CN110003967B - 一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，包括以下步骤：一、按照质量百分比称取99.5％～99.8％的鳞片石墨和0.2％～0.5％的磷系化合物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投入乙醇溶液中，并于温度为80℃～100℃的条件下反应50min～70min后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨；二、按照质量百分比称取80％～85％的高分子碳基混合物和步骤一中得到的15％～20％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均放入混料机中混合4min～6min后，即得到半焦型煤粘合剂。本发明有效解决了现有半焦型煤点火困难及不耐烧的现实问题。
Description
技术领域
本发明属于半焦型煤粘合剂技术领域，具体是涉及一种低燃点耐烧半 焦型煤的粘合剂的制备方法。
背景技术
半焦是以高挥发分的弱黏结性或不黏结性煤为原料，经中、低温干馏 炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的产品。半焦具有固定碳高、比 电阻率高、化学活性高、灰分低、硫低、磷低、水分低等优点，逐步取代 冶金焦无烟煤和木炭，广泛运用于电石、铬铁、硅锰、碳化硅、化肥等产 品的生产，成为一种不可替代的炭素材料。目前，我国的散煤治理主要推 广“煤改电”、“煤改气”等方式替代原有散煤的应用，但“煤改电”、 “煤改气”在冬季存在使用成本高，且天然气在冬季常常出现“气荒”， 致使居民正常供暖受到严重影响。因此，半焦型煤成为替代现有散煤的能 源，且可有效控制污染物排放、储藏量大等优势，是解决当前居民冬季供 暖的最佳方式。
半焦型煤产品于2012年左右，推向市场已经有5～6年时间，然而， 在居民使用过程中存在点火不易燃、点燃燃烧速度快等问题，且半焦型煤 制备过程中粘合剂成本高，致使半焦型煤价格居高不下。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种低燃点耐烧 半焦型煤的粘合剂的制备方法，其通过在半焦型煤粘合剂制备过程中引入 磷系化合物和易降解的高分子碳基混合物，在半焦型煤初始燃烧阶段，磷 系化合物促进碳基材料炭化，残炭填充部分孔隙同时挥发出低分子物质， 降低着火点，从本质上解决了半焦型煤点火不易燃及燃烧速率快的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低燃点耐烧半焦型 煤的粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.5％～99.8％的鳞片石墨和0.2％～ 0.5％的磷系化合物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称 取的鳞片石墨投入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为80℃～100 ℃的条件下反应50min～70min后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改 性鳞片石墨；
步骤二、按照质量百分比称取80％～85％的高分子碳基混合物和步骤 一中得到的15％～20％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改 性鳞片石墨均放入混料机中混合4min～6min后，即得到半焦型煤粘合剂。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤二中所述混料机的转速为2500r/min～3500r/min。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤二中所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分子物 质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质量的 90％。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉和/或木薯预糊化淀粉。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 所述多羟基基团高分子物质为环糊精、黄原胶和聚乙烯醇中的一种或几 种。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤一中所述磷系化合物为磷酸铵、磷酸钠和环磷腈中的一种或几种。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤一中所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤一中所述磷系化合物和鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之 比为1:1。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤一中所述鳞片石墨的质量百分比为99.65％，所述磷系化合物的质量百 分比为0.35％，反应温度为90℃，反应时间为60min。
上述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于： 步骤一中所述高分子碳基混合物的质量百分比为82.5％，所述改性鳞片石 墨的质量百分比为17.5％，混合时间为5min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、采用本发明半焦型煤粘合剂来制备半焦型煤，制备的半焦型煤点 火相对容易，燃烧时间延长，上火快，可获得使用者的认可，为半焦型煤 在全国顺利推广奠定了基础。
2、本发明制备的半焦型煤粘合剂成本较低，原材料来源广泛，生产 工艺简单，制备的半焦型煤与无烟煤的部分性能指标相当，可替代一定量 的无烟煤。
3、本发明制备的半焦型煤粘合剂适合现有半焦型煤的生产工艺，不 影响现有半焦型煤制备的生产工艺，利于在型煤制备厂推广应用。
4、采用该本发明半焦型煤粘合剂制备的半焦型煤，有效解决了现有 半焦型煤点火困难及不耐烧的现实问题，同时提高了半焦型煤的冷压强 度，是一种适用较广的半焦型煤粘合剂。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.5％的鳞片石墨和0.5％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为90℃的条件下反应65min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸钠，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液，所述磷系化合物和 鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1。
