專利名稱：一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，屬于煤炭采洗選廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物資源化應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭生產(chǎn)和洗選過程中產(chǎn)生了大量的煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值煤資源。我國每年產(chǎn)生的煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值煤資源3億噸以上，而已建成的低熱值煤發(fā)電機(jī)組，每年僅可消耗低熱值煤資源I億多噸，尚有大量現(xiàn)有和每年新增的2億噸未得到合理有效利用。大量未利用的煤矸石、煤泥等長期在礦區(qū)堆存，易自燃并釋放有害氣體，污染大氣環(huán)境；同時(shí)經(jīng)雨水淋溶，也會(huì)污染水體和土壤。另外，部分煤矸石、煤泥、洗中煤摻混在優(yōu)質(zhì)煤中長距離運(yùn)輸，增加運(yùn)輸能耗，加劇運(yùn)力緊張矛盾。加快發(fā)展低熱值煤利用產(chǎn)業(yè)，對多途徑利用廢棄資源，減少煤矸石、煤泥堆存，保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、 避免運(yùn)力浪費(fèi)具有積極作用。目前技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下，利用低熱值煤資源生產(chǎn)、使用生物質(zhì)型煤是低熱值煤合理有效利用的途徑之一。將低熱值煤(煤矸石(收到基低位發(fā)熱量大于1200 kcal/kg)、煤泥(收到基低位發(fā)熱量在2500-3500 kcal/kg)和洗中煤(收到基低位發(fā)熱量在2500-4000 kcal/kg))與農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行配合后加工成型煤，減少煤泥、煤矸石造成的污染，降低型煤成本，為煤炭的清潔燃燒提供了一條行之有效的途徑。生物質(zhì)型煤將高揮發(fā)分、低灰、低硫、低燃點(diǎn)的生物質(zhì)原料按一定比例與煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值煤煤粉混合后，通過一定工藝制備的型煤。它是利用煤和生物質(zhì)資源的新途徑，充分利用煤和生物質(zhì)自身的優(yōu)勢，具有節(jié)煤和生物質(zhì)代煤的雙重作用，可減少溫室氣體和SO2的排放量，有利于防止氣候變暖和酸雨污染，對保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源均具有重大意義。在我國北方，玉米秸桿是主要的農(nóng)副產(chǎn)物。內(nèi)蒙古是我國重要的玉米主產(chǎn)區(qū)，玉米是內(nèi)蒙古的第一大農(nóng)作物，是內(nèi)蒙古自治區(qū)播種面積最大、總產(chǎn)最高的主栽作物，主要分布于興安盟、赤峰市、通遼市、巴彥淖爾市、包頭市、烏蘭察布市、鄂爾多斯市、呼和浩特市、錫林郭勒盟，內(nèi)蒙古玉米產(chǎn)量和播種面積基本呈逐年增加趨勢。如此大面積的種植玉米,產(chǎn)生的玉米秸桿數(shù)量也是海量的，玉米秸桿資源非常豐富。玉米秸桿適口性差，不易消化，無法作為牲畜飼料。因此，除極少數(shù)部分作為飼料、燃燒和農(nóng)業(yè)渣肥為人們所利用外，絕大部分被廢棄或焚燒，造成空氣污染，并造成農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄資源及能源的巨大浪費(fèi)。農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸桿作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工中的副產(chǎn)品，具有產(chǎn)量大、可再生特點(diǎn)，并且本身含硫量極低(不到煤的1/10)，玉米秸桿與低熱值煤經(jīng)過深加工制成具有較高熱量、較大密度的生物質(zhì)型煤燃料，為我國低熱值煤、農(nóng)作物秸桿等廢棄資源的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了可能的途徑。專利(200510022769. 4)公開了一種針對黃陵煙煤的生物質(zhì)型煤，以毛蚶殼粉末作為型煤固硫劑，稻草、膨潤土、焦油為粘結(jié)添加劑。專利(200810070807. 7 )公開了以水葫蘆與無煙粉煤為原料添加氧化鎂、氧化鈣、膨潤土為粘接劑制備生物質(zhì)型煤，專利(201110287969. 8)公開了型煤粘結(jié)劑和生物質(zhì)型煤及制備方法，以木薯渣氫氧化鈉蒸煮后為型煤粘結(jié)劑利用無煙粉煤制備生物質(zhì)型煤。以上專利都是利用當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源制備生物質(zhì)型煤，但以煙煤、無煙粉煤為主要原料，忽視了低熱值煤煤矸石、煤泥、洗中煤等煤炭采洗選后的廢棄物的轉(zhuǎn)化利用和玉米秸桿等生物質(zhì)(含有木質(zhì)素等化學(xué)組分)的粘結(jié)作用。降低生物質(zhì)型煤生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展應(yīng)用，是生物質(zhì)型煤形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。