CN114836250B - 助熔剂及其制备方法和应用及改变煤的灰熔融特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤化工领域，公开了助熔剂及其制备方法和应用及改变煤的灰熔融特性的方法。所述助熔剂含有氧化钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝和氧化镁；其中，以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为20‑35重量％，氧化铁的含量为15‑30重量％，二氧化硅的含量为20‑35重量％，氧化铝的含量为10‑20重量％，氧化镁的含量为1‑9重量％。所述助熔剂与煤混合后能够显著降低煤的灰熔融温度，改变煤的灰粘温特性类型，降低气化操作温度，降低气化过程中的煤耗，节能效果显著。

Description

助熔剂及其制备方法和应用及改变煤的灰熔融特性的方法
技术领域
本发明涉及煤化工领域，公开了一种助熔剂及其制备方法，所述助熔剂在改变煤的灰熔融特性中的应用，以及一种改变煤的灰熔融特性的方法。
背景技术
煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，即可用于生产化工产品。煤气化技术是煤化工的关键技术之一，目前国内煤化工企业运行的气化炉大部分以水煤浆为原料制备合成气。水煤浆是由煤和水制备而成，但是不是所有的煤均可以制备水煤浆作为气化炉用。当煤样灰熔点T4温度过高时，该煤样无法使用，需要调整其灰熔点。现有常用于调整灰熔点T4的方法为添加氧化钙等助熔剂，但存在添加量大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的用于调整灰熔点T4的氧化钙等助熔剂添加量大的问题，提供一种助熔剂及其制备方法和所述助熔剂在改变煤的灰熔融特性中的应用，该助熔剂能够显著降低煤的灰熔融温度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种助熔剂，所述助熔剂含有氧化钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝和氧化镁；
其中，以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为20-35重量％，氧化铁的含量为15-30重量％，二氧化硅的含量为20-35重量％，氧化铝的含量为10-20重量％，氧化镁的含量为1-9重量％。
本发明第二方面提供如上所述的助熔剂的制备方法，该方法包括：将煤样进行燃烧，得到煤灰，并任选地将煤灰与氧化物混合，得到所述助熔剂。
本发明第三方面提供如上所述的助熔剂在改变煤的灰熔融特性中的应用。
本发明第四方面提供一种改变煤的灰熔融特性的方法，该方法包括：将如上所述的助熔剂和任选的辅助助熔剂与煤混合，得到混合后的煤物料。
本发明所述的助熔剂具有特定的成分及其组成，在添加量较低的情况下，能够显著降低煤的灰熔点，改变煤的灰粘温特性，同时可以保持较大的T4与T1温差，降低气化操作温度，降低气化过程中的煤耗，为气化炉提供较大的操作窗口，且节能效果显著。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的发明人在研究过程中发现，宁东煤矿的煤燃烧后的煤灰能够显著降低煤的灰熔点，改变煤的灰粘温特性。根据其组成，采用多种煤灰或者煤灰和氧化物配制的助熔剂也能取得相似的效果。
基于如上的发现，本发明第一方面提供一种助熔剂，所述助熔剂含有氧化钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝和氧化镁；
其中，以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为20-35重量％(比如可以为20、23、26、29、32、35重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，氧化铁的含量为15-30重量％(比如可以为15、16、18、20、22、24、26、28、30重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，二氧化硅的含量为20-35重量％(比如可以为20、22、24、26、28、30、32、34、35重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，氧化铝的含量为10-20重量％(比如可以为10、12、14、16、18、20重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，氧化镁的含量为1-9重量％(比如可以为1、3、5、7、9重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)。
优选地，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为20-30重量％，氧化铁的含量为17-26重量％，二氧化硅的含量为22-32重量％，氧化铝的含量为12-18重量％，氧化镁的含量为3-7重量％。在所述优选的范围内，能够进一步提高所述助熔剂改变煤的灰熔融特性的能力。
所述助熔剂中还可含有盐分和其他微量元素的氧化物，也即，这些组分和上述氧化物一同构成了所述助熔剂。
优选地，所述助熔剂还包含氧化钠、氧化钾和氧化钛中的至少一种。
优选地，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钠的含量为0-3重量％(比如可以为0、0.5、1、1.5、2、2.5、3重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，氧化钾的含量为0-2重量％(比如可以为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)，氧化钛的含量为0-1.5重量％(比如可以为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.5重量％以及任意两个值之间组成的任意范围)。
