了有效利用低品质煤炭，改善煤炭的燃烧特性，提供了一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法。该方法通过改性生物质废弃物的发酵产物，在调节剂的作用下将多种低品位煤炭进行混合，经压制成型。该工艺方法具有生产成本低、热值高、粘合效果好、促进型煤燃烧、降低着火点、成型强度高、燃烧后保留原有形态且具有一定强度。

一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，采用如下步骤实现：

1）将干燥的生物质固废粉碎至2-3mm；

2）将生物质固废与微生物菌群相混合，于温度55-65℃、湿度40-60%、搅拌转速5-10rpm的条件下好氧发酵6小时至4天以获得大量含有腐殖酸的发酵产物，且每次搅拌间隔为30min，其中微生物菌群的添加量为生物质固废重量的0.1%；

3）将发酵后的产出物与离子液体体系按照体积比1:1.5相混合；

4）在混合体系中加入磁性光催化剂Au-SBA15TiO₂-Fe₃O₄，催化剂用量为处理量的0.5%，在可见光条件下照射3h，将木质素选择性氧化；

5）将照射后的物质经水洗，利用磁铁将磁性光催化剂从体系中分离后，过滤，获得改性发酵产物；

6）将滤液经旋转蒸发后获得再生的离子液体溶剂体系；

7）将改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥或煤矸石中一种或几种进行快速混合3-7min，在12-18MPa的压力下经压制成型后，在120-150℃下烘干，且停留时间不超过3分钟，从而获得含水率不高于5%的清洁低硫型煤。

所述生物质固废包括但不限于秸秆、园林绿化垃圾、厨余垃圾；

所述微生物菌群是由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、汉逊酵母等一种或几种构成，且其比例为5:(2-3):(1-3):(0.5-2):(0.5-1)；

所述离子液体体系组成为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-吡啶氯盐、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）、二甲基亚砜（DMSO）按照3:(3-5):(0.5-1):(1-1.5)；

所述改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥或煤矸石的比例为(10-20):(0.01-0.02):(0.005-0.008):(0.008-0.015):(50-80):(20-30):10。

本发明的优点和有益效果是：

生物质发酵产出物经改性后具有粘度高、热值高的特点；在生产过程中通过加入调节剂可在微观上构建起三维网状结构，在燃烧过程中改性发酵产物逐渐碳化并与调节剂、煤炭形成基于碳结构的空间构型，孔隙率变大改善煤炭燃烧性能，能够有效锁定灰分、二氧化硫和氮氧化物；该生产工艺和技术具有操作简单、可利用煤炭采选过程中产生的劣质煤，提高煤炭的利用效率；利用该技术生产的清洁型煤具有生产成本低、热值高、燃烧特性好等优点。

具体实施例：

实施例1

一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，步骤如下：

1）将干燥的秸秆粉碎至3mm；

2）将秸秆与微生物菌群相混合，于温度55-65℃、湿度40-60%、搅拌转速5-10rpm的条件下好氧发酵3天以获得大量含有腐殖酸的发酵产物，且每次搅拌间隔为30min，其中微生物菌群是由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌构成，且其比例为5:2:2:0.5，其中微生物菌群的添加量为生物质固废重量的0.1%；

3）将发酵后的产出物与离子液体体系按照体积比1:1.5相混合，其中离子液体体系组成为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-吡啶氯盐、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）、二甲基亚砜（DMSO），且其比例为3:3:0.5:1；

6）将滤液经旋转蒸发后获得再生的离子液体溶剂体系，循环使用；

7）将改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥按照15:0.01:0.007:0.01:65:20进行快速混合5min，在13MPa的压力下经压制成型后，在120℃下烘干，且停留时间为3分钟，从而获得含水率为5%的清洁低硫型煤。

利用该技术生产的型煤与直接燃烧煤粉、煤泥相比，降低燃煤灰分82%，SO2排放量降低65%，NOx排放量降低70%。

实施例2

一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，步骤如下：

1）将干燥的园林绿化垃圾粉碎至2mm；

2）将园林绿化垃圾与微生物菌群相混合，于温度55-65℃、湿度40-60%、搅拌转速5-10rpm的条件下好氧发酵4天以获得大量含有腐殖酸的发酵产物，且每次搅拌间隔为30min，其中微生物菌群是由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、汉逊酵母等构成，且其比例为5:2:1:0.5，其中微生物菌群的添加量为生物质固废重量的0.1%；

