本發(fā)明屬于一種改善煤灰熔渣黏溫特性的助劑及其應用。

背景技術：

煤氣化技術是現(xiàn)代煤化工發(fā)展的基礎，是實現(xiàn)煤炭資源清潔高效利用的可行途徑。其中，氣流床氣化因其具有煤種適應范圍廣和碳轉化率高等特點，近年來已成為氣化技術發(fā)展的趨勢。氣流床氣化依據(jù)進料方式有兩種不同的類型：水煤漿氣化和干粉煤氣化，水煤漿氣化考慮到高溫下水蒸氣的的損失及對耐火磚的腐蝕，操作溫度不宜過高，通?？刂圃?350℃左右。而干粉煤氣化因其采用“以渣抗渣”的水冷壁技術，爐壁襯里形成適宜厚度的渣層可以抵抗熔融灰渣的腐蝕，操作溫度通常控制在1300～1600℃.

干粉煤氣化高溫下煤灰渣以液態(tài)的形式由氣化爐底部排出，液態(tài)排渣是否順暢是決定氣化爐長周期穩(wěn)定運行的關鍵因素。采用液態(tài)排渣，在運行過程中需預防因液態(tài)灰渣流動不暢，而產生的堵渣問題，煤灰渣的黏溫特性決定了氣流床氣化爐操作的窗口溫度、水冷壁適宜的掛渣厚度和排渣性能，對確保氣化爐正常穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。以殼牌氣化爐為例，煤灰的高溫黏度需控制在2.5～25pa·s，黏度過低煤灰渣不能順利掛渣，黏度過高容易堵渣。

我國煤儲量豐富且性質差異較大，僅少數(shù)煤適用于液態(tài)排渣氣化爐，多數(shù)原料煤無法直接滿足液態(tài)排渣的要求，需要通過配煤或加助劑的方式調控，為了更合理、經(jīng)濟地將我國的煤炭資源用于液態(tài)排渣氣化爐，掌握煤灰黏溫特性的調控方法已迫在眉睫。有些地區(qū)的煤由于煤灰中堿性組分較少，導致灰黏度偏高易堵渣，大量研究證實，可以通過加入鈣基、鐵基、鎂基、鈉基等單組分助熔劑，或多組分復合助熔劑，如石灰石、伊利石等礦物或分析純化學物質，改善煤灰黏溫特性。新疆伊北煤田的煤由于其灰化學組成中硅鋁含量低鈣鐵鎂硫含量高，高溫下灰黏度較低，隨溫度的改變黏度變化敏感，易引起堵渣且對耐火材料的侵蝕嚴重，成為困擾該地區(qū)煤應用的難題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種改善粉煤氣化煤灰熔渣黏溫特性的助劑，可以有效改善新疆伊北煤田煤灰渣黏溫特性，使其達到液態(tài)排渣的要求。

為達到上述目的，本方案采用的技術方案如下：

一種改善煤灰渣黏溫特性的助劑，其特征在于助劑是煤矸石，其組成和含量按質量百分比為sio266.91～74.35％，al2o318.09～21.53％,fe2o3≤1.50％,cao≤0.50％,mgo≤1.20％,so3≤0.5％,k2o≤3％。

應用步驟為：將助劑破碎研磨到小于0.18mm，以煤為基準，按3.09～5.26wt％比例加入新疆伊北煤田煤中，混合均勻后做為粉煤氣化爐原料煤。

伊北煤田煤灰低硅鋁高鈣鐵鎂的組成特點，加入鈣基、鐵基、鎂基等單組分及多組分復合助劑，難以解決其液態(tài)排渣過程中的問題，而加入適量高硅鋁、高硅鋁比的煤矸石助劑，既解決了隨溫度改變灰渣黏度變化敏感的問題，同時灰渣類型由結晶渣變?yōu)椴Ａw渣，拓寬了液態(tài)排渣溫度范圍，而且氣化爐操作溫度可選范圍增大。

當助劑的添加比例小于3.09wt％，灰渣中硅鋁含量低，高溫下灰渣黏度低，液態(tài)排渣溫度偏低，這與干粉煤氣化操作溫度高，通常控制在1300～1600℃要求不符。當助劑的添加比例大于5.26wt％，灰渣中硅鋁含量高，高溫下灰渣黏度高，灰渣類型有可能再次變?yōu)榻Y晶渣，且加入量過大，易造成資源浪費及大量的熱損失。添加比例控制在3.09～5.26wt％，灰渣中硅鋁含量適宜