一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及耐熔剂技术领域，特别公开了一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂及其制备方法。该用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，以高铝粉煤灰为原料，其特征在于：所述高铝粉煤灰经酸洗后添加高岭土制成，其中，硅与铝的摩尔比为1?2:2?1，硅和铝的质量之和占耐熔剂总质量的50?70%。与现有技术中用于低熔点含碳物质转化的耐熔剂相比较，本发明的这种高铝粉煤灰的抗渣复合耐熔剂不仅反应活性高、灰熔融特性温度调控温和，而且适用范围广，适用于预防灰熔点较低的煤、生物质以及城市垃圾转化过程中结渣物形成的灰熔融流动特性的调控。
【专利说明】一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂及其制备 方法
[0001] ( - )技术领域 本发明涉及耐熔剂技术领域，特别涉及一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐 熔剂及其制备方法。
[0002] (二)【背景技术】 灰熔融流动特性是煤、生物质和城市垃圾等含碳物质转化(燃烧、气化)的重要指标。低 灰熔点煤占我国煤炭储量的1/3左右，生物质和城市垃圾等的灰熔点都较低。对燃烧来说， 灰熔融温度关系着炉膛出口烟温和排渣方式的选择及结渣特性的判断;对气化而言，灰熔 融温度的高低对气化炉炉型的选择以及气化炉适宜操作温度的确定具有决定性的作用。低 熔点含碳物质在燃烧和气化过程中易结渣导致转化过程的停止。提高低灰熔点含碳物质的 灰熔融温度以适合燃烧炉燃烧和气化炉气化对灰熔融温度的要求，已成为近年来研究的前 沿和焦点。李风海等研究表明：Si0 2、Al2〇3和高岭土3种耐熔剂均可使小龙潭褐煤的灰熔融 温度明显上升。刘晶勇等研究表明随着煤中A1 203加入量的增加，煤灰熔融温度呈上升趋势， 当A1203加入量为2.0%时，煤灰的软化温度超过1350°C long等发现当高岭土的加入量小于 4%时，伊犁煤灰熔融温度随高岭土含量的增加而降低，随后灰熔融温度随高岭土的加入量 的增加而增加，伊犁煤中混入高岭土后煤灰熔融温度的变化规律与相应三元相图的液相线 温度有良好的一致性。Van Dyk J C等发现，与Si02和Ti02相比，A1203在提高煤灰熔融温度 方面具有最好的效果。Dahlin R S等提出添加大约等于煤中灰含量10%的平均粒径为920mi 的偏高岭土颗粒能有效防止高钠褐煤在气化过程中的聚集和沉积结渣。
[0003]高铝粉煤灰是由火力发电厂燃烧高铝煤烟气除尘过程中所排放的一种工业固体 废渣。高铝煤广泛分布于新疆、内蒙古和山西省北部，储量近千亿吨。高铝粉煤灰的主要成 分及含量:AI2O3约占45%、Si〇2约占42%、Fe2〇3约占3%、Ca0约占3%、Ti〇2约占2%及其他少量物 质。A1 203和Si02都对灰熔点有明显的提高作用。
[0004] (三)
【发明内容】
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种生产效率高、成本低的用于低熔点含碳 物质转化的复合抗结渣耐熔剂及其制备方法。
[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的： 一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，以高铝粉煤灰为原料，其特征在 于:所述高铝粉煤灰经酸洗后添加高岭土制成，其中，硅与铝的摩尔比为1-2:2_1，硅和铝的 质量之和占耐熔剂总质量的50-70%。
[0006] 本发明的更优技术方案为： 所述酸洗使用的酸为卤族、氧族和氮族无机酸中的一种或几种。
[0007] 所述硅与铝钾的摩尔比为3-1:4-1，优选2-1:3-1。
[0008] 所述高岭土的添加量占耐熔剂总质量的10%以下。
[0009] 本发明所用改性高铝粉煤灰为火力电厂燃烧高铝煤所得的工业废渣;所述高铝粉 煤灰中氧化铝的质量分数为43%以上，氧化铝和二氧化硅的质量之和为85%以上。
