降低煤灰熔点的助熔剂及其制备方法技术

降低煤灰熔点的助熔剂及其制备方法，其特征是在所述助熔剂的有效成分中，按重量份加入有３０～６０份的ＳｉＯ↓［２］，形成具有玻璃相的助熔剂；其制备是将各原料研磨后混合为粉料助熔剂，或将各原料按玻璃熔制的方法经熔制，再经粉碎成粉料助熔剂。本发明专利技术助熔剂成本低、效果好，能有效降低煤灰熔点，使灰熔融温度较高的煤也能用于液态排渣炉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液态排渣
，具体涉及一种，该 助熔剂是用于降低煤在气化工程中产生的灰渣的灰熔点而在粉煤中加入的添加物。
技术介绍
为减少煤炭对环境造成的负面影响，发展洁净煤技术是提高煤炭利用效率、减少环境污 染的重要途径。它包括气化技术、合成燃料技术，包括醇燃料和烃燃料等。在这些技术中， 无论是燃烧还是气化，灰渣能否顺利地排出都是装置能否顺利运行的关键。因此，煤灰熔渣 的熔融特性及粘温特性是动力用煤和气化用煤的一项重要指标。按排渣方式分类，煤的燃烧和气化工艺可分为固态排渣和液态排渣两大类。固态排渣要 求煤灰熔融温度比操作温度高，灰渣以固态形式排出。为防止结渣，要求煤有较高的灰熔融 温度，保证气化炉或锅炉始终在低于灰熔融软化温度的炉温下运行。液态排渣要求煤灰熔融 温度比操作温度低，其操作温度一般应高于流动温度5(TC左右，灰渣以液态形式排出。对 于高灰熔点、高灰粘度的煤，则通过添加适宜种类、适当量的助熔剂或掺配低灰熔点，低灰 粘度的煤来降低其操作温度。近年来，已有引进高温气流床煤气化装置，生产合成气(CO+H2)，用于合成氨和合成 甲醇。这些装置主要是Shell粉煤气化和Texaco水煤浆加压气化装置，这两种高温气流床气 化炉都是采用液态排渣技术，对煤灰熔点有一定的要求。煤高温气流床气化炉的气化温度为 1300'C 1600'C，而纯碳的气化反应在110(TC就可快速进行。高温操作的原因主要是将煤 中的灰进行熔融，以提高碳的利用率，并实现顺利排渣。从这种意义上讲，气流床煤气化炉 反应不是由煤主要控制气化的进程，而是由灰决定气化的关键操作参数及其设备材料。因此， 灰渣特性是气化法选择原料煤种的一项极为重要的条件。掌握煤灰行为，降低煤灰熔点，改 善灰渣流动特性是气流床气化炉的关键技术。对于高灰熔点煤，需要进行配煤及添加助烙剂 来降低灰熔点，改善灰渣的粘温特性。煤灰熔点及灰渣的粘温特性取决于煤中矿物的成分和 含量，降低煤灰熔点的实质是使这些矿物的成分和含量搭配成能够生成具有低共熔点的物 质。用配煤来降低煤灰熔点会受到煤种、来源、成本、用量等许多方面的限制，不具有通用 性。用灰熔点低的煤和灰熔点高的煤掺混在一起使用可以降低煤灰熔点，但在掺杂的规律上与灰成分的相关性不强，具体的掺杂比例只有通过实验才好确定，并且对高灰熔点的煤，比 如淮南煤来说，最多只能添加20%左右，超过20%，灰熔点也会急剧增大。低灰熔点的煤的 来源也比较少， 一般要从外地运输，成本、价格等方面是受到限制的，不是解决高灰熔点煤 气化的共性技术。现有的研究表明煤中矿物质以粘土矿物等硅酸盐和铝硅酸盐为主，煤中的矿物质在较高 温度下灼烧后的产物为煤灰，煤灰的化学成分主要含有Si02、 A1203、 CaO、 MgO、 Fe203、 K20、 Na20、 Ti02、 SCb等物质，受煤灰矿物成分的影响，煤灰熔融温度与煤灰的化学组成 的关系并不确定。但总的来说，煤灰中，属于酸性氧化物的Ti02、 A1203、 Si02具有提高煤 灰熔融温度的作用；属于碱性氧化物的CaO、 MgO、 Fe203、 K20、 Na20具有降低煤灰熔融 温度的作用。其中，Ti02始终起到提高灰熔融性温度的作用，其含量增减对灰熔融性温度的 升降影响非常大，Ti02质量分数每增加1%，灰熔融性温度增加36'C 46'C; Al203具有牢 固的晶体结构，熔点为2050°C，在煤灰熔化过程中起"骨架"作用，Al203含量越高，"骨架"的成分越多，熔点就越高。