本发明专利技术提供了一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料及其制备方法与应用。该制备方法将煤气化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合剂和催化剂混合后成型进行加热升温，生成多孔碳，再经烧结、冷却后，得到所述的多孔石墨材料。本发明专利技术提供的多孔石墨材料由该制备方法制备得到。该多孔石墨材料的密度比水小，内部具有不同尺径和形态的缝隙，比表面积较大。本发明专利技术提供了该多孔石墨材料作为石墨电极的应用。将该材料作为多孔石墨电极，与传统的天然石墨电极相比，其成本较低，能大幅增加水与电极的接触面积，提高电解或发电的效率。提高电解或发电的效率。提高电解或发电的效率。
【技术实现步骤摘要】
一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料及其制备方法与应用，属于固体废弃物资源化利用
技术介绍
[0002]煤气化技术被誉为现代煤化工产业的龙头，可以为整个后端化工生产提供合成气，但煤气化过程中会不可避免地产生大量煤气化渣，大量的煤气化渣会对生态环境造成较大污染。由于煤气化渣中含有未燃烧完的残炭和高温反应下的金属氧化矿物质，因此如何将煤气化渣中的残炭及较丰富的硅铝铁等资源进行有效利用迫在眉睫。
[0003]煤气化是煤或煤焦在高温下，通入氧气、水蒸汽或氢气等气化剂，经过化学反应使煤或煤焦的可燃部分生成合成气的过程。煤在气化炉中经历了燃烧、气化等热转化过程后，煤中的矿物质和其他无机组分先后经历了破裂、团聚和熔融等过程，最终与部分未参与反应的煤或煤焦形成灰渣。煤气化渣分为粗渣和细渣，从气化炉排渣口获得的气化渣通常称为粗渣，随合成气离开的飞灰称为细渣。
[0004]煤气化渣化学组成与煤的灰分、助熔剂类型和引入量以及气化工艺等因素有关，煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3和残炭组成。对气流床气化炉产生的粗渣和细渣进行分析，发现气化炉满负荷运行时，细渣中残炭含量可达到60％，通常其含量高于粗渣中残炭的含量，但二者中残炭的结构形态较为相似，均有大粒径的未燃碳存在。残炭是煤不完全气化的结果，高的含量阻碍了其在水泥和混凝土助剂等领域的应用。细渣中的残炭主要为多孔颗粒状，具有更高的有序度，因无序碳的反应活性高于石墨碳且优先气化，因此细渣中石墨化结构碳的比例增加了，且温度是影响残炭碳化的重要因素之一，在高温条件下，特别是在气化炉1400℃以上的高温下，部分无序的碳发生石墨化转变。与煤焦中的残炭相比，灰渣中的残炭具有较高比表面积，更丰富的孔隙结构，更大的平均孔径，更有序的碳晶体结构以及更多的活性位点。
[0005]作为煤气化过程中不可避免的副产品，细渣通常露天简易堆置，占地面积大，利用率低限制了其运输或利用，同时极易造成环境污染。随着对煤气化灰渣特性研究的深入，对锅炉燃烧产生的粉煤灰对人类健康、土壤、大气、水体以及重金属浸出等污染的充分认识，以及对粉煤灰回收利用带来的经济环境效益，实现气化技术“零排放”，加强细渣的环境安全利用至关重要，这将有助于降低燃料消耗，降低填埋的需要，提高气化炉运行的整体经济性。气化细渣是一种价值低、难分离的固体废物，目前多采用浮选方式进行残炭的富集分离。但是，对于煤气化残渣的资源化再利用仍然是本领域亟待解决的问题之一。
技术实现思路
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料及其制备方法与应用。本专利技术提供的多孔石墨材料可作为多孔石墨电极，与传统的天然石墨电极相比，其成本较低，能大幅增加水与电极的接触面积，提高电解或发电的效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0008](1)将煤气化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合剂和催化剂混合后成型，得到成型后的煤气化残渣；
[0009](2)将所述成型后的煤气化残渣加热升温，生成多孔碳；
[0010](3)将所述多孔碳经烧结、冷却后，得到所述的多孔石墨材料。
[0011]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣为筛选后的煤气化残渣，所述筛选后的煤气化残渣的粒径为200μm以下。更优选地，通过浮选的方式对所述煤气化残渣进行筛选。浮选的具体操作步骤可以为本领域常规的，例如可以采用本领域常规的浮选柱或浮选机等进行浮选。
[0012]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述添加剂包括石蜡、轻质矿物油以及芳烃中的一种或几种的组合。其中，更优选地，所述轻质矿物油可以为以多环芳烃(尤其是二环和/或三环的多环芳烃)为主要成分的轻质矿物油。更优选地，所述芳烃可以包括C6～C20的单环芳烃、多环芳烃及稠环芳烃中的一种或几种的组合；进一步优选地，所述芳烃包括多环芳烃，尤其是二环和/或三环的多环芳烃。
[0013]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述交联剂包括丙烯酸羟乙酯类交联剂、甲基丙烯酸酯类交联剂以及封闭型异氰酸酯交联剂等中的一种或几种的组合。更优选地，所述交联剂包括聚三烯丙基异三聚氰酸酯。所述聚三烯丙基异三聚氰酸酯为三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)的均聚物，TAIC在空气中加热到140℃以上即发生自聚反应，得到该均聚物，其是一种透明、硬质、耐热、电绝缘优良的树脂。
[0014]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述分散剂包括聚乙二醇脂肪酸酯分散于溶剂中形成的混浊液。更优选地，所述溶剂包括水、矿物油或植物油等。更优选地，在所述混浊液中，所述聚乙二醇脂肪酸酯与所述溶剂的重量比为(0.5
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3):1。本专利技术所采用的聚乙二醇脂肪酸酯可以包括聚乙二醇硬脂酸酯、聚乙二醇月桂酸酯和聚乙二醇油酸酯等中的一种或几种的组合。更优选地，所述聚乙二醇脂肪酸酯包括聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇400双油酸酯以及聚乙二醇600双油酸酯等中一种或几种的组合。
[0015]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述起泡剂包括水性聚氨酯表面活性剂、羧酸及其盐类表面活性剂、烷基磺酸及其盐类表面活性剂、酚类表面活性剂以及吡啶类表面活性剂等中的一种或几种的组合。更优选地，所述起泡剂包括水性聚氨酯表面活性剂。
