一种利用盐碱地废弃生物质为生产低硫型煤的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及洁净煤应用和生物质资源化领域，特别是一种利用盐碱地废弃生物质为原料生产低硫清洁型煤的方法。
【背景技术】
[0002]能源是关系国计民生的关键要素，充足的能源供应才能支撑经济社会的可持续发展。“富煤、少气、缺油”的资源特点决定了我国的经济发展必须高度依赖煤炭资源，目前煤炭在我国的一次能源中所占的比重高达75%，在未来相当长一段时期仍然需要大量使用煤炭资源。煤炭的大量消耗造成了许多严重的环境问题，以雾霾为主的严重大气污染给可持续发展蒙上了一层阴影。为应对严峻的大气污染形势，各地大力加强了脱硫除尘技术和集中供热技术的推广应用，特别是大型的燃煤电厂都配备了脱硫除尘设施。然而，末端治理所能发挥的效果十分有限。一方面，由于增加脱硫除尘设施和锅炉的升级改造会大幅增加成本，这些技术的应用仅仅局限于大型国企，而在大量中小企业的小型燃煤锅炉中难以有效的推行。另一方面，大量的燃煤企业从东部地区转移到中西部地区，燃煤造成的污染被转移而不是真正消除。因此，消除煤炭造成的污染必须从源头提高煤炭质量，在提高煤炭利用效率的同时有效减少硫氧化物、氮氧化物和烟尘的排放。
[0003]开发和应用清洁煤是提高煤炭燃烧效率和解决煤炭污染的有效措施。实践中，碳酸钙、生石灰和熟石灰被广泛添加到煤炭中，用作脱硫剂，其中应用最多的是氧化钙。碳酸钙首先要分解产生氧化钙才能吸收二氧化硫，由于碳酸钙的分解温度高和二氧化硫扩散速率的限制，碳酸钙的脱硫效率只有大约20— 40%。氧化钙吸收了二氧化硫后会生成硫酸钙堵塞氧化钙表面的微空，在1200°C的高温条件下一部分氧化钙可能会烧结，这些现象致使氧化钙在实际使用中的脱硫效率也受到了限制。
[0004]我国也是农业大国，农业生产每年产生大量生物质类固体废弃物，导致了一系列的问题。2010年前后，一些地方直接焚烧秸杆产生了严重的大气污染问题。近年来，各地均实施了严格的禁止燃烧秸杆的政策，但如何有效的处理处置秸杆类固体废弃物仍然是一个悬而未决的难题，大量秸杆的丢弃和填埋不但占用大量的耕地资源，而且可能导致严重的地下水和地表水污染。针对我国秸杆资源的特点，重新发掘秸杆作为燃料的价值，具有巨大的理论和现实意义。利用生物质与煤共燃发电也是生物质资源化的有效途径。然而，秸杆密度较低、能量密度也较低，其收集和、运输和储存会带来较大的成本。此外，使用传统燃煤锅炉直接进行秸杆和煤的混合燃烧很容易导致设备阻塞，导致新的环境问题。
[0005]随着城镇化的快速推进，产生了大量的园林绿化垃圾。天津市有面积高达49.3公顷的盐碱地，生长着大量耐盐碱的植物。这些耐盐碱植物中有着种类繁多的喜钙植物，它们吸收了大量钙离子，与无机酸或有机酸结合形成磷酸钙、硫酸钙、碳酸钙、乙酸钙和草酸妈等1?盐。例如，在盐碱地生长的白杜(及/0/?7??/5.fflaadii)、垂柳(baby1niCa)、欠叶黄杨(Euonymus japonicus)、火炬树(Rhus typhina)、毛白杨(Populus tomen tosa)、桃(Prunus 和紫荆(Cfercis均含有较多的1?盐。随着滨海新区的大规模开发和绿化建设，这些植物将会形成大量的园林绿化垃圾。将这些含有丰富钙盐的植物残体添加到型煤中，可以同时起到粘结剂和脱硫剂的作用，不但可以实现生物质固体废弃物的减量化和资源化，还可以同时提高煤炭燃烧的清洁性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决煤炭利用效率低且容易产生环境污染，克服传统的型煤生产技术工艺复杂、加工难度大和成本高的缺点，提供一种以高含钙的盐碱地废弃生物质和煤炭为原料，生产清洁生物质型煤的方法，同时了实现生物质类固体废弃物的资源化和煤炭的高效清洁利用，包括以下步骤:
(I)将煤炭粉碎到一定粒度范围，并将生物质材料粉碎至一定粒度范围。将粉碎后的生物质原料加入到一定浓度的碱溶液中，加热到一定温度并保持一定的时间，处理后形成的混合液用作粘结剂。
[0007]所述的生物质是不可食用的、主要由纤维素、半纤维素和木质素组成的木质纤维素类生物质材料，优选地生物质主要包括园林绿化垃圾，生物质秸杆和种子外壳、生物柴油制备过程中产生的残渣等产生量大的生物质类固体废弃物。进一步优选地，生物质主要使用在盐碱地生长的'^kXEuonymus垂柳(大叶黄杨(Euonymus japonicus).、久览姨 Q Rhus typhina) > [?=| 1? (Populus tomen tosa) > (Prunust/a和紫荆(Cferci1S chinensis)均含有较多的妈盐的废弃物。煤炭包括经过分选的原煤以及具有一定热值的煤泥和煤矸石。碱溶液主要是一定浓度的氢氧化钠溶液。优选地，所述的生物质原料和原煤粉碎粒度小于10_，进一步优选地，粒度小于5_，最优选为小于Imnin
[0008](2)将碳酸钙与木醋酸按照质量比0.5-8:100混合，在20-100°C的温度条件下反应制成脱硫剂，反应时间为0.5-10ho
[0009]所述的碳酸钙为经过粉碎筛分粒度小于Imm的颗粒或粉末状的碳酸钙产品，所述的木醋酸为木材干馏加工的副产品，主要有乙酸等有机酸组成，酸度在0.1-1.5摩尔每升。优选地，反应温度20-50 °C，反应时间为2-4h。
[0010](3)将获得粘结剂、脱硫剂与经过粉碎的原煤按照一定比例混合均匀，利用磨具将上述的原料混合物一定成型压力下加压成型，成型后的型煤脱模、干燥后即得到生物质型煤产品。
[0011 ] 优选地，所述的粘结剂与原煤的质量比为5-80:100。优选地，所述的混合液与原煤的质量比为20-40:100。所述的钙硫比是指脱硫剂中溶解态的钙与煤炭中硫元素的含量之比。优选地，所述的脱硫剂与煤炭的妈硫比为1.0-3:1。进一步优选地，妈硫比在1.7-2.2:1范围内。优选地，所述的成型压力8-35Mpa，进一步优选为10_20Mpa。
[0012]本发明的优点和有益效果是:以废弃的生物质材料为原料生产粘结剂，以木醋酸和碳酸钙为原料制备脱硫剂，最终生产出清洁的生物质型煤，生产工艺可行、操作简单、无废弃物产生，提高了型煤的燃烧效率的同时减少了污染排放。通过生物质和煤炭原料的有效组合，同步实现了生物质类固体废弃物的资源化和煤炭的高效清洁利用。
[0013]
【具体实施方式】
[0014]本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
[0015]实施例1:
一种清洁生物质型煤的生产方法，包括以下步骤:
生物质采用毛白杨1fiKwi1sa)，粉碎至粒度小于1mm。原煤采用大同生产的煤炭，粉碎至粒度小于1_。将经过粉碎的木材和质量分数2%的氢氧化钠溶液按照质量比4:100混合均勾，加热到90°C反应2h，获得粘结剂。将经过粉碎筛分粒度小于Imm的颗粒或粉末状的碳酸钙与酸度为1.2摩尔每升的木醋酸按照质量比5:100混合，在25°C的温度条件下反应3h制成脱硫剂。保持粘结剂与原煤按照质量比为30:100，脱硫剂与煤炭的钙硫比为1.2:1，将粘结剂、脱硫剂和煤粉混合搅拌均匀，在18Mpa的成型压力下压制成型，制成生物质型煤产品。制备出的型煤产品经过分析测试，发热量为22.lMJ/kg，抗压强度40N/cm2，固硫率63%，氮氧化物去除率为39%，烟尘去除率75%。