步骤二、按照质量百分比称取83％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的17％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合5.5min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为2800r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为木薯预糊化淀粉且木薯预糊化淀粉的质量占 高分子碳基混合物质量的90％，所述多羟基基团高分子物质为环糊精且环 糊精的质量占高分子碳基混合物质量的10％。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.7％的鳞片石墨和0.3％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为85℃的条件下反应50min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸铵，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液，所述磷系化合物和 鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1。
步骤二、按照质量百分比称取85％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的15％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合6min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为2600r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉且玉米预糊化淀粉的质量占 高分子碳基混合物质量的95％，所述多羟基基团高分子物质为环糊精和黄 原胶且环糊精和黄原胶(质量比2:1)的总质量占高分子碳基混合物质量 的5％。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.5％的鳞片石墨和0.5％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为80℃的条件下反应55min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸铵和磷酸钠(质量比1:1)，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇 溶液，所述磷系化合物和鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为 1:1。
步骤二、按照质量百分比称取83％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的17％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合4.5min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为3500r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉(质量比 1:1)且玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉的总质量占高分子碳基混合物质 量的93％，所述多羟基基团高分子物质为黄原胶且黄原胶的质量占高分子 碳基混合物质量的7％。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.8％的鳞片石墨和0.2％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为95℃的条件下反应62min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸铵和环磷腈(质量比2:3)，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇 溶液，所述磷系化合物和鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为 1:1。
步骤二、按照质量百分比称取82％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的18％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合4min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为2700r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为木薯预糊化淀粉且木薯预糊化淀粉的质量占 高分子碳基混合物质量的92％，所述多羟基基团高分子物质为环糊精和聚 乙烯醇(质量比1:1)且环糊精和聚乙烯醇的总质量占高分子碳基混合物 质量的8％。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.7％的鳞片石墨和0.3％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为100℃的条件下反应70min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 环磷腈，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液，所述磷系化合物和 鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1。
步骤二、按照质量百分比称取81％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的19％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合6min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为3000r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉且玉米预糊化淀粉的质量占 高分子碳基混合物质量的98％，所述多羟基基团高分子物质为环糊精且环 糊精的质量占高分子碳基混合物质量的2％。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.8％的鳞片石墨和0.2％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为98℃的条件下反应57min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸铵，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液，所述磷系化合物和 鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1。
步骤二、按照质量百分比称取84％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的16％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合4.8min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为3300r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉(质量比 2:1)且玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉的总质量占高分子碳基混合物质 量的94％，所述多羟基基团高分子物质为黄原胶和聚乙烯醇(质量比1:4) 且黄原胶和聚乙烯醇的总质量占高分子碳基混合物质量的6％。
