專利名稱：一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，屬于煤炭采洗選廢棄物和農業廢棄物資源化應用領域。
背景技術：
我國是煤炭生產和消費大國，煤炭生產和洗選過程中產生了大量的煤矸石、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電機組，每年僅可消耗低熱值煤資源I億多噸，尚有大量現有和每年新增的2億噸未得到合理有效利用。大量未利用的煤矸石、煤泥等長期在礦區堆存，易自燃并釋放有害氣體，污染大氣環境；同時經雨水淋溶，也會污染水體和土壤。另外，部分煤矸石、煤泥、洗中煤摻混在優質煤中長距離運輸，增加運輸能耗，加劇運力緊張矛盾。加快發展低熱值煤利用產業，對多途徑利用廢棄資源，減少煤矸石、煤泥堆存，保護礦區生態環境、 避免運力浪費具有積極作用。目前技術、經濟條件下，利用低熱值煤資源生產、使用生物質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(收到基低位發熱量大于1200 kcal/kg)、煤泥(收到基低位發熱量在2500-3500 kcal/kg)和洗中煤(收到基低位發熱量在2500-4000 kcal/kg))與農業廢棄物進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。生物質型煤將高揮發分、低灰、低硫、低燃點的生物質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資源的新途徑，充分利用煤和生物質自身的優勢，具有節煤和生物質代煤的雙重作用，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，對保護環境和節約能源均具有重大意義。在我國北方，玉米秸桿是主要的農副產物。內蒙古是我國重要的玉米主產區，玉米是內蒙古的第一大農作物，是內蒙古自治區播種面積最大、總產最高的主栽作物，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，內蒙古玉米產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,產生的玉米秸桿數量也是海量的，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，除極少數部分作為飼料、燃燒和農業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，并造成農業生物質廢棄資源及能源的巨大浪費。農業廢棄物玉米秸桿作為農業生產加工中的副產品，具有產量大、可再生特點，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過深加工制成具有較高熱量、較大密度的生物質型煤燃料，為我國低熱值煤、農作物秸桿等廢棄資源的規模化應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型煤，專利(201110287969. 8)公開了型煤粘結劑和生物質型煤及制備方法，以木薯渣氫氧化鈉蒸煮后為型煤粘結劑利用無煙粉煤制備生物質型煤。以上專利都是利用當地生物質資源制備生物質型煤，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化利用和玉米秸桿等生物質(含有木質素等化學組分)的粘結作用。降低生物質型煤生產成本，實現工業化發展應用，是生物質型煤形成規模產業的關鍵。因此，利用地方資源優勢，實現玉米秸桿資源、低熱值煤資源就近高效轉化，為生物質型煤的產業化發展奠定基礎
發明內容
本發明的目的是提供一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，該方法實現了玉米秸桿資源、低熱值煤資源的高效轉化。本發明的技術方案如下本發明提供的針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，其包括以下步驟1)對玉米秸桿進行粉碎，收集玉米秸桿粉進行堿液預浸處理，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，成型機擠壓成型高溫烘干；在本發明的步驟I)中，玉米稻桿粉碎至I 5mm,取玉米稻桿粉20 80g加入I 20%質量分數的堿液預浸I 24h，過濾后加入I 6%質量分數的堿液80 100°C蒸煮I 3h。所述預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，成型機擠壓成型高溫烘干得到生物質型煤，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，各組分的質量分數為高嶺土 30% 40%，石灰石40% 60%，羧甲基纖維素鈉10% 20%。本發明的有益效果為(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，制備生物質型煤，實現了煤炭廢棄物和農業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化利用，同時降低生產成本，有利于生物質型煤的產業化利用。(2)玉米秸桿粉進行堿液預浸和高溫蒸煮處理，堿液預浸玉米秸桿，破壞玉米秸桿木質素中的吡喃環，拆開相互纏結的木質素、纖維素和半纖維素立體網狀結構，纖維則在型煤中起連接、拉伸作用；高溫蒸煮能夠使木質素在高溫作用下與經過活化的玉米秸桿中的活性基團以及木質素本身起脫水縮合反應，形成類似膠粘作用效果，同時玉米秸桿高溫蒸煮分解產生的糖類物質以及果膠、單寧等物質具有粘結作用，有助于玉米秸桿粉和低熱值煤粉膠黏成型，增加生物質型煤強度。