CN109423349A - 一种复合型煤粘结剂 - Google Patents

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张琳
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

本发明公开了一种复合型煤粘结剂，属于固体燃料粘结剂技术领域。本发明制备的复合型煤粘结剂是由以下重量份数的原料组成：30～50份高分子粘结剂，40～60份生物质粘结剂，10～30份无机粘结剂；所述高分子粘结剂是由热固性酚醛树脂，固化剂，有机硅和石油树脂混合而成；所述生物质粘结剂是由玉米淀粉，炭化稻壳，改性稻草草筋灰，腐植酸和水混合而成；所述无机粘结剂是由铝矾土，蓝晶石和水玻璃混合而成。本发明所得复合型煤粘结剂在不同燃烧温度下皆有良好的粘结性能，可有效保障型煤在不同燃烧温度下的尺寸稳定性能，防止型煤在燃烧过程中发生崩解。本发明所得粘结剂解决了传统粘结剂所制型煤尺寸稳定性不佳，在燃烧过程中易发生崩解的问题。

Description

一种复合型煤粘结剂
技术领域
本发明公开了一种复合型煤粘结剂，属于固体燃料粘结剂技术领域。
背景技术
煤炭是一次能源的重要组成部分。煤炭的大量使用，不可避免地会产生一系列环境污染问题，对生态平衡和人类生存有着极大的危害。空气中SO2主要来源于煤的燃烧，占SO2来源总量的90%以上。同时，落后的煤炭开发和使用技术制约着国民经济的可持续发展，发展洁净煤技术已成为必然趋势。
型煤技术是洁净煤技术之一，联合国能源组织把型煤视为节能减污的有效途径予以推广。近年来，由于煤炭开采机械化程度的提高，粉煤所占的比例高达60%～70%，造成块煤产量下降，而粉煤燃烧效率低下且严重积压。工业锅炉采用型煤可以明显减少炉排漏煤，提高燃烧效率，并显著降低污染物的排放量。据统计，燃用型煤和原煤比较，可以节煤6%～20%，而且可以减少60%的烟尘和SO2，40%的氮氧化物。因此，粉煤成型技术已引起广泛关注。型煤粘结剂是型煤生产中的关键，为了生产出高质量的型煤，需要对粘结剂及其粘结机理进行研究。型煤的成型机理较复杂，涉及许多学科内容。
粘结剂按其化学状态可分为有机、无机和复合粘结剂三大类。有机粘结剂的粘结性能较好，使型煤具有较高的机械强度，但热态机械强度和热稳定性较差，这是因为该类粘结剂在高温下容易分解和燃烧，还有些粘结剂的防水性较差，这些缺点可通过对其进行改性和对型煤进行后处理而改善。在型煤生产中，最常用的无机粘结剂是石灰、水泥、粘土、硅酸钠、石膏等。该类粘结剂来源广、成本低，比较耐高温，制成的型煤具有较好的热态强度和热稳定性，且有固硫作用，能减少二氧化硫排放，这是因为此类粘结剂含有的碱金属、碱土金属、碳酸盐或氧化物、氢氧化物等成分能和煤中的硫起反应，如MgO可以固定褐煤中86%的硫。该类粘结剂的缺点是使型煤灰分增加，发热量降低，防水性差。将两种或两种以上的粘结剂组合成复合粘结剂可相互弥补单一粘结剂存在的不足，使型煤达到最佳质量。复合粘结剂已成为开发的主要方向。
型煤粘结剂是决定型煤成本与质量的关键因素之一。因此，研制成本低、产量高、性能好、无污染的粘结剂是型煤研究的重要内容。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对使用了传统粘结剂所制的型煤尺寸稳定性不佳，在燃烧过程中易发生崩解的问题，提供了一种复合型煤粘结剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种复合型煤粘结剂，是由以下重量份数的原料组成：30～50份高分子粘结剂，40～60份生物质粘结剂，10～30份无机粘结剂；
所述高分子粘结剂是由以下重量份数的原料组成：10～20份热固性酚醛树脂，0.6～0.8份固化剂，30～40份有机硅，10～20份石油树脂；
所述生物质粘结剂是由以下重量份数的原料组成：8～10份玉米淀粉，8～10份炭化稻壳，20～30份改性稻草草筋灰，30～40份腐植酸，30～50份水；
所述无机粘结剂是由以下重量份数的原料组成：30～50份铝矾土，10～20份蓝晶石，80～100份水玻璃。
所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123或酚醛树脂2127中的任意一种。
所述固化剂为苯磺酸、对甲苯磺酸或乌洛托品中的任意一种。
所述有机硅为苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷中的任意一种。
所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。
所述炭化稻壳制备步骤为：按质量比为1：10～1：30将稻壳与水混合浸泡后，冷冻粉碎、干燥、炭化，即得碳化稻壳。
所述改性稻草草筋灰改性过程为：将稻草切割成稻草短秆，并将稻草短秆与生石灰逐层铺设于玻璃罐中，再向罐内加水，浸泡腐烂20～30天后，即得改性稻草草筋灰。
所述腐植酸为煤炭腐植酸、土壤腐植酸或水体腐植酸中的任意一种。