更优选地，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钠的含量为1.5-3重量％，氧化钾的含量为0.5-1.5重量％，氧化钛的含量为0.5-1重量％。
所述助熔剂优选是宁东煤矿的煤燃烧后的煤灰，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为23-25重量％，氧化铁的含量为19-21重量％，二氧化硅的含量为28-31重量％，氧化铝的含量为14-17重量％，氧化镁的含量为4-6重量％，氧化钠的含量为2-3重量％，氧化钾的含量为0.8-1.5重量％，氧化钛的含量为0.5-1重量％。
所述助熔剂也可以是多种煤灰的混合，或者煤灰和氧化物的混合，优选地，所述助熔剂至少含有煤灰。
所述助熔剂中氧化物的含量可以通过X荧光光谱仪进行测定。
本发明第二方面提供如上所述的助熔剂的制备方法，该方法包括：将煤样进行燃烧，得到煤灰，并任选地将煤灰与氧化物混合，得到所述助熔剂。
应当理解的是，所述燃烧是指完全燃烧。
所述煤样可以是现有能够获得的煤样，当煤样燃烧后的煤灰的组分在所述助熔剂的组分含量内时，可以不进行后处理而直接得到助熔剂(比如获自宁东煤矿的煤燃烧得到的煤灰)；如果所述煤样燃烧后的煤灰中的组分有不在所述助熔剂的含量内的组分时，可以通过后处理调节各组分的含量，以获得该助熔剂。
所述氧化物可以是现有的任意种类的氧化物，只要能够使得得到的助熔剂组分含量合适即可，优选地，所述氧化物选自钙、铁、硅、铝、镁、钠、钾和钛中的至少一种的氧化物。
本发明第三方面提供如上所述的助熔剂在改变煤的灰熔融特性中的应用。
其中，所述煤的种类没有特别的要求，对其产地和来源也没有要求。通过将第一方面的助熔剂与所述煤混合，可以降低所述煤的灰熔点，改变其灰粘温特性。
本发明第四方面提供一种改变煤的灰熔融特性的方法，该方法包括：将如上所述的助熔剂和任选的辅助助熔剂与煤混合，得到混合后的煤物料。
通过混合使得煤的灰熔点T4降低，以满足煤气化的需要。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述煤的灰熔点T4为1300-1400℃，该方法包括：将所述助熔剂和煤混合。
所述助熔剂的用量可以在较宽的范围内选择，优选地，以重量计，助熔剂的用量与煤的用量之比为1：60-150(比如可以为1:60、1:65、1:70、1:75、1:80、1:85、1:90、1:95、1:100、1:105、1:110、1:115、1:120、1:125、1:130、1:145、1:150以及任意两个值之间组成的任意范围)。
当煤的灰熔点T4大于1400℃时，该方法优选包括：将所述助熔剂、任选的辅助助熔剂和煤混合，也即可以通过添加辅助助熔剂(如氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等)的方式实现降低灰熔点T4的目的。
优选地，以重量计，助熔剂和辅助助熔剂的总用量与煤的用量之比为1：20-100(比如可以为1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45、1:50、1:55、1:60、1:65、1:70、1:75、1:80、1:85、1:90、1:95、1:100以及任意两个值之间组成的任意范围)。
优选地，以重量计，辅助助熔剂和助熔剂的添加量之比为1：1.5-10，比如可以为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5、1:10以及任意两个值之间组成的任意范围，更优选为1：1.5-4。
在本发明中，煤样的灰熔点的测定根据国标GBT 219-2008煤灰熔融性的测定方法。
通过角锥法对煤的灰熔特性分析时，能够获得4个特征温度T1-T4，其中，T1是角锥尖端开始变圆或弯曲时的温度，T2是灰锥尖弯曲到平盘上或呈球体时的温度，T3是灰锥近似半球体，即高约为底长一半时的温度，T4是灰锥融化成高度在1.5mm以下薄层时的温度。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，煤样的灰熔点T1-T4的测定根据国标GBT 219-2008煤灰熔融性的测定方法。
采用X荧光光谱仪方法测定助熔剂组成。
以下实施例中，如无特殊说明，使用的材料和试剂均通过商购获得。
煤样I和煤样II均为产自宁夏的煤样，其灰熔点T1-T4分别见表2和表4。
实施例1
本实施例用于说明本发明所述的助熔剂的制备以及改变煤的灰融熔特性的方法。
取宁东煤矿的煤样，完全燃烧后制备得到煤灰，即得助熔剂X1。其中各组分的平均含量如下：以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为24.04重量％，氧化铁的含量为20.34重量％，二氧化硅的含量为29.32重量％，氧化铝的含量为15.48重量％，氧化镁的含量为4.98重量％，氧化钠的含量为2.67重量％，氧化钾的含量为1.32重量％，氧化钛的含量为0.88重量％。
按照表1所述的用量将助熔剂、任选的辅助助熔剂和煤样I混合后，测定混合后物料的灰熔点，具体结果见表2。
表1
表2
编号 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃
煤样I 1273 1310 1355 1390
N1 1260 1270 1280 1320
N2 1265 1280 1310 1355
N3 1240 1250 1258 1270
实施例2
本实施例用于说明本发明所述的助熔剂的制备及其改变煤的灰熔融特性的方法。
取宁东煤矿的另一处煤样，完全燃烧后制备得到煤灰，即得助熔剂X2。其中各组分的平均含量如下：以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为23.44重量％，氧化铁的含量为19.18重量％，二氧化硅的含量为30.57重量％，氧化铝的含量为16.29重量％，氧化镁的含量为5.57重量％，氧化钠的含量为2.05重量％，氧化钾的含量为0.96重量％，氧化钛的含量为0.74重量％。
