专利名称：一种型煤固硫除尘助燃添加剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃煤二氧化硫和烟尘污染控制及助燃节能技术领域，更具体地说是一种高效型煤固硫除尘助燃添加剂。
我国是世界上最大的煤炭生产国与消费国，煤炭占能源结构的75％，而其中的85％的煤是直接用于燃烧，燃烧中排放的二氧化硫和碳质粉尘已成为我国大气的主要污染物质，据统计，大气污染中的80％的烟尘和90％的二氧化硫来自于燃煤，由燃煤污染而引起的酸雨已成为公害，现已造成我国国土面积的40％处于酸雨污染控制区。因此，治理燃煤污染，减少燃煤二氧化硫和烟尘的排放是当前我国环保工作的重大课题。民用炉灶在我国农村和城镇分布量多面广，煤炭燃烧不充分导致碳质烟尘较大，难以统一管理与集中治理，加上烟气的低空排放，不易扩散，二氧化硫和碳质粉尘的地面浓度很大，对人体健康造成极大威胁。因而，解决民用炉灶燃煤的二氧化硫和碳质粉尘污染问题，也是控制城市煤烟型大气污染的关键，更是成为北方地区为改善冬季大气环境质量所必须采取的一项有效措施。
目前国内关于型煤污染治理技术中采用添加剂的方法是其中之一。该方法有如下相关报道CN1229129A公开了向普通煤炭中添加天然白云岩，该方法原料易得且便宜，但添加量太大，高达40％，而且灰分太高，影响煤的燃烧及使用性能；CN1134973A公开的高效节煤净化剂，可提高火焰温度，热效率，节煤及降污，但所用化工试剂过多，难以普及推广；CN1169461A公开了一种型煤添加剂及制造方法，成分较复杂，只重视型煤燃烧性能和粘结使用功能，未对二氧化硫等污染物进行处理。还有CN1177628A、CN1169462A等，添加剂成分均较复杂，大多为高价的化工原料，并且固硫率也不高。
本发明的目的是针对现有型煤技术中固硫率低、烟尘量大及燃烧不完全等缺点，提供一种集粘结、固硫、助燃为一体的在高温条件下保持较高固硫率并起到降低烟尘和助燃作用的新型型煤添加剂。
本发明的添加剂是由固硫剂、粘结剂、膨胀疏松吸附剂、固硫催化剂及助燃氧化剂所组成，它们在原煤中的含量固硫剂Ca/S摩尔比为2～2.5、粘结剂为4～17％，最佳为10～15％、固硫催化剂为0.1～0.6％、膨胀吸附剂4～17％，最佳为5～10％、助燃氧化剂0.1～0.6％，最佳为0.4～0.6％。
本发明所述的固硫剂包括石灰石、白云石、大理石或它们的尾矿，其主要特点均以CaCO3、MgCO3或其混合物为主要化学成分，石灰石、白云石矿床资源分布广泛，量大质优；所述的粘接剂包括膨润土、高岭土或含此类粘土矿物较高的黄泥或红泥，所述的膨润土化学组成SiO256～65％,Al2O310～20％,MgO+CaO 4～7％，它是以蒙脱石为主要矿物成分的钙基或钠基膨润土，具有较高的吸水膨胀性和层间阳离子交换性能，该矿产是我国优势矿产资源，遍布全国26个省、市和地区；所述的膨胀疏松吸附剂包括蛭石、膨胀珍珠岩或它们的尾矿，其中蛭石化学组成SiO237～42％,Al2O310～13％,MgO 14～23％,Fe2O3+FlO 6～10％，它具特有的灼热时体积膨胀并弯曲的性能，体积可增大15～25倍，蛭石矿床在我国储量大，分布广，各省区已发现蛭石矿床100多处；所述的固硫催化剂包括氧化铁、氧化锰、石盐或萤石；所述的氧化剂包括高锰酸钾、高氯酸钾或氯酸钾。
本发明的添加剂的使用方法包括以下步骤(1)将原煤粉和固硫剂、粘结剂、膨胀疏松吸附剂的粉料混匀；(2)将助燃氧化剂、固硫催化剂溶于水中，混匀，所述的水量为原煤粉和添加剂成份总重量的5～10％，(3)将步骤(1)和步骤(2)的混合物搅拌均匀后压制成形。