[0016]实施例2:
一种清洁生物质型煤的生产方法，包括以下步骤:
生物质采用毛白杨紫荆(Cfercis粉碎至粒度小于1_。原煤采用大同生产的煤炭，粉碎至粒度小于1_。将经过粉碎的木材和质量分数1.5%的氢氧化钠溶液按照质量比4:100混合均勾，加热到90°C反应1.5h，获得粘结剂。将经过粉碎筛分粒度小于0.5mm的颗粒或粉末状的碳酸钙与酸度为0.5摩尔每升的木醋酸按照质量比2:100混合，在50°C的温度条件下反应Ih制成脱硫剂。保持粘结剂与原煤按照质量比为30:100，脱硫剂与煤炭按照钙硫比1.2:1，将粘结剂、脱硫剂和煤粉混合搅拌均匀，在20Mpa的成型压力下压制成型，制成生物质型煤产品。制备出的型煤产品经过分析测试，发热量为24.lMJ/kg，抗压强度37N/cm2，固硫率59%，氮氧化物去除率为40%，烟尘去除率72%。
[0017]实施例3:
一种清洁生物质型煤的生产方法，包括以下步骤:
生物质采用垂柳(5^办如^F7o/?ica)，粉碎至粒度小于1mm。原煤采用大同生产的煤炭，粉碎至粒度小于1_。将经过粉碎的木材和质量分数2.5%的氢氧化钠溶液按照质量比4:100混合均匀，加热到90°C反应2h，获得粘结剂。将经过粉碎筛分粒度小于1.8mm的颗粒或粉末状的碳酸钙与酸度为1.0摩尔每升的木醋酸按照质量比3:100混合，在25°C的温度条件下反应3h制成脱硫剂。保持粘结剂与原煤按照质量比为30:100，脱硫剂与煤炭按照钙硫比1.3:1，将粘结剂、脱硫剂和煤粉混合均匀，在20Mpa的成型压力下压制成型，制成生物质型煤产品。制备出的型煤产品经过分析测试，发热量为23.5MJ/kg，抗压强度38N/cm2，固硫率82%，氮氧化物去除率为42%，烟尘去除率72%。
【主权项】
1.一种清洁生物质型煤的生产方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将原煤粉碎到一定粒度范围，并将生物质材料粉碎至一定粒度范围；将粉碎后的生物质原料加入到一定浓度的碱溶液中，加热到一定温度并保持一定的时间，处理后形成的混合液用作粘结剂； 2)将碳酸钙与木醋酸按照质量比0.5-8:100混合，在20-100°C的温度条件下反应制成脱硫脱硝剂，反应时间为0.5-10h ； 3)将获得粘结剂、脱硫剂与经过粉碎的原煤按照一定比例混合均匀，利用磨具将上述的原料混合物一定成型压力下加压成型，成型后的型煤脱模、干燥后即得到生物质型煤产品ο
【专利摘要】一种清洁生物质型煤的生产方法，包括以下步骤：将原煤和生物质材料粉碎至一定粒度范围。将粉碎后的生物质原料加入到一定浓度的碱溶液中，加热一定的时间，处理后形成的混合液用作粘结剂。将碳酸钙与木醋酸按照质量比0.5-8:100混合，在20-100℃的温度条件下反应制成脱硫脱硝剂，反应时间为0.5-10h。将粘结剂、脱硫剂与经过粉碎的原煤按照一定比例混合均匀，利用磨具将上述的原料混合物在一定成型压力下加压成型，成型后的型煤脱模、干燥后即得到生物质型煤产品。本发明生产工艺可行、操作简单、无废弃物产生，提高了型煤的燃烧效率的同时减少了污染排放。通过生物质和煤炭原料的有效组合，同步实现了生物质类固体废弃物的资源化和煤炭的高效清洁利用。
【IPC分类】C10L5/44
【公开号】CN104987909
【申请号】CN201510485238
【发明人】侯其东, 李维尊, 王强, 鞠美庭, 刘乐, 杨茜, 王京钰
【申请人】南开大学, 奥为（天津）环保科技有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年8月10日