因此，利用地方資源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)玉米秸桿資源、低熱值煤資源就近高效轉(zhuǎn)化，為生物質(zhì)型煤的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，該方法實(shí)現(xiàn)了玉米秸桿資源、低熱值煤資源的高效轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其包括以下步驟1)對玉米秸桿進(jìn)行粉碎，收集玉米秸桿粉進(jìn)行堿液預(yù)浸處理，過濾后加入堿液高溫蒸煮；2)添加粉碎后的低熱值煤，添加型煤添加劑，與水混合均勻，成型機(jī)擠壓成型高溫烘干；在本發(fā)明的步驟I)中，玉米稻桿粉碎至I 5mm,取玉米稻桿粉20 80g加入I 20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液預(yù)浸I 24h，過濾后加入I 6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液80 100°C蒸煮I 3h。所述預(yù)浸和蒸煮的堿液可為氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液中的一種或兩種。在本發(fā)明的步驟2)中，可先將步驟I)得到的玉米秸桿粉與粉碎后的低熱值煤混合，添加型煤添加劑，成型機(jī)擠壓成型高溫烘干得到生物質(zhì)型煤，具體步驟為添加粉碎至I 5mm低熱值煤160 220g，添加型煤添加劑10 20g，與10 30 ml水混合均勻，成型機(jī)17 25MPa擠壓成型100 120°C烘干I 3h。所述低熱值煤為煤泥、洗中煤、煤矸石中的一種或幾種；所述型煤添加劑為高嶺土、石灰石、羧甲基纖維素鈉，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為高嶺土 30% 40%，石灰石40% 60%，羧甲基纖維素鈉10% 20%。本發(fā)明的有益效果為(I)原料低熱值煤粉碎后，添加處理過的玉米秸桿，添加型煤添加劑，制備生物質(zhì)型煤，實(shí)現(xiàn)了煤炭廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，尤其有利于低熱值煤煤矸石、煤泥、洗中煤等煤炭采洗選后的廢棄物的定向轉(zhuǎn)化利用，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，有利于生物質(zhì)型煤的產(chǎn)業(yè)化利用。(2)玉米秸桿粉進(jìn)行堿液預(yù)浸和高溫蒸煮處理，堿液預(yù)浸玉米秸桿，破壞玉米秸桿木質(zhì)素中的吡喃環(huán)，拆開相互纏結(jié)的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維則在型煤中起連接、拉伸作用；高溫蒸煮能夠使木質(zhì)素在高溫作用下與經(jīng)過活化的玉米秸桿中的活性基團(tuán)以及木質(zhì)素本身起脫水縮合反應(yīng)，形成類似膠粘作用效果，同時(shí)玉米秸桿高溫蒸煮分解產(chǎn)生的糖類物質(zhì)以及果膠、單寧等物質(zhì)具有粘結(jié)作用，有助于玉米秸桿粉和低熱值煤粉膠黏成型，增加生物質(zhì)型煤強(qiáng)度。(3)型煤添加劑為高嶺土、石灰石、羧甲基纖維素鈉，利用了內(nèi)蒙古地區(qū)豐富的高嶺土、石灰石等礦產(chǎn)資源，其中石灰石(主要成分CaO)與煤燃燒產(chǎn)生的SO2反應(yīng)，生成CaSO4,降低型煤燃燒的SO2排放量，起到固硫的效果；高嶺土主要成分是Al2O3和SiO2, Al2O3通過與CaSO 4和CaO作用，形成了熱穩(wěn)定性高的復(fù)鹽CaS04-3Ca0_3Al203并包裹在CaSO4晶體的表面，從而抑制了 CaSO4的分解，增強(qiáng)了型煤的固硫作用；羧甲基纖維素鈉能夠提高生物質(zhì)型煤的防水性、抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 :玉米秸桿粉碎至3mm，取玉米秸桿粉40g加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈣溶液預(yù)浸6h，過濾后加入3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液90°C蒸煮4h，添加粉碎至3mm煤泥160g、煤矸石20g，添加由質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%石灰石、40%高嶺土、10%羧甲基纖維素鈉構(gòu)成的型煤添加劑20g，與20ml水混合均勻，成型機(jī)15 MPa擠壓成型120°C烘干1. 5h制得生物質(zhì)型，生物質(zhì)型煤煤發(fā)熱量3004 kcal/kg,抗壓強(qiáng)度780N/個(gè)，跌落強(qiáng)度91. 8%，固硫率70%，浸水復(fù)干強(qiáng)度240N/個(gè)。實(shí)施例2 :玉米秸桿粉碎至2mm，取玉米秸桿粉45g加入10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉 溶液預(yù)浸8h，過濾后加入2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液95°C蒸煮6h，添加粉碎至3mm煤泥60g和洗中煤100g，添加由質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%石灰石、40%高嶺土、15%羧甲基纖維素鈉構(gòu)成的型煤添加劑18g，與25ml水混合均勻，成型機(jī)18 MPa擠壓成型110°C烘干1. 