降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe2O3‑MgO(简称Fe‑Mg)复合助熔剂及其应用，该复合助熔剂在使用时，由Fe2O3和MgO两种碱金属氧化物按照不同质量比复合而形成，添加量为煤的2.50％‑9.00％。当复合助熔剂中Fe2O3和MgO按质量比2∶1混合，且添加量为4.00％时，助熔效果最为显著。本发明专利技术可以用于代替单一助熔剂，有利于气化炉长期运行、稳定运行，降低运行成本，提高经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及助熔剂领域，具体涉及一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂及其应用。
技术介绍
能源是人类社会存在和发展的基础，它的利用程度和利用方式是一个国家经济发展水平高低的代表，而煤又是能源中重要的组成部分。我国褐煤资源丰富，但由于其水分高，热值低，易引起炉膛积灰结渣的特性，使其在大规模利用过程中受到一定限制，因此对于高灰熔融温度的煤种而言，研究其煤灰熔融特性显得十分必要。煤灰熔融特性是动力用煤和气化用煤的重要指标之一，对固态排渣的燃烧炉和气化炉，要求原料煤的熔融温度越高越好，而对于液态排渣气化炉，则要求煤灰有较低的熔点，煤灰熔融性的测定是判断结渣性的重要手段之一。目前，研究降低特定煤灰熔融温度的常用方法有：一、向煤灰中添加助熔剂降低煤灰熔融温度；二、改变煤灰焙烧过程的气氛。研究表明，煤灰熔融温度与煤灰组成有着密切关系。当煤灰中酸性氧化物(SiO2、Al2O3和TiO2)含量较高时，煤灰具有较高的熔融温度；碱性氧化物(Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O)则对煤熔融温度则有着显著的抑制作用，其含量越多，熔融温度就越低。因此，煤灰助熔剂通常选择碱性氧化物及其混合物，按照其组成不同，助熔剂可以分为单一助熔剂和复合助熔剂两类。单一助熔剂包括钙系(CaO)、Fe系(Fe2O3)、Mg系(MgO)、V系和Ni系等金属氧化物，其作用机理是碱性氧化物与煤灰中的酸性氧化物反应生成低熔点的化合物，从而导致灰熔融温度降低。单一碱金属氧化物助熔剂由于其组
成简单，添加量容易控制等优点，成为研究的热点。CaO作为助熔剂添加到煤灰中，能够与煤灰中SiO2反应生成低熔点的硅酸盐，使得煤灰熔融温度下降。单体CaO的熔点温度很高，高达2590℃，因此随着CaO助剂添加到一定数量，灰熔融温度反而大幅度升高，因此其添加量受煤灰组成影响较大。Fe2O3助熔剂加入到煤灰中，除了能够与煤灰中的SiO2或Al2O3反应低共熔物以外，在还原气氛条件下，Fe2O3能够转化为助融效果更加显著的FeO。适量的MgO添加到煤灰中能够降低煤灰熔融温度，当其含量超过17％时，灰熔融温度随着MgO含量的增加呈现逐升高的趋势。对于灰熔融温度较高的煤种来说，通常需要加入较多量的助熔剂。通常而言，助熔剂添加量越多，灰熔融温度的降低幅度也越大，然而助剂添加量并非越多越好。例如，选择单一碱金属作为助熔剂时，当助剂添加量达到一定比例后，随着添加量的增加，灰熔点温度反而大幅度上升。复合助熔剂中金属氧化物之间存在的协同相互作用，使得在相同助剂添加量情况下，复合助熔剂表现出更好的降低灰熔融温度的能力。在复合助熔剂研究过程中，选择何种碱金属氧化物和混合物，以及碱金属氧化物之间以何种比例复合，才能在最小助剂添加量的条件下，实现最大程度的灰熔融温度降低？现有的技术对上述问题还没有明确的结论。常用的复合助熔剂包括Fe2O3-CaO、Al2O3-SiO2-CaO和Al2O3-SiO2-Fe2O3等。Fe2O3和CaO添加到煤灰中，其能够破坏煤灰中的硅铝氧化物的网状结构，从而达到降低煤灰熔融温度的目的，因此在煤灰中加入不同的比例的Al2O3-SiO2-X(X＝CaO或Fe2O3)，通过研究助剂添加后煤灰物相变化并绘制Al2O3-SiO2-X三元相图，进而预测煤灰熔融温度。Fe2O3-CaO也是常用的复合助熔剂，张雷等将含铁和含钙矿渣按照不同的配比加入到煤灰中，结果表明，相对于单一的铁系和钙系助熔剂，少量的复合助熔剂(3％)即可使煤灰熔融温度降低120℃。除了加入助熔剂以外，通过改变煤灰焙烧过程中气氛以及在高灰熔点煤中