煤的灰熔融性温度总趋势是随灰中Al203含量的增加而逐渐升高；Si02是四面体结构的氧化物，在高温下，Si02很容易与其他一些金属和非金属氧化 物形成一种玻璃体的物质。煤灰是由多种矿物质组成的混合物，其中的矿物质种类因成煤的地质条件的不同而不 同， 一般为石英、粘土类矿物、碳酸盐类矿物、硫化物类矿物以及硫酸盐类矿物。元素的矿 物形态对煤灰熔融性也有重要影响，化学成分相近的煤灰，其熔融温度的显著差别取决于石 英、高岭土和长石的含量，随着高岭土含量增加，煤灰熔融温度逐渐提高，对高岭土含量相 同的煤灰，熔融温度随长石含量增加而降低。加热过程中煤灰中矿物质将发生变化，在高温 下各矿物质之间有比较复杂的反应，最终变化成各种硅酸盐矿物和复合氧化物。同时各矿物 质之问也会发生低温共熔现象，加热过程中矿物质行为决定了煤灰的熔融特性。对于煤灰矿 物质的加热行为以及添加助熔剂后的矿物质形态变化规律，国内外学者曾进行过研究，并利 用CaO-2Fe203-2Si02和FeO-2A l203-2Si02三元系统相图对CaO和Fe203助熔机理作出了 解释。煤灰中添加CaO试剂后，在高温下易与其它矿物质形成钙长石、钙黄长石、铝酸钙 及硅钙石，这几种矿物质在一起会有低温共熔现象发生，从而使煤灰熔点下降，当CaO添加 量过多后就会有方钙石(熔点2570°C)产生，反而使煤灰熔点急剧上升。煤灰中添加Fe203试 剂，在弱还原性气氛、高温下转变成FeO， FeO易与其它矿物质形成铁橄榄石、铁尖晶石及铁堇石，从三元系统相图上看，这些矿物质之间会产生低温共熔作用，使煤灰熔点下降， 并收敛于120(TC左右。因此，开发新型助熔剂的关键不在于添加有助熔效果的物质的量上， 而在于添加的物质能够与煤中矿物形成更多的低共熔体。研究发现，在煤灰中加入CaO、 Fe203和MgO，在弱还原气氛中能大大降低煤灰熔融温 度。其作用由大至小的顺序为CaO>MgO>Fe203>Na20; K20表现出中间行为。能使煤灰的 流动温度提高的氧化物，按照作用由大至小的顺序为Ti02>Al203>Si02。现在使用的助熔剂 中，铁系或镁系的助熔剂优于钙系助熔剂，但成本较高，且硫铁矿与镁矿的混合物在有些情 况下是不适用的，尤其是在制合成气的工艺中，它增加了气体净化装置的负荷和难度。工业生产多以石灰石为助熔剂，但添加量比较大。大比例添加助熔剂CaC03降低灰熔 融温度会导致黑水处理及换热系统结垢严重，且氧耗、能耗高，气化效率低，操作复杂，有 效气体成份低。此外，以石灰石为助熔剂只适用于煤渣流动温度小于155(TC的煤，对于煤 渣变形温度、软化温度及流动温度均大于1500。C的煤，单纯添加石灰石为助熔剂所需要的 量太大，已经不具有实施的意义。而典型的高灰熔点难气化煤，如淮南煤，其煤渣变形温度、 软化温度及流动温度均大于150(TC的煤。因此，以石灰石为煤灰助熔剂具有添加量大，不 适用于特高煤灰熔点的缺点。改进的方法是对现有的助熔剂体系进行复配，将含CaO、 Fe203、 MgO三种有效成分的 物质按一定比例复配，有助于产生低共熔作用，降低熔融温度。西安热工研究院有限公司申 请的专利200610104987.7 (公开号CN 1970698A)，报到了采用CaC03、 Fe203、 MgC03三 种组分的助熔剂，取得了一定的成果，但与纯用石灰石助熔剂相比，Fe203粉及MgC03的成 本较高，要求原料里的含硫量要少，不能充分利用现有的一些固体废弃物，如含硫量高的铁 矿渣和碳酸盐矿物，更不能使用电厂的脱硫石膏等固体废弃物。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
降低煤灰熔点的助熔剂，其特征是在所述助熔剂的有效成分中，按重量份加入有３０～６０份的ＳｉＯ↓［２］，形成具有玻璃相的助熔剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢肖永，邵群，孔令坡，董众兵，陈永红，管恩祥，丁岩芝，王克峰，
申请(专利权)人：淮南师范学院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]