3）将发酵后的产出物与离子液体体系按照体积比1:1.5相混合，其中离子液体体系组成为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-吡啶氯盐、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）、二甲基亚砜（DMSO），其比例为3:4:0.7:1；

6）将滤液经旋转蒸发后获得再生的离子液体溶剂体系；

7）将改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤矸石按照20:0.02:0.008:0.008:70:10。快速混合7min，在17MPa的压力下经压制成型后，在130℃下烘干，且停留时间为3分钟，从而获得含水率为5%的清洁低硫型煤。

利用该技术生产的型煤与直接燃烧煤粉、煤矸石相比，降低燃煤灰分81%，SO2排放量降低65%，NOx排放量降低70%。

实施例3

一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，步骤如下：

1）将厨余垃圾与微生物菌群相混合，于温度55-65℃、湿度40-60%、搅拌转速5-10rpm的条件下好氧发酵6小时以获得大量含有腐殖酸的发酵产物，且每次搅拌间隔为30min，其中微生物菌群是由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、汉逊酵母构成，且其比例为5:3:3:1:1，其中微生物菌群的添加量为生物质固废重量的0.1%；

3）将发酵后的产出物与离子液体体系按照体积比1:1.5相混合，其中离子液体体系组成为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-吡啶氯盐、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）、二甲基亚砜（DMSO），且比例为3:5:0.5:1；

6）将滤液经旋转蒸发后获得再生的离子液体溶剂体系；

7）将改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥、煤矸石按照20:0.15:0.007:0.013:60:10:10进行快速混合3min，在15MPa的压力下经压制成型后，在150℃下烘干，且停留时间为3分钟，从而获得含水率为5%的清洁低硫型煤。

利用该技术生产的型煤与直接燃烧煤粉、煤泥、煤矸石相比，降低燃煤灰分85%，SO2排放量降低65%，NOx排放量降低72%。

Claims

1.一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，其特征在于：本专利将生物质固废进行微生物发酵获取大量含有腐殖酸的发酵产物，进而对其进行改性，利用发酵产物具有高粘度和热值的优势，通过添加微量的水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰作为调节剂，将上述物质与煤粉、煤泥、煤矸石等进行快速混合并加工成型制成低硫清洁型煤。

2.根据权利要求1所述一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，其特征在于：生物质固废在微生物菌群的作用下，于温度55-65℃、湿度40-60%、搅拌转速5-10rpm的条件下好氧发酵6小时至4天以获得大量含有腐殖酸的发酵产物，其中生物质固废包括但不限于秸秆、园林绿化垃圾、厨余垃圾等，微生物菌群是由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、汉逊酵母等一种或几种构成，且其比例为5:(2-3):(1-3):(0.5-2):(0.5-1)，其中微生物菌群的添加量为生物质固废重量的0.1%。

3.根据权利要求1所述一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，其特征在于：将上述发酵产物在离子液体溶液体系中进行光催化改性处理，将木质素选择性氧化获得高粘度的改性发酵产物，其中离子液体组成为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-吡啶氯盐、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）、二甲基亚砜（DMSO），比例为3:(3-5):(0.5-1):(1-1.5)，其中磁性光催化剂为Au-SBA15TiO₂-Fe₃O₄，催化剂用量为处理量的0.5%。

4.根据权利要求1所述一种清洁低硫型煤的生产工艺及方法，其特征在于：将改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥或煤矸石中一种或几种进行快速混合3-7min，在12-18MPa的压力下经压制成型后，在120-150℃下烘干，且停留时间不超过3分钟，从而获得含水率不高于5%的清洁低硫型煤，其中改性发酵产物、水玻璃、聚丙烯酰胺、生石灰与煤粉、煤泥或煤矸石的比例为(10-20):(0.01-0.02):(0.005-0.008):(0.008-0.015):(50-80):(20-30):10。