所述水玻璃模数为1.5～2.5。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过采用生物质粘结剂、高分子粘结剂和无机粘结剂三者复配，在使用过程中，生物质粘结剂可使产品在常温及较低温度条件下具有优异的粘结性能，使煤粉良好成型，在型煤燃烧过程中，随着温度进一步升高，高分子粘结剂中热固性酚醛树脂在固化剂作用下，进一步固化，保障型煤在相对较高温度条件下的尺寸稳定性能，再随着燃烧温度的进一步升高，高分子粘结剂受热分解，无机粘结剂中蓝晶石在高温条件下，首先发生分解和转化成一部分莫来石，随着反应进行，蓝晶石分解产生的二氧化硅及稻壳中的二氧化硅可与铝矾土中的氧化铝进一步反应，并形成坚硬的针柱状莫来石网络骨架结构，保障型煤在更高温度条件下的稳定性；
（2）本发明通过在体系中添加石油树脂，石油树脂的存在，一方面可提高型煤的燃烧值，另一方面石油树脂可提高高分子粘结剂对煤粉等无机粉体的润湿性能，使高分子粘结剂将无机粉体有效粘结，提高产品内部粘结强度，避免在燃烧过程中发生崩解；
（3）本发明通过在体系中添加有机硅，有机硅在受热条件下，内部的硅羟基可发生脱水反应，相互交联形成三维网络结构，进一步提升体系在燃烧过程中的尺寸稳定性能。
具体实施方式
按重量份数计，依次取10～20份热固性酚醛树脂，0.6～0.8份固化剂，30～40份有机硅，10～20份石油树脂，加入混料机中，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合30～45min，出料，得高分子粘结剂；将稻草用铡刀切割成长度为3～5cm稻草短秆，将稻草短秆铺设于玻璃罐底部，控制稻草短秆铺设厚度为3～5cm，再于稻草短秆表面铺设一层生石灰，如此一层稻草短秆一层生石灰进行逐层铺设，再沿玻璃罐壁向玻璃罐中加水，直至水面将玻璃罐中铺设的物料淹没，再将玻璃罐密封，静置浸泡腐烂20～30天后，打开玻璃罐，用玻璃棒搅拌混合10～30min，得改性稻草草筋灰；按质量比为1：10～1：30将稻壳与水混合浸泡2～4h，过滤，得滤渣，并将所得滤渣冷冻粉碎，再将粉碎后的滤渣移入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥稻壳粉，随后将干燥稻壳粉转入炭化炉，于氮气保护状态下，以10～15℃/min速率程序升温至500～600℃，保温炭化3～5h，出料，得碳化稻壳；按重量份数计，依次取8～10份玉米淀粉，8～10份炭化稻壳，20～30份改性稻草草筋灰，30～40份腐植酸，30～50份水，先将玉米淀粉和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，静置溶胀2～4h，再向烧杯中依次加入炭化稻壳、改性稻草草筋灰和腐植酸，继续搅拌混合20～30min，得生物质粘结剂；按重量份数计，在球磨罐中依次加入30～50份铝矾土，10～20份蓝晶石，80～100份水玻璃，并按球料质量比为10：1～20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨混合4～6h，出料，得球磨料，即为无机粘结剂；按重量份数计，依次取30～50份高分子粘结剂，40～60份生物质粘结剂，10～30份无机粘结剂，用搅拌机以1200～1500r/min转速高速搅拌混合45～60min，出料，即得复合型煤粘结剂。所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123或酚醛树脂2127中的任意一种。所述固化剂为苯磺酸、对甲苯磺酸或乌洛托品中的任意一种。所述有机硅为苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷中的任意一种。所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。所述腐植酸为煤炭腐植酸、土壤腐植酸或水体腐植酸中的任意一种。所述水玻璃模数为1.5～2.5。
实例1
按重量份数计，依次取20份热固性酚醛树脂，0.8份固化剂，40份有机硅，20份石油树脂，加入混料机中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合45min，出料，得高分子粘结剂；将稻草用铡刀切割成长度为5cm稻草短秆，将稻草短秆铺设于玻璃罐底部，控制稻草短秆铺设厚度为5cm，再于稻草短秆表面铺设一层生石灰，如此一层稻草短秆一层生石灰进行逐层铺设，再沿玻璃罐壁向玻璃罐中加水，直至水面将玻璃罐中铺设的物料淹没，再将玻璃罐密封，静置浸泡腐烂30天后，打开玻璃罐，用玻璃棒搅拌混合30min，得改性稻草草筋灰；按质量比为1：30将稻壳与水混合浸泡4h，过滤，得滤渣，并将所得滤渣冷冻粉碎，再将粉碎后的滤渣移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥稻壳粉，随后将干燥稻壳粉转入炭化炉，于氮气保护状态下，以15℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