5h制得生物質(zhì)型煤，生物質(zhì)型煤發(fā)熱量3110 kcal/kg，抗壓強(qiáng)度820N/個(gè)，跌落強(qiáng)度92. 7%，固硫率72%，浸水復(fù)干強(qiáng)度218N/個(gè)。實(shí)施例3 :玉米秸桿粉碎至1mm，取玉米秸桿粉40g加入15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈣溶液預(yù)浸18h，過濾后加入2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈣溶液100°C蒸煮2h，添加粉碎至Imm煤矸石50g和洗中煤110g，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%石灰石、40%高嶺土、20%羧甲基纖維素鈉構(gòu)成的型煤添加劑15g，與17ml水混合均勻，成型機(jī)20 MPa擠壓成型100°C烘干2. 5h制得生物質(zhì)型煤，生物質(zhì)型煤發(fā)熱量2810 kcal/kg,抗壓強(qiáng)度860 N/個(gè)，跌落強(qiáng)度90. 0%，固硫率68%，浸水復(fù)干強(qiáng)度163N/個(gè)。實(shí)施例4 :玉米秸桿粉碎至2mm，取玉米秸桿粉30g加入5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液的混合物預(yù)浸14h，過濾后加入5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液的混合物85°C蒸煮2h，其中按體積分?jǐn)?shù)氫氧化鈉溶液氫氧化鈣溶液=1 :1，添加粉碎至Imm煤矸石45g、煤泥45 g、洗中煤70g，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%石灰石、30%高嶺土、20%羧甲基纖維素鈉構(gòu)成的型煤添加劑18g，與20ml水混合均勻，成型機(jī)25 MPa擠壓成型105°C烘干2 h制得生物質(zhì)型煤，生物質(zhì)型煤發(fā)熱量2950 kcal/kg，抗壓強(qiáng)度850N/個(gè)，跌落強(qiáng)度88. 0%，固硫率78%，浸水復(fù)干強(qiáng)度231N/個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)對玉米秸桿進(jìn)行粉碎，收集玉米秸桿粉加入堿液進(jìn)行預(yù)浸處理，過濾后加入堿液高溫蒸煮； 2)添加粉碎后的低熱值煤，添加型煤添加劑，與水混合均勻，成型機(jī)擠壓成型高溫烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，玉米稻桿粉碎至I 5mm,取玉米稻桿粉20 80g加入I 20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液預(yù)浸I 24h，過濾后加入I 6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液80 100°C蒸煮I 3h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，預(yù)浸和蒸煮的堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液中的一種或兩種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，在預(yù)浸和蒸煮后的物料中添加粉碎至I 5mm低熱值煤160 220g,添加型煤添加劑10 20g，然后與10 30 ml水混合均勻，成型機(jī)17 25MPa擠壓成型100 120°C烘干I 3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，低熱值煤為煤泥、洗中煤或煤砰石中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，其特征在于，型煤添加劑為高嶺土、石灰石、羧甲基纖維素鈉，上述三種物料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為高嶺土 30% 40%，石灰石40% 60%，羧甲基纖維素鈉10% 20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對低熱值煤的生物質(zhì)型煤的制備方法，本發(fā)明將生物質(zhì)粉碎后加入堿液預(yù)浸，然后在堿液中高溫蒸煮，再加入粉碎后的低熱值煤和適量的添加劑，最后上述混合物加水混合均勻后一同進(jìn)入成型機(jī)，在高壓下成型，得到生物質(zhì)型煤產(chǎn)品。該方法將低熱值煤與生物質(zhì)混合生產(chǎn)生物質(zhì)型煤，充分利用煤與生物質(zhì)的自身優(yōu)勢，提高各自的燃燒特性和熱利用率，并將我國有限的煤炭資源尤其是低質(zhì)煤高效化、潔凈化利用，將農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈資源化、能源化利用，對實(shí)現(xiàn)低熱值煤資源、玉米秸稈等生物質(zhì)資源就近高效轉(zhuǎn)化，提高煤炭資源利用效率具有重要意義，符合國家潔凈煤技術(shù)的發(fā)展方向。
文檔編號C10L5/44GK103013610SQ201210498649
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者蔡祿, 馬力通, 李珺 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)