[0016]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述聚合剂包括聚乙烯基正丁基醚、乙烯基亚硫酸乙烯酯以及碳酸乙烯亚乙酯等中的一种或几种的组合。更优选地，所述聚合剂包括聚乙烯基正丁基醚，其具有良好的增黏性和低温性。
[0017]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述催化剂包括铁、镍、钛、硅以及它们的碳化物和它们的氧化物等中的一种或几种的组合。
[0018]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与水的重量比为(1
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5):10。
[0019]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述添加剂的重量比为(2
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5):1。
[0020]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述交联剂的重量比为(3
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6):1。
[0021]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述分散剂的重量比为(80
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110):1。
[0022]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述起泡剂的重量比为(100
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300):1。
[0023]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述聚合剂的重量比为(10
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20):1。
[0024]在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述催化剂的重量比为(4
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种由煤气化残渣生产的多孔石墨材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将煤气化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合剂和催化剂混合后成型，得到成型后的煤气化残渣；(2)将所述成型后的煤气化残渣加热升温，生成多孔碳；(3)将所述多孔碳经烧结、冷却后，得到所述的多孔石墨材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述煤气化残渣为筛选后的煤气化残渣，所述筛选后的煤气化残渣的粒径为200μm以下；优选地，通过浮选的方式对所述煤气化残渣进行筛选。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述添加剂包括石蜡、轻质矿物油以及芳烃中的一种或几种的组合；优选地，所述轻质矿物油为以多环芳烃为主要成分的轻质矿物油；优选地，在步骤(1)中，所述交联剂包括丙烯酸羟乙酯类交联剂、甲基丙烯酸酯类交联剂以及封闭型异氰酸酯交联剂中的一种或几种的组合；更优选地，所述交联剂包括聚三烯丙基异三聚氰酸酯；优选地，在步骤(1)中，所述分散剂包括聚乙二醇脂肪酸酯分散于溶剂中形成的混浊液；更优选地，所述溶剂包括水、矿物油或植物油；优选地，在步骤(1)中，所述起泡剂包括水性聚氨酯表面活性剂、羧酸及其盐类表面活性剂、烷基磺酸及其盐类表面活性剂、酚类表面活性剂以及吡啶类表面活性剂中的一种或几种的组合；优选地，在步骤(1)中，所述聚合剂包括聚乙烯基正丁基醚、乙烯基亚硫酸乙烯酯以及碳酸乙烯亚乙酯中的一种或几种的组合；优选地，在步骤(1)中，所述催化剂包括铁、镍、钛、硅以及它们的碳化物和它们的氧化物中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与水的重量比为(1
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5):10；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述添加剂的重量比为(2
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5):1；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述交联剂的重量比为(3
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6):1；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述分散剂的重量比为(80
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110):1；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述起泡剂的重量比为(100
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300):1；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述聚合剂的重量比为(10
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20):1；优选地，在步骤(1)中，所述煤气化残渣与所述催化剂的重量比为(4
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10):1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述成型后的煤气化残渣为煤气化残渣片；优选地，所述煤气化残渣片...
【专利技术属性】
技术研发人员：董智勇，李婷，
申请(专利权)人：北京孚威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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