化5h，出料，得碳化稻壳；按重量份数计，依次取10份玉米淀粉，10份炭化稻壳，30份改性稻草草筋灰，40份腐植酸，50份水，先将玉米淀粉和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合15min后，静置溶胀4h，再向烧杯中依次加入炭化稻壳、改性稻草草筋灰和腐植酸，继续搅拌混合30min，得生物质粘结剂；按重量份数计，在球磨罐中依次加入50份铝矾土，20份蓝晶石，100份水玻璃，并按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h，出料，得球磨料，即为无机粘结剂；按重量份数计，依次取50份高分子粘结剂，60份生物质粘结剂，30份无机粘结剂，用搅拌机以1500r/min转速高速搅拌混合60min，出料，即得复合型煤粘结剂。所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为苯磺酸。所述有机硅为苯基三氯硅烷。所述石油树脂为C5石油树脂。所述腐植酸为煤炭腐植酸。所述水玻璃模数为2.5。
实例2
按重量份数计，依次取20份热固性酚醛树脂，0.8份固化剂，40份有机硅，20份石油树脂，加入混料机中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合45min，出料，得高分子粘结剂；将稻草用铡刀切割成长度为5cm稻草短秆，将稻草短秆铺设于玻璃罐底部，控制稻草短秆铺设厚度为5cm，再于稻草短秆表面铺设一层生石灰，如此一层稻草短秆一层生石灰进行逐层铺设，再沿玻璃罐壁向玻璃罐中加水，直至水面将玻璃罐中铺设的物料淹没，再将玻璃罐密封，静置浸泡腐烂30天后，打开玻璃罐，用玻璃棒搅拌混合30min，得改性稻草草筋灰；按质量比为1：30将稻壳与水混合浸泡4h，过滤，得滤渣，并将所得滤渣冷冻粉碎，再将粉碎后的滤渣移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥稻壳粉，随后将干燥稻壳粉转入炭化炉，于氮气保护状态下，以15℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化5h，出料，得碳化稻壳；按重量份数计，在球磨罐中依次加入50份铝矾土，20份蓝晶石，100份水玻璃，并按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h，出料，得球磨料，即为无机粘结剂；按重量份数计，依次取50份高分子粘结剂，30份无机粘结剂，用搅拌机以1500r/min转速高速搅拌混合60min，出料，即得复合型煤粘结剂。所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为苯磺酸。所述有机硅为苯基三氯硅烷。所述石油树脂为C5石油树脂。所述腐植酸为煤炭腐植酸。所述水玻璃模数为2.5。
实例3
将稻草用铡刀切割成长度为5cm稻草短秆，将稻草短秆铺设于玻璃罐底部，控制稻草短秆铺设厚度为5cm，再于稻草短秆表面铺设一层生石灰，如此一层稻草短秆一层生石灰进行逐层铺设，再沿玻璃罐壁向玻璃罐中加水，直至水面将玻璃罐中铺设的物料淹没，再将玻璃罐密封，静置浸泡腐烂30天后，打开玻璃罐，用玻璃棒搅拌混合30min，得改性稻草草筋灰；按质量比为1：30将稻壳与水混合浸泡4h，过滤，得滤渣，并将所得滤渣冷冻粉碎，再将粉碎后的滤渣移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥稻壳粉，随后将干燥稻壳粉转入炭化炉，于氮气保护状态下，以15℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化5h，出料，得碳化稻壳；按重量份数计，依次取10份玉米淀粉，10份炭化稻壳，30份改性稻草草筋灰，40份腐植酸，50份水，先将玉米淀粉和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合15min后，静置溶胀4h，再向烧杯中依次加入炭化稻壳、改性稻草草筋灰和腐植酸，继续搅拌混合30min，得生物质粘结剂；按重量份数计，在球磨罐中依次加入50份铝矾土，20份蓝晶石，100份水玻璃，并按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h，出料，得球磨料，即为无机粘结剂；按重量份数计，依次取60份生物质粘结剂，30份无机粘结剂，用搅拌机以1500r/min转速高速搅拌混合60min，出料，即得复合型煤粘结剂。所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为苯磺酸。所述有机硅为苯基三氯硅烷。所述石油树脂为C5石油树脂。所述腐植酸为煤炭腐植酸。所述水玻璃模数为2.5。
实例4