取莒山煤矿的煤样，完全燃烧后制备得到煤灰。其中各组分的平均含量如下：以煤灰的总重量为基准，氧化钙的含量为14.5重量％，氧化铁的含量为4.65重量％，二氧化硅的含量为53.6重量％，氧化铝的含量为18.9重量％，氧化镁的含量为1.71重量％，氧化钠的含量为0.46重量％，氧化钾的含量为0.58重量％，氧化钛的含量为1.14重量％。向所述煤灰中选择性的添加氧化物以获得组成与X1基本相同的助熔剂P1。
取市售的氧化物，根据X1的组分组成配制含量基本相同的助熔剂P2。
分别将助熔剂0.4g和煤样II 10g混合后，测定混合后物料的灰熔点，具体结果见表3。
表3
编号 T1/℃ T2/℃ T3/℃ T4/℃
煤样II 》1500 》1500 》1500 》1500
X1 1240 1251 1262 1271
X2 1243 1258 1265 1280
P1 1269 1273 1290 1315
P2 1290 1320 1345 1350
相比于单纯的氧化物或不同氧化物的组合，完全使用煤灰或使用含有煤灰的混合物作为助熔剂能够更为有效的降低煤样的灰熔点。此外，实验过程中还发现，实施例中所述的助熔剂P1用于降低煤的灰熔点时效果显著好于单独使用同等重量的氧化铁或氧化钙或其混合物的效果。
此外，额外添加氧化物用于降低煤样灰熔点，人为额外增加了煤灰的灰分含量，降低了发热量等指标，降低了煤的品质，增加了工业装置的能耗。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种助熔剂，其特征在于，所述助熔剂含有氧化钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝和氧化镁；
其中，以助熔剂的总重量为基准，氧化钙的含量为20-30重量%，氧化铁的含量为17-26重量%，二氧化硅的含量为22-32重量%，氧化铝的含量为12-18重量%，氧化镁的含量为3-7重量%；
所述助熔剂至少含有煤灰。
2.根据权利要求1所述的助熔剂，其中，所述助熔剂还包含氧化钠、氧化钾和氧化钛中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的助熔剂，其中，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钠的含量为0-3重量%，氧化钾的含量为0-2重量%，氧化钛的含量为0-1.5重量%。
4.根据权利要求3所述的助熔剂，其中，以所述助熔剂的总重量为基准，氧化钠的含量为1.5-3重量%，氧化钾的含量为0.5-1.5重量%，氧化钛的含量为0.5-1重量%。
5.权利要求1-4中任意一项所述的助熔剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：将煤样进行燃烧，得到所述助熔剂。
6.权利要求1-4中任意一项所述的助熔剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：将煤样进行燃烧，得到煤灰，并将煤灰与氧化物混合，得到所述助熔剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述氧化物选自钙、铁、硅、铝、镁、钠、钾和钛中的至少一种的氧化物。
8.权利要求1-4中任意一项所述的助熔剂在改变煤的灰熔融特性中的应用。
9.一种改变煤的灰熔融特性的方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1-4中任意一项所述的助熔剂与煤混合，得到混合后的煤物料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法包括：将权利要求1-4中任意一项所述的助熔剂和辅助助熔剂与煤混合，得到混合后的煤物料。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述煤的灰熔点T4为1300-1400℃，该方法包括：将所述助熔剂和煤混合，其中，以重量计，助熔剂的用量与煤的用量之比为1：60-150。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述煤的灰熔点T4大于1400℃，该方法包括：将所述助熔剂和煤混合。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述煤的灰熔点T4大于1400℃，该方法包括：将所述助熔剂、辅助助熔剂和煤混合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，以重量计，助熔剂和辅助助熔剂的总用量与煤的用量之比为1：20-100。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述辅助助熔剂选自氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠和氧化钾中的至少一种。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述辅助助熔剂为氧化铁。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，以重量计，辅助助熔剂和助熔剂的添加量之比为1：1.5-10。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，以重量计，辅助助熔剂和助熔剂的添加量之比为1:1.5-4。
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GR01 Patent grant
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