本发明技术的固硫原理----------------------------(1)----------(2)------------(3)-----------------------(4)-------------------(5)-----------(6)-------------------(7)煤中硫分无机硫和有机硫，其中无机硫有单质硫及硫铁矿硫和硫酸盐硫，主要为黄铁矿硫，它们在煤燃烧过程中均被氧化为二氧化硫，如(1)、(2)和(3)式；钙基固硫剂固硫行为的化学过程通过(4)、(5)和(6)式反应体现，当减小碳酸钙粒度，有利于二氧化硫和氧化钙颗粒有效表面的接触，提高氧化钙利用率，从而提高固硫率，实际上(5)式和(6)式的反应均存在二氧化硫被氧化成三氧化硫的子化学反应过程，当有催化剂存在和较高浓度氧气时，此过程可直接决定燃煤固硫效率；(7)式揭示了高温下导致固硫率低的原因，此反应在还原环境下可在800℃以上发生，煤的燃烧通常要高于此温度，故可通过添加催化剂和抑制硫酸盐分解来提高固硫率。研究表明，某些催化剂可同时对硫酸盐分解起一定抑制作用。添加某些高温下具膨胀性能的矿物，一方面可导致型煤整体结构松散，促进氧气在内部扩散流通，利于二氧化硫与碳酸钙分解产物氧化钙接触，提高活性氧化钙比例。同时，还原气氛下固硫产物硫酸钙分解速率大大降低，促使固硫率提高；另一方面，膨胀产生层间巨大的比表面能和层间空域，为吸附和固定硫酸钙创造了极好的力学能量条件和空间场所；另外，较高氧气浓度促进了煤中含碳物质燃烧，与助燃氧化剂协同起到良好助燃作用，从而减少碳质粉尘飘散和一氧化碳排放浓度。
本发明技术的助燃原理添加剂中助燃氧化剂和膨胀疏松吸附剂协同作用产生助燃效果，高锰酸钾或氯酸钾分别在200或300℃时分解产生氧气，造成型煤内部富氧环境，促进了与煤相低温蒸发或分解逸出的可燃气体接触并发生氧化反应，从而降低着火点，利于接火和提高火焰温度，在高温条件下，膨胀疏松剂受热膨胀使型煤内部结构变得疏松，为外部氧气顺利进入提供了通道，从而有效防止了型煤内部因高温下不完全燃烧而形成的结渣现象，充分利用了煤的热效率，节约了用煤，同时降低因不完全燃烧而产生的碳质烟尘。
本发明技术的粘结成型原理以无机粘土为粘结剂可同时吸附燃煤产生的有害有毒元素，降低燃煤污染，节约能源。本发明采用的膨润土等粘土矿物，具有良好的吸附水能力，吸水后，体积膨胀大，使粘土结构层发生微妙变化，可塑性、附着性和粘结性变强，与原煤颗粒及其它添加剂混合粘结，造粒性能明显优化，大大提高了混合料的可塑性和结合性，从而提高了型煤湿、干强度。
本发明的主要优点通过上述固硫、燃烧和粘结成型原理分析看出，在型煤中加入本发明的添加剂，特别是添加剂中含有膨胀疏松吸附剂和粘结剂，致使固硫率提高，不同燃烧温度下采用不同配方，固硫率均在65～98％，比原煤自身固硫率提高约4倍左右，相同燃烧工况下比市售北京民用蜂窝煤高3倍；型煤粘结性好，直接与原煤混合在30MPa加压成型，其抗压强度指标(1.0～1.4MPa)大于北京地区市售蜂窝煤(0.7～1.1MPa)，燃烧后具有较高的强度；本发明所用的原料是以储量丰富的天然矿石为主，因此原料易得、价廉；煤中加入本发明添加剂着火点低，火力强，烟尘量少，燃烧效率高，燃烧时间长，燃煤利用率高，节煤15～20％，煤渣含碳量可降低40～65％，环境污染小。本发明的添加剂适用烟煤和无烟煤。
下面通过具体实例进一步说明本发明的特点。
下面的实例1～实例3的原煤为山东肥城高硫烟煤，实例4～实例6的原煤为山西大同无烟煤。石灰石粉为唐山华立碳酸钙有限公司生产，膨润土为河北省宣化县堰家沟超大型膨润土矿床，上述两种原料均粉碎200目过筛，蛭石尾矿采用新疆地质矿产局第三地质大队蛭石开发公司生产厂的选矿废弃物即尾矿，过60目筛。
