降低煤灰熔点和改善黏温特性的助熔剂及其应用的制作方法

本发明是属于煤气化技术领域，涉及一种降低煤灰熔点和改善黏温特性的助熔剂及其应用。

背景技术：

装备大型化、产品精细化、能量梯级利用、节能减排是国内煤气化的发展方向。大型气流床气化是目前的主流气化技术和发展趋势，其液态排渣对煤的灰熔点和熔融特性有一定的要求。十二五期间，全国煤气化技术的“最大”一次次被刷新，首台首套不断涌现，GE炉、壳牌炉、清华炉、航天炉、鲁奇炉、GSP炉、科林粉煤气化、多喷嘴对置式气化炉等等新型加压气化技术应用范围不断扩大，这对中国原料煤结构调整也起到了重要作用，气化用煤范围更广。

不同地域的煤质特点不同，选择适合当地煤种的煤气化技术，是煤化工产业发展能否成功的决定性因素。

在此发展趋势下，针对山西有一定开采规模的“高灰、高硫、高灰熔点”的三高劣质煤进行筛选、研究。据调查，山西高硫、高灰低质煤资源约占全省煤炭资源总量的25%左右。由于这部分煤硫含量高，受环保政策和技术经济限制，其应用于动力发电只能作为配煤少量添加；由于其灰熔点高，受现有技术限制，难以转化利用，其市场价值较低，高灰熔点煤的气化依然是一个难题。

煤灰熔渣的黏温特性反映了高温下煤灰熔渣黏度和温度的关系， 是高温下定量描述煤灰熔渣流动性的最重要参数， 也是决定液态排渣气化炉操作温度的重要依据。同时，如果煤灰熔渣的黏度随温度变化太敏感，对气化操作温度的要求比较苛刻，气化可操作温度范围变窄，不易于操作。

目前降煤低灰熔点和改善煤的粘温特性常用的方法主要是配煤和添加助熔剂，常用的助熔剂主要是石灰石和石英砂。具体来讲：配煤是根据煤灰组成选择具有互补性的煤样进行混配；石灰石主要组成为碳酸钙，是钢铁、玻璃和化工行业最常用的助熔剂，实际使用过程中，可以根据实际操作温度和煤灰组成，采用各种预测模型确定石灰石的添加量，山西省煤质灰熔点高，其硅铝含量高，灰渣大部分属于结晶渣，添加石灰石仅仅能降低煤的灰熔点，煤的粘温特性差，需要添加两种以上的助溶剂才能降低煤的灰熔点和改善煤的粘温特性，且石灰石的添加不宜过量，熔融特性温度及黏度均会出现增加趋势，过量的CaO不仅会导致熔渣在降温过程中快速结晶而析出固体，也会导致飞灰沉积和气化炉效率下降等问题；石英砂属非金属矿物，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO₂，普通石英砂的化学组成为SiO₂≥90%，Fe₂O₃≤0.06%，其熔点在1750℃以上，添加SiO₂的目的是通过调节硅铝比实现对临界黏度温度的调控，通常在S/A＜2.5的情况下，临界黏度温度随硅铝比的增加而降低，并且黏温曲线类型由结晶渣转为玻璃渣，能降低煤的灰熔点和改善煤的粘温特性，由于石英砂的硬度为7，作为助溶剂仅仅在实验室应用于降低煤的灰熔点，目前工业化还难以找到能长周期，稳定运行将其磨碎到100μm以下的设备。

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明研发了一种降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性的助熔剂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性的助熔剂。

本发明的另一个目的是提供上述降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性的助熔剂的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性的助熔剂，所述的助熔剂为黏土和生石灰。

进一步地，所述的黏土中含58.55-63 wt%的SiO₂，8.5-12.5wt%的CaO，所述的生石灰含≥91wt%的CaO。

更进一步地，所述降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性的助熔剂的应用，是在原煤中添加原煤质量1.5-2.5%的黏土，1.5-2.5%的生石灰。

所述的应用，是在原煤中添加原煤质量2%的黏土，2%的生石灰。

黏土中SiO₂的含量为60%左右，而且含有较高的CaO,通过调节硅铝比实现对临界黏度温度的调控，临界黏度温度随硅铝比的增加而降低，能降低煤的灰熔点和改善煤的粘温特性；研究结果表明，黏土作为一种天然的复合助熔剂，比石灰石和石英砂来源更加广泛，原料价格便宜，且工业化应用磨碎能耗低，比石灰石和石英砂应用更加经济。生石灰中 CaO较高，一种在90%以上，本发明优选≥91%的生石灰作为助熔剂，助熔效果明显。