[0010]本发明所述复合抗结渣耐熔剂的制备方法，包括如下步骤： (1) 将高铝粉煤灰放置在真空干燥箱内烘干； (2) 根据高铝粉煤灰中碱性组分的含量，计量加入蒸馏水，充分搅拌，制成不同浓度、不 同种类的酸溶液； (3) 根据高铝粉煤灰中碱性组分的摩尔比，添加不同量、不同种类的酸溶液，充分搅拌 混合； (4) 对酸化得到的悬浊液进行抽滤，将所得固体物质A放入真空干燥箱烘干，用研钵将 部分粘结的颗粒分散开； (5) 往固体物质A中添加高岭土颗粒，并混合均匀； (6) 将上述混合物进行焙烧，即得产品。
[0011] 其中，步骤(1)和(4)中，烘干条件为80-120°C下干燥24-36h。
[0012]步骤(3)中，高铝粉煤灰与酸溶液充分搅拌，混合10-20h，每10-40min搅拌一次。 [0013] 步骤(6)中，混合物放入马弗炉内，在400-600°C下焙烧40-80min。
[0014] 与现有技术中用于低熔点含碳物质转化的耐熔剂相比较，本发明的这种高铝粉煤 灰的抗渣复合耐熔剂不仅反应活性高、灰熔融特性温度调控温和，而且适用范围广，适用于 预防灰熔点较低的煤、生物质以及城市垃圾转化过程中结渣物的形成。而且，由于本发明所 用的高铝粉煤灰来源于火力电厂发电的固体废弃物，材料来源广泛，价格便宜易得;本发明 的含碳物质转化的预防结渣物形成的抗渣复合耐熔剂与现有耐熔剂相比，具有明显的成本 优势；因为本发明的复合耐熔剂颗粒分布均匀，从而具有良好的分散性，相对用量较少。
[0015] (四）【附图说明】 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0016] 图1是本发明实施例1中的样品1加入小龙潭褐煤后的水蒸气气化反应活性比较示 意图； 图2为本发明实施例1中的样品1不加耐熔剂小龙潭褐煤的水蒸气气化反应活性比较示 意图。
[0017] 实验条件为:850°C，0 ? 02MPa，H20:0 ? 70ml/h，3h。
[0018](五)【具体实施方式】 一种用于调控低熔点含碳物灰熔融流动特性的硅铝复合抗渣耐熔剂。耐熔剂的有效组 分为具有高离子势的硅铝矿物质，通过酸洗改性改变高铝粉煤灰的组成，其中硅与铝原子 的摩尔比介于1:2和2:1，催化剂中两种原子质量之和占复合耐熔剂总质量的50.0-70.0%。
[0019] 酸是指选自卤族、氧族、氮族等的各种无机酸、有机酸中的任意一种或几种。
[0020] 硅与铝钾原子的摩尔比优选为3:4到1:1，最优选为2:3到1:1。
[0021] 本发明所用改性高铝粉煤灰为火力电厂燃烧高铝煤所得的工业废渣。所述工业废 渣的高铝粉煤灰中氧化铝的含量超过43.0%以上，氧化铝和二氧化硅的质量之和高达85%以 上。所添加高岭土的质量在10.0%以下。
[0022]实施例1:抗渣复合耐熔剂的制备 把火力发电厂的高铝粉煤灰(如孙家壕煤)采用标准筛进行分离，取20g100 _120目之间 的粉煤灰颗粒放入真空干燥箱内，在80_120°C干燥24-36h;取出后往里面添加50-100ml浓 度15-25%的盐酸溶液，充分搅拌、混合10-20 h，每10-40min搅拌1次;对上述悬浊液进行抽 滤，将所得固体物质A采用蒸馏水洗涤3-5次，放入真空干燥箱内，在80-120°C干燥24-36h; 用研钵将部分粘结的颗粒分散开，往A中添加一定粒度范围内的质量比在3-7%的高岭土颗 粒，并混合均匀；放入马弗炉内，在400-600°°C下焙烧40-80min，即得低熔点含碳物质转化 的抗渣复合耐熔剂(样品1)。
[0023]实施例2:抗渣复合耐熔剂的制备 往20g100 -120目之间在80-120°C干燥24-36h的高铝粉煤灰中添加50-100ml浓度20-40%的硫酸溶液，其他同实例1，得到抗渣复合耐熔剂(样品2)。
[0024]实施例3:抗渣复合耐熔剂的制备 往20g100 -120目之间在80-120°C干燥24-36h的高铝粉煤灰中添加50-100ml浓度20-35%的硝酸溶液，其他同实例1，得到抗渣复合耐熔剂(样品3)。
[0025] 实施例4:抗渣复合耐熔剂的评价方法 采用灰熔点测定仪对低熔点含碳物质的灰熔融流动特性的调控能力进行评价。根据本 发明所描述的特点选用褐煤（小龙潭）和生物质（玉米秸杆）为原料，按照国标GB/T1574-2001，制取实验室灰，并制备实验室灰灰锥。将实验室煤灰与复合耐熔剂以1: (00.5-0.15) 比例混合均匀，制备灰锥。分别放进灰熔点测定仪进行灰熔融流动特性测定。
[0026] 实施实例5:不同抗渣复合耐熔剂的应用效果 本实例给出了不同耐熔剂(样品1-4)的改变煤灰熔融流动特性的应用效果。耐熔剂评 价方法如实施例5所述。表中数据为不同组成下物质的灰熔点数据。抗渣复合耐熔剂样品的 应用效果见下表。
