本发明涉及一种能有效降低民用洁净焦炭着火温度的褐煤复合添加剂及制备方法和应用。
背景技术：
：农村家用燃煤对环境污染不容忽视。据初步测算，北方农村每燃烧1吨高挥发原煤，将会排放2.5吨以上的二氧化碳(碳排放系数0.67)、150千克以上的其它染污物(碳氧化率0.85)。2014年民用散烧用煤量为1.6亿吨，仅占全国用煤量的3.8％，以二氧化硫排放为例，我国电厂年排放量为200万吨，民用散烧则高达320万吨，是电厂排放总量的1.6倍。此外，民用散烧用煤的烟尘污染、氮氧化物污染、灰渣污染等一系列问题对生态环境的破坏更是不可估量。然而，受地域、经济、文化等因素的影响，解决起来十分困难。要想从根本上解决农村及小城镇的燃煤污染问题，为这些地区提供优质、低价、清洁的替代燃料是当务之急。民用焦炭是以燃料煤(动力煤)为主，并辅以少量焦煤、固硫剂、增碳剂、助燃剂等，利用现有焦化厂生产设备，通过高温干馏而得的洁净固体燃料。具有成块好、强度适中、低挥发、低排放硫及不易结渣等优点，无需脱硫设施，尾气即可满足国家排放标准；而且易点火、续火能力强、升温速度快、燃烧持续时间长，是各种民用生活炉具理想的燃料。焦炭用作民用燃料，必须解决焦炭着火温度高、点火困难的问题。目前，冶金焦着火温度为600℃左右，而烟煤和无烟煤的着火温度分别为350℃和500℃。因此，必须借助助燃剂的引入，将着火温度降至400℃左右，以满足民用炉点火要求。关于燃煤助燃剂的专利已有很多，如cn90105106.3公开了一种燃煤助燃剂，它含有硼泥、石灰石、铝矾土、白泥、锰渣、氧化铁、植物碎屑以及碳酸钠、硝酸钠、氯化钠三种钠盐中的至少一种，该助燃剂可明显改善燃烧状况，提高炉火温度；cn97105154.2公开一种适用于多种煤的燃煤助燃剂，由硼泥、电石灰、石灰石、铁选尾矿渣、二氧化锰、生产重铬酸钾的废渣、生产重铬酸钠的废渣、铝矾土、氢氧化钠、碳酸钠、硝酸钠、氧化钠和植物碎屑按一定比例组成，使用时将助燃剂与煤按一定比例混合均匀即可；cn201310417513.8公开了一种节能高效燃煤助燃剂及其制备方法，其配方由氧化锌和二氧化锰组成，可提高煤的燃烧活性和点火性能、火焰温度。这些助燃剂均是针对燃煤开发的产品，大都采用助氧燃烧的技术原理，直接加入燃煤，促使煤炭充分燃烧，起到助燃、增能、节煤的作用。由于民用洁净焦炭需要经过高温干馏的特殊工艺，燃煤助燃剂中的大部分组份会因高温分解而失效，不再具有助燃能力；因此，民用焦炭无法使用现有技术的燃煤助燃剂。经检索，降低民用焦炭着火温度的添加剂未见报道。技术实现要素：本发明的目的是提供一种能有效降低民用焦炭燃点的褐煤复合添加剂及其制备方法和应用。褐煤大多数无光泽,真密度在1.10～1.40g/cm3之间,水分高达30wt％～60wt％,挥发分高,燃点低,不粘结,易风化变质,含原生腐植酸,含氧高,化学反应性强，热稳定性差。本发明使用褐煤与现有技术的助燃剂存在显著区别，主要表现在：1)降低着火温度的机理不同。传统燃煤助燃剂通过提高煤的挥发分析出或在高温条件下提供低价态的还原物质，可以起到加快氧气扩散的作用，从而降低燃煤的着火温度。或者自身为易燃物，靠自燃引燃煤炭，但该助燃剂绝对禁止高温处理，否则将失去助燃效果；本发明助燃作用源于褐煤自身是低燃点，低石墨化度且挥发分高的煤种，添加至民用洁净焦炭原料中可在高温干馏时使焦炭形成不同数量和尺寸的微孔，增加并改善民用洁净焦炭的微孔结构，降低民用洁净焦炭的石墨化度，从而降低民用洁净焦炭的着火温度。2)加入阶段不同。传统燃煤助燃剂多在型煤制备前加入，然后经混合、粘结、冷压成型；或与散煤混合后直接入炉燃烧。本专利助剂在干馏前配煤时加入，经混合、捣固、高温干馏成为民用洁净焦炭。褐煤是化学活性非常好的煤种,本发明首次将褐煤用于降低民用洁净焦炭的石墨化度、增加其比表面积从而达到降低其着火温度的作用。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种能有效降低民用洁净焦炭着火温度的褐煤复合添加剂，其重量份组成为褐煤30～50份、石灰石15～25份、二氧化锰5～10份。本发明制备方法，包括如下步骤：(1)将褐煤在80～120℃条件下烘干0.5～1.5小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的原料，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目(0.1mm)，即为褐煤复合添加剂。本发明褐煤复合添加剂的应用，包括如下步骤：按褐煤复合添加剂：配合煤的重量比为1.0～5.0:100，将褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900～1100℃，持续加热16～24h，将红热炉料出炉后经熄焦工序，再经筛分，即得到含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。所述配合煤的质量指标为：fcd≥50％，vdaf≥25％，ad≤25％，std＜1.5％。如上所述的筛分是将降至常温的炉料筛分为25-80mm粒度。本发明与现有技术相比，其直接带来的和必然产生的优点与积极效果如下：在本发明方法中，所采用的褐煤复合添加剂，原料来源广泛而丰富，价格低廉，直接添加至配合煤中，通过高温干馏制得的民用洁净焦炭，其着火温度可从550～630℃降低至365～430℃，下降温度幅度达100～200℃，效果显著，能达到焦炭民用的目的。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式作出进一步地说明。实施例1(1)将褐煤在100℃下烘干1小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的褐煤50kg，石灰石10kg，二氧化锰5kg，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目即为褐煤复合添加剂；(5)入炉煤料由15wt％的长焰煤、10wt％的贫煤、40wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vdaf30.0％，ad13.5％，fcd60.6％，st,d0.67％；粘结指数g＝65，细度(≤3mm)＝70.6％；(6)按褐煤复合添加剂：配合煤的重量比为5.0:100，将制好的褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1100℃，持续加热16h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表1所示。