按重量份数计，依次取20份热固性酚醛树脂，0.8份固化剂，40份有机硅，20份石油树脂，加入混料机中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合45min，出料，得高分子粘结剂；将稻草用铡刀切割成长度为5cm稻草短秆，将稻草短秆铺设于玻璃罐底部，控制稻草短秆铺设厚度为5cm，再于稻草短秆表面铺设一层生石灰，如此一层稻草短秆一层生石灰进行逐层铺设，再沿玻璃罐壁向玻璃罐中加水，直至水面将玻璃罐中铺设的物料淹没，再将玻璃罐密封，静置浸泡腐烂30天后，打开玻璃罐，用玻璃棒搅拌混合30min，得改性稻草草筋灰；按质量比为1：30将稻壳与水混合浸泡4h，过滤，得滤渣，并将所得滤渣冷冻粉碎，再将粉碎后的滤渣移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥稻壳粉，随后将干燥稻壳粉转入炭化炉，于氮气保护状态下，以15℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化5h，出料，得碳化稻壳；按重量份数计，依次取10份玉米淀粉，10份炭化稻壳，30份改性稻草草筋灰，40份腐植酸，50份水，先将玉米淀粉和水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合15min后，静置溶胀4h，再向烧杯中依次加入炭化稻壳、改性稻草草筋灰和腐植酸，继续搅拌混合30min，得生物质粘结剂；按重量份数计，依次取50份高分子粘结剂，60份生物质粘结剂，用搅拌机以1500r/min转速高速搅拌混合60min，出料，即得复合型煤粘结剂。所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为苯磺酸。所述有机硅为苯基三氯硅烷。所述石油树脂为C5石油树脂。所述腐植酸为煤炭腐植酸。所述水玻璃模数为2.5。
对比例：江西某化工有限公司生产的型煤粘结剂。
将实例1至4所得型煤粘结剂和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
添加质量分数为总质量4%的型煤粘结剂，制出型煤，室温中放置1h后于110℃下干燥5h备用。按照MT/T924检测所制型煤的热稳定性。
具体检测结果如表1所示：
表1
检测内容 实例1 实例2 实例3 实例4 对比例
热稳定性/％ 99 95 96 94 92
燃烧值/（MJ/kg） 35 32 31 30 25
由表1检测结果可知，添加了本发明所得型煤粘结剂所制出的型煤热稳定性和燃烧值都得到了有效提高，解决了传统粘结剂所制型煤尺寸稳定性不佳，在燃烧过程中易发生崩解的问题。

Claims (9)

1.一种复合型煤粘结剂，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～50份高分子粘结剂，40～60份生物质粘结剂，10～30份无机粘结剂；
所述高分子粘结剂是由以下重量份数的原料组成：10～20份热固性酚醛树脂，0.6～0.8份固化剂，30～40份有机硅，10～20份石油树脂；
所述生物质粘结剂是由以下重量份数的原料组成：8～10份玉米淀粉，8～10份炭化稻壳，20～30份改性稻草草筋灰，30～40份腐植酸，30～50份水；
所述无机粘结剂是由以下重量份数的原料组成：30～50份铝矾土，10～20份蓝晶石，80～100份水玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述热固性酚醛树脂为酚醛树脂2123或酚醛树脂2127中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述固化剂为苯磺酸、对甲苯磺酸或乌洛托品中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述有机硅为苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述石油树脂为C5石油树脂或C9石油树脂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述炭化稻壳制备步骤为：按质量比为1：10～1：30将稻壳与水混合浸泡后，冷冻粉碎、干燥、炭化，即得碳化稻壳。
7.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述改性稻草草筋灰改性过程为：将稻草切割成稻草短秆，并将稻草短秆与生石灰逐层铺设于玻璃罐中，再向罐内加水，浸泡腐烂20～30天后，即得改性稻草草筋灰。
8.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述腐植酸为煤炭腐植酸、土壤腐植酸或水体腐植酸中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂，其特征在于：所述水玻璃模数为1.5～2.5。
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