本发明以黏土和生石灰作为复合助熔剂，原料来源广泛，成本和能耗低，可有效的降低煤灰熔点和改善煤的黏温特性。

附图说明

图1为实施例3原煤的煤灰 FT 随黏土添加量的变化的结果图；

图2为实施例4原煤的煤灰 FT 随黏土添加量的变化的结果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1 煤样、助熔剂以及原煤添加助熔剂后的分析测试

煤质分析：包括工业分析、灰熔点、发热量、灰成分分析，3种助熔剂灰成分的分析。三种助熔剂是指黏土、生石灰、石英砂，分析数据见下表：

表1 原煤煤质分析

从表1分析结果显示，两渡、义棠、高阳原煤灰熔融流动温度均大于 1500℃，为满足气流床气化炉对入炉煤灰流动温度的要求并提高气化经济性，进行了向原煤中适当添加助熔剂降低入炉煤的流动温度的测试。

表2助熔剂分析表

黏土成分分析如下：SiO₂在58.5-63%之间，CaO在8.5-12.5%之间。

实施例2 以生石灰为助熔剂

以石灰石为助熔剂，添加于原煤（两渡煤）中，其中添加量分别为原煤质量的2%、3%、4%，其结果如表3所示，

表3 添加石灰石煤灰熔融温度

从表3可以看出，当添加量为4%时，煤灰熔融流动温度降低到 1389℃，助熔效果明显。

当原煤煤灰硅铝比较低时，煤灰渣往往表现出结晶渣的特性，不利于水冷壁气化炉的挂渣及液态排渣，工业上往往采取添加二氧化硅即石英砂的方式来改善煤灰的流动特性，而石英砂硬度较大，可磨性较差，因此采取添加黏土来改善煤灰的流动性。

实施例3 以黏土为助熔剂

以黏土为助熔剂，添加于原煤（两渡煤）中，其中添加量分别为原煤质量的2%、4%、6%、8%、10，其结果如表4所示，

表 4添加黏土后煤灰熔融温度

原煤的煤灰 FT 随黏土添加量的变化的结果如图1所示，从表4和图1可以看出，黏土的添加会显著改善煤灰熔融特性，但如满足煤灰流动温度小于 1400℃的要求，助熔剂添加量较多。

实施例4 以黏土和生石灰作为复合助熔剂

以黏土和生石灰作为复合助熔剂，添加于原煤（两渡煤）中，其中黏土添加量为2%，生石灰添加量分别为原煤质量的0%、1%、2%、3%、4%，其结果如表5所示，

表5添加 2%黏土和不同比例生石灰煤灰熔融温度

原煤的煤灰 FT 随黏土添加量的变化的结果如图2所示，从表5和图2可以看出，添加 2%黏土和生石灰后，其灰熔点变化非常明显，当添加量为1%时，煤灰流动温度 FT 即从 1476℃降低到 1386℃，随着石子添加量增大到 2%，煤灰流动温度继续降低，而在添加量为3%时，煤灰流动温度有小幅度上升。

对高阳煤、义棠煤添加黏土及在添加黏土后再添加生石灰进行分析，结果均类似。根据原煤及原煤添加助熔剂的分析结果，对煤样进行了黏温特性测试，结果如表6所示，

表6 2% 黏土+2% 生石灰的黏温数据

由表6可以看出，其粘温特性接近晶体渣。

实施例5 几种原煤添加助熔剂的粘温特性典型参数如下：

表7 黏温特性典型参数

注：(1) ηCV—临界粘度；TCV—临界粘度温度；T2—粘度达到 2Pa·s 时

温度(推算)；T25—粘度达到 25Pa·s 时温度；(2) 考虑 SE 气化炉的长

周期安全运行，SE 气化炉最高操作温度为 1600℃。 (3) 最低操作

温度取 Tcv+50℃和 T25 两者之一的大值。

通常认为 2~25Pa·s 为适宜排渣黏度，同时操作温度需远离煤灰的临界黏度温度。由表 7 可知，两渡煤添加助熔剂后(2%黏土+2%生石灰)适宜的气化操作温度相对较低且操作区间较大，是 运行成本和操作风险最低的原料。高阳煤添加助熔剂后(2%黏土+2%生石灰)，其适宜气化操作温度高于两渡煤约 40℃，低限操作炉温为 1434℃，通过适当高温操作可满足长周期运行要求。