(3)型煤添加劑為高嶺土、石灰石、羧甲基纖維素鈉，利用了內蒙古地區豐富的高嶺土、石灰石等礦產資源，其中石灰石(主要成分CaO)與煤燃燒產生的SO2反應，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，形成了熱穩定性高的復鹽CaS04-3Ca0_3Al203并包裹在CaSO4晶體的表面，從而抑制了 CaSO4的分解，增強了型煤的固硫作用；羧甲基纖維素鈉能夠提高生物質型煤的防水性、抗壓強度和跌落強度。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步說明。實施例1 :玉米秸桿粉碎至3mm，取玉米秸桿粉40g加入20%質量分數的氫氧化鈣溶液預浸6h，過濾后加入3%質量分數的氫氧化鈉溶液90°C蒸煮4h，添加粉碎至3mm煤泥160g、煤矸石20g，添加由質量分數50%石灰石、40%高嶺土、10%羧甲基纖維素鈉構成的型煤添加劑20g，與20ml水混合均勻，成型機15 MPa擠壓成型120°C烘干1. 5h制得生物質型，生物質型煤煤發熱量3004 kcal/kg,抗壓強度780N/個，跌落強度91. 8%，固硫率70%，浸水復干強度240N/個。實施例2 :玉米秸桿粉碎至2mm，取玉米秸桿粉45g加入10%質量分數的氫氧化鈉 溶液預浸8h，過濾后加入2%質量分數的氫氧化鈉溶液95°C蒸煮6h，添加粉碎至3mm煤泥60g和洗中煤100g，添加由質量分數45%石灰石、40%高嶺土、15%羧甲基纖維素鈉構成的型煤添加劑18g，與25ml水混合均勻，成型機18 MPa擠壓成型110°C烘干1. 5h制得生物質型煤，生物質型煤發熱量3110 kcal/kg，抗壓強度820N/個，跌落強度92. 7%，固硫率72%，浸水復干強度218N/個。實施例3 :玉米秸桿粉碎至1mm，取玉米秸桿粉40g加入15%質量分數的氫氧化鈣溶液預浸18h，過濾后加入2%質量分數的氫氧化鈣溶液100°C蒸煮2h，添加粉碎至Imm煤矸石50g和洗中煤110g，添加質量分數40%石灰石、40%高嶺土、20%羧甲基纖維素鈉構成的型煤添加劑15g，與17ml水混合均勻，成型機20 MPa擠壓成型100°C烘干2. 5h制得生物質型煤，生物質型煤發熱量2810 kcal/kg,抗壓強度860 N/個，跌落強度90. 0%，固硫率68%，浸水復干強度163N/個。實施例4 :玉米秸桿粉碎至2mm，取玉米秸桿粉30g加入5%質量分數的氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液的混合物預浸14h，過濾后加入5%質量分數的氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液的混合物85°C蒸煮2h，其中按體積分數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，添加質量分數50%石灰石、30%高嶺土、20%羧甲基纖維素鈉構成的型煤添加劑18g，與20ml水混合均勻，成型機25 MPa擠壓成型105°C烘干2 h制得生物質型煤，生物質型煤發熱量2950 kcal/kg，抗壓強度850N/個，跌落強度88. 0%，固硫率78%，浸水復干強度231N/個。
權利要求
1.一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)對玉米秸桿進行粉碎，收集玉米秸桿粉加入堿液進行預浸處理，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，成型機擠壓成型高溫烘干。
2.根據權利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，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%質量分數的堿液預浸I 24h，過濾后加入I 6%質量分數的堿液80 100°C蒸煮I 3h。
3.根據權利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，其特征在于，預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.根據權利要求1所述的一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，其特征在于，在預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17 25MPa擠壓成型100 120°C烘干I 3h。
5.根據權利要求1或4所述的一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，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.根據權利要求1或4所述的一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，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量分數為高嶺土 30% 40%，石灰石40% 60%，羧甲基纖維素鈉10% 20%。
全文摘要
本發明公開了一種針對低熱值煤的生物質型煤的制備方法，本發明將生物質粉碎后加入堿液預浸，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入成型機，在高壓下成型，得到生物質型煤產品。該方法將低熱值煤與生物質混合生產生物質型煤，充分利用煤與生物質的自身優勢，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煤高效化、潔凈化利用，將農業廢棄物玉米秸稈資源化、能源化利用，對實現低熱值煤資源、玉米秸稈等生物質資源就近高效轉化，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的發展方向。
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 優先權日2012年11月30日
發明者蔡祿, 馬力通, 李珺 申請人:內蒙古科技大學