[0027] 说明：本上表中，XLT表示小龙潭褐煤灰，YM表示玉米秸杆灰；"样品1(0.10)+XLT" 表示样品1的质量分数为10%，XLT煤灰的质量分数为1~10%( 90%)，依次类推。
[0028]综合比较本发明范围内的抗渣复合耐熔剂与对比样品的效果表明，复合耐熔剂样 品1-3的对低熔点物质的灰熔融流动特性的改变效果明显高于Si02,略高于Al2〇3。因此，本 发明的复合耐熔剂相对于目前已在工业上使用的耐熔剂具有较好的效果。
[0029] 用于煤焦气化的固定床没有特别的要求，只要满足良好的密封效果，床层温度分 布均匀，气流接近平推流即可，一般用于气化的加压固定床都可以。
[0030] 本发明的优点在于： (1)本发明利用高铝粉煤灰制取的抗渣复合耐熔剂粒度分布均匀、分散性好等特点。采 用常见的高岭土作为复合耐熔剂的激发剂； (2 )高铝粉煤灰制取的抗渣复合耐熔剂用量少，对原料的灰熔融流动特性调控范围广 泛且调控强度适宜。耐熔剂适用范围广，适用于低熔点煤、生物质和城市垃圾等多种含碳物 质的燃烧和气化； (3)高铝煤在我国分布广泛，高铝粉煤灰为电厂燃烧高铝煤的工业废弃物。原料来源广 泛，用于制造低熔点含碳物质耐熔剂，具有明显的价格优势。
【主权项】
1. 一种用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，以高铝粉煤灰为原料，其特征 在于:所述高铝粉煤灰经酸洗后添加高岭土制成，其中，硅与铝的摩尔比为1-2:2-1，硅和铝 的质量之和占耐熔剂总质量的50-70%。2. 根据权利要求1所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，其特征在于： 所述酸洗使用的酸为卤族、氧族和氮族无机酸中的一种或几种。3. 根据权利要求1所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，其特征在于： 所述硅与铝钾的摩尔比为3-1:4-1。4. 根据权利要求1所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，其特征在于： 所述高岭土的添加量占耐熔剂总质量的1 〇%以下。5. 根据权利要求1所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，其特征在于： 所述高铝粉煤灰中氧化铝的质量分数为43%以上，氧化铝和二氧化硅的质量之和为85%以 上。6. 根据权利要求3所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂，其特征在于： 所述硅与铝钾的摩尔比为2-1:3-1。7. 根据权利要求1所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂的制备方法， 其特征为，包括如下步骤:（1)将高铝粉煤灰放置在真空干燥箱内烘干;（2)根据高铝粉煤灰 中碱性组分的含量，计量加入蒸馏水，充分搅拌，制成不同浓度、不同种类的酸溶液；（3)根 据高铝粉煤灰中碱性组分的摩尔比，添加不同量、不同种类的酸溶液，充分搅拌混合;（4)对 酸化得到的悬浊液进行抽滤，将所得固体物质A放入真空干燥箱烘干，用研钵将部分粘结的 颗粒分散开;（5)往固体物质A中添加高岭土颗粒，并混合均匀；（6)将上述混合物进行焙烧， 即得产品。8. 根据权利要求7所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂的制备方法， 其特征在于:步骤(1)和(4)中，烘干条件为80-120°C下干燥24-36h。9. 根据权利要求7所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂的制备方法， 其特征在于：步骤(3)中，高铝粉煤灰与酸溶液充分搅拌，混合10-20h，每10-40min搅拌一 次。10. 根据权利要求7所述的用于低熔点含碳物质转化的复合抗结渣耐熔剂的制备方法， 其特征在于:混合物放入马弗炉内，在400-600°C下焙烧40-80min。
【文档编号】C10L10/00GK105820857SQ201610106310
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】李风海, 林宪杰, 樊红莉, 郭倩倩, 徐美玲, 薛兆民
【申请人】菏泽学院