实施例7
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.65％的鳞片石墨和0.35％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为90℃的条件下反应60min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸钠，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液，所述磷系化合物和 鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1。
步骤二、按照质量百分比称取82.5％的高分子碳基混合物和步骤一中 得到的17.5％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石 墨均放入混料机中混合5min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的 转速为2500r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团 高分子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合 物质量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉且玉米预糊化淀粉的质 量占高分子碳基混合物质量的90％，所述多羟基基团高分子物质为聚乙烯 醇且聚乙烯醇的质量占高分子碳基混合物质量的10％。
实施例8
本实施例包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.6％的鳞片石墨和0.4％的磷系化合 物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投 入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为82℃的条件下反应53min 后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨。所述磷系化合物为 磷酸钠和环磷腈(质量比2:1)，所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇 溶液，所述磷系化合物和鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为 1:1。
步骤二、按照质量百分比称取80％的高分子碳基混合物和步骤一中得 到的20％的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均 放入混料机中混合5.5min后，即得到半焦型煤粘合剂。所述混料机的转速 为3200r/min。所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分 子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质 量的90％，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉(质量比 1:3)且玉米预糊化淀粉和木薯预糊化淀粉的总质量占高分子碳基混合物质 量的96％，所述多羟基基团高分子物质为环糊精且环糊精的质量占高分子 碳基混合物质量的4％。
将实施例1、实施例3、实施例5和实施例7制备的半焦型煤粘合剂 分别应用于半焦型煤中，应用方法具体为：称取粒径小于2.36mm的半焦 粉500g和本发明制备的半焦粘合剂7.5g～10g，并将所称取的半焦粉和半 焦粘合剂均放入混料机中，充分混合后，加入45g水，使半焦混合料在混 料机充分润湿，以每个半焦型煤样品为70g，在压强为10MPa的常温下压制成型后，于温度为140℃的条件下烘干2.5h，即可得到半焦型煤。
表1为采用本发明制备的半焦型煤粘合剂制成的半焦型煤与对比例的 半焦型煤的性能指标对比表。注：对比例的半焦型煤的制备方法与实施例 1、实施例3、实施例5和实施例7的制备方法均相同，但粘合剂采用市售 粘合剂。
表1实施例与对比例制备的半焦型煤各项性能指标
从表1可以看出，采用本发明制备的半焦型煤粘合剂制备的半焦型煤， 点燃容易，燃烧速率慢，强度高等优点。其冷压强度不低于800N/个，落 下强度＞95％，发热量＞5800大卡，固定碳＞75％，挥发分＜12％；灰分 ＜18％，全硫＜0.3％，着火点低于400℃，燃烧时间为300min左右。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡 是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效 结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比称取99.5%～99.8%的鳞片石墨和0.2%～0.5%的磷系化合物，将所称取的磷系化合物先溶于乙醇溶液中，再将所称取的鳞片石墨投入溶有磷系化合物的乙醇溶液中，并于温度为80℃～100℃的条件下反应50min～70min后，将鳞片石墨取出后真空干燥，得到改性鳞片石墨；所述磷系化合物和鳞片石墨的总体积与所述乙醇溶液的体积之比为1:1；所述磷系化合物为磷酸铵、磷酸钠和环磷腈中的一种或几种；
步骤二、按照质量百分比称取80%～85%的高分子碳基混合物和步骤一中得到的15%～20%的改性鳞片石墨，将称取的高分子碳基混合物和改性鳞片石墨均放入混料机中混合4min～6min后，即得到半焦型煤粘合剂；
所述高分子碳基混合物是由预糊化淀粉和多羟基基团高分子物质充分混合而成，所述预糊化淀粉的质量不小于高分子碳基混合物质量的90%，所述预糊化淀粉为玉米预糊化淀粉和/或木薯预糊化淀粉，所述多羟基基团高分子物质为环糊精、黄原胶和聚乙烯醇中的一种或几种。
2.按照权利要求1所述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤二中所述混料机的转速为2500r/min～3500r/min。
3.按照权利要求1或2所述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤一中所述乙醇溶液为质量浓度是95％的乙醇溶液。
4.按照权利要求1或2所述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤一中所述鳞片石墨的质量百分比为99.65%，所述磷系化合物的质量百分比为0.35%，反应温度为90℃，反应时间为60min。
5.按照权利要求1或2所述的一种低燃点耐烧半焦型煤的粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤二中所述高分子碳基混合物的质量百分比为82.5%，所述改性鳞片石墨的质量百分比为17.5%，混合时间为5min。
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