加入配煤、生物质和泥污等均可以降低煤灰熔温度。研究表明，还原气氛下煤灰熔融温度明显低于氧化气氛，该现象在添加Fe系助熔剂的煤灰中更加明显，究其原因是Fe2O3在还原气氛下转化为FeO，而FeO能够与煤灰中高熔点的矿物质进一步反应生成低共熔体，使得煤灰熔融温度降低。综上所述，添加碱金属氧化物助熔剂是改善煤灰熔融行为的最有效途径，其中复合助熔剂又表现出比单一助熔剂更优异的助熔效果。以往的研究工作主要集中单一碱金属助剂以及Fe2O3-CaO、Al2O3-SiO2-CaO、Al2O3-SiO2-Fe2O3等复合助熔剂，而对于Fe2O3-MgO复合助熔剂的研究还未曾报道。平顶山地区煤炭资源丰富，素有“中原煤仓”之称，也是河南乃至全国重要的煤化工基地。由于平顶山煤具有较高的灰熔融温度(＞1500℃)，导致其在气化过程中，极易发生堵渣问题，影响气化炉的正常运行。因此，开发一种适合高灰熔融温度的平顶山煤的复合助熔剂，对于降低能源消耗，提高企业经济效益，具有重要的现实意义。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂及其应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂，由Fe2O3和MgO两种碱性氧化物按照不同的质量比复合而形成，按质量比2∶1混合时，助熔效果最为显著。上述降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂的应用，在使用时助熔剂的添加量为煤的2.50％-9.00％，当添加量为4.00％时，助熔效果最为显著。本专利技术具有以下有益效果：该高效复合助熔剂可以用于代替单一助熔剂，有利于气化炉长期运行、稳定运行，降低运行成本，提高经济效益。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：将Fe2O3粉末按照2.50％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例2：将MgO粉末按照2.50％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例3：将质量比为1∶1的Fe2O3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照2.50％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例4：将Fe2O3粉末按照4.00％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例5：将MgO粉末按照4.00％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例6：将质量比为1∶2的Fe2O3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照4.00％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例7：将质量比为2∶1的Fe2O3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照4.00％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例8：将Fe2O3粉末按照6.25％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例9：将MgO粉末按照6.25％(以煤为基准，质量为100份的煤中添加的助剂份数)的比例添加到平顶山煤中，混合均匀。实施例10：将质量比为1∶3的Fe2O3和MgO粉末充分混合均匀制成助剂，按照6.25％(以煤为基准，质量为100份的煤中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe‑Mg复合助熔剂，其特征在于，由Fe2O3和MgO按质量比2∶1混合。

【技术特征摘要】
1.一种降低平顶山煤灰熔融温度的高效Fe-Mg复合助熔剂，其特征在于，由Fe2O3和MgO按质量比2∶1混合。2.如权利要求1所述的降低平顶山...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华涛，韩永军，贺国旭，王莉，叶露阳，杜娴，冯云晓，彭勤龙，王香，张秋霞，吴亚督，
申请(专利权)人：平顶山学院，
类型：发明
国别省市：河南;41