表1添加褐煤复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦585-添加复合添加剂的民用焦378207实施例2(1)将褐煤在120℃下烘干0.5小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的褐煤40kg，石灰石15kg，二氧化锰10kg，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目即为褐煤复合添加剂；(5)入炉煤由20wt％的弱粘煤、25wt％的长焰煤、45wt％的气肥煤和10wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：vadf35.0％，ad13.0％，fcd56.7％，st,d0.84％，粘结指数g＝40，细度(≤3mm)＝86.5％；(6)按褐煤复合添加剂:配合煤的重量比为4:100，将制好的褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1050℃，持续加热18h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表2所示。表2添加褐煤复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦565-添加复合添加剂的民用焦385180实施例3(1)将褐煤在110℃下烘干0.8小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的褐煤40kg，石灰石20kg，二氧化锰5kg，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目即为褐煤复合添加剂；(5)入炉煤由20wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和15wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vadf26.0％，ad12.8％，fcd62.3，st,d0.67％；粘结指数g＝60，细度(≤3mm)＝73.6％；(6)按褐煤复合添加剂：配合煤的重量比为3:100，将制好的褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至1000℃，持续加热20h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表3所示。表3添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦572-添加复合添加剂的民用焦437135实施例4(1)将褐煤在80℃下烘干1.2小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的褐煤45kg，石灰石10kg，二氧化锰10kg，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目即为褐煤复合添加剂；(5)入炉煤由15wt％的弱粘煤、20wt％的长焰煤、50wt％的气肥煤和15wt％的不粘煤配合而成配合煤；其质量指标(wt％)：vadf28.0％，ad16.3％，fcd58.2％，st,d0.84％，粘结指数g＝52，细度(≤3mm)＝82.5％；(6)按褐煤复合添加剂：配合煤的重量比为2:100，将制好的褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至950℃，持续加热22h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表4所示。表4添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦533-添加复合添加剂的民用焦411122实施例5(1)将褐煤在80℃下烘干1.5小时；(2)将干燥后的褐煤、石灰石、二氧化锰添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；(3)分别称取破碎好的褐煤45kg，石灰石15kg，二氧化锰10kg，并将其混合，搅拌均匀。(4)搅拌均匀的混合料经干式研磨，使其粒度≤150目即为褐煤复合添加剂；(5)入炉煤料由10wt％的长焰煤、15wt％的贫煤、30wt％的1/3焦煤、20wt％的肥煤和25wt％的主焦煤配合而成配合煤；其配合煤的质量指标为：vadf25.0％，ad15.3％，fcd61.6％，st,d0.67％；粘结指数g＝48，细度(≤3mm)＝78.3％；(6)按褐煤复合添加剂：配合煤的重量比为1:100，将制好的褐煤复合添加剂添加到配合煤中，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，得到粒度为25-80mm的含有褐煤复合添加剂的民用焦炭。对比例：配合煤中不添加任何添加剂，在干馏炉中隔绝空气加热至900℃，持续加热24h，然后将红热炉料出炉后经熄焦工序降至常温，再经筛分，所得焦炭作为对照用焦。在jdrd-5a型燃点测定仪中分别对所得民用焦及对照用焦进行燃点测试实验，实验结果如表5所示。表5添加复合添加剂与未添加复合添加剂焦炭的燃点对比实验组别燃点℃下降温度℃对照用焦525-添加复合添加剂的民用焦425100通过实施例1～5实验结果可以看出，添加褐煤复合添加剂后，显著降低了民用焦炭的燃点，使得民用焦炭更易着火，保证了民用焦炭作为一种燃料的应用。当前第1页12