实例1原煤120份，石灰石粉30份，膨润土20份，氧化铁粉0.5份，高锰酸钾0.5份，蛭石尾矿5份，再加水10份，搅拌均匀后放入模具，于30MPa压力下制成直径25mm，高度约22mm圆柱形型煤试样。
实例2原煤120份，石灰石粉30份，膨润土20份，氧化铁粉0.5份，高锰酸钾0.5份，蛭石尾矿10份，再加水10份，搅拌均匀后按实例1方法成形。
实例3原煤120份，石灰石粉30份，膨润土20份，氧化铁粉0.5份，高锰酸钾0.5份，蛭石尾矿20份，再加水10份，搅拌均匀后按实例1方法成形。
实例4原煤120份，石灰石粉1.6份，膨润土5份，氧化铁0.2份，高锰酸钾0.3份，蛭石尾矿5份，再加水10份，搅拌均匀后按实例1方法成形。
实例5原煤120份，石灰石粉1.6份，膨润土5份，氧化铁0.2份，高锰酸钾0.3份，蛭石尾矿5份，再加水10份，搅拌均匀后按实例1方法成形。
实例6原煤120份，石灰石粉1.6份，膨润土5份，氧化铁0.2份，高锰酸钾0.3份，蛭石尾矿5份，再加水10份，搅拌均匀后按实例1方法成形。
实例7本实例是对实例1～实例6的型煤试样的性能进行测试。
燃烧实验将实例1～实例6的试样以及按实例1同样的方法制得型煤试样放入箱式电炉进行燃烧实验，燃烧中保持空气流通，使型煤样彻底燃烬，取出分析，在650℃、750℃、850℃、950℃、1050℃下燃烧，燃烧后除原煤样坍塌外，其余煤渣保持原形，形状完好，无明显裂纹，不掉渣，质轻。
对实例1～实例6的试样的固硫效率测试采用GB212-77方法，测定制灰条件下煤灰的固硫率，计算公式为
其中，硫的分析在地矿部北方煤碳测试中心采用燃烧法测定。测试结果见
图1和表1。表权利要求
1．一种型煤固硫除尘助燃添加剂，其特征在于它的组成及其含量固硫剂Ca/S为2～2.5、粘结剂4～17％、固硫催化剂0.1～0.6％、膨胀疏松吸附剂4～17％、助燃氧化剂0.1～0.6％。上述百分数均以原煤重量为基准，所述的固硫剂量以固硫剂中的Ca原子与煤中的S原子摩尔比计。
2．按照权利要求1所述的添加剂，其特征在于它的组成及其含量固硫剂Ca/S为2～2.5、粘结剂10～15％、固硫催化剂0.1～0.6％、膨胀疏松吸附剂5～10％、助燃氧化剂0.4～0.6％。上述百分数均以原煤重量为基准，所述的固硫剂以固硫剂中的Ca原子与煤中的S原子摩尔比计。
3．按照权利要求1所述的添加剂，其特征在于所述的固硫剂包括石灰石、白云石、大理石或它们的尾矿，所述的粘结剂包括膨润土、高岭土，所述的膨胀疏松吸附剂包括蛭石或膨胀珍珠岩及它们尾矿，所述的固硫催化剂包括氧化铁、氧化锰、石盐、萤石粉，所述的助燃氧化剂包括高锰酸钾、高氯酸钾或氯酸钾。
4．权利要求1、2或3所述的添加剂的使用方法，包括以下步骤(1)将原煤粉和固硫剂、粘结剂、膨胀疏松吸附剂的粉料混匀，(2)将助燃氧化剂、固硫催化剂溶于水中，混匀，所述的水量为原煤粉和添加剂成份总重量的5～10％，(3)将步骤(1)和步骤(2)的混合物搅拌均匀后压制成形。
全文摘要
本发明是提供一种高效型煤固硫除尘助燃添加剂,它是由固硫剂、粘结剂、膨胀疏松吸附剂、固硫催化剂及助燃氧化剂组成。本发明所用的原料以储量丰富的天然矿物为主,因此原料易得、价廉,而且使用方便,效果明显,适用于民用或工业型煤,如民用蜂窝煤。实验表明,该添加剂在提高煤使用性能的同时,具有显著的固硫除尘及节能功效,固硫率达到65～98%,节煤15～20%,炉渣含碳量降低40～65%。
文档编号C10L10/00GK1312355SQ0110443
公开日2001年9月12日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者鲁安怀, 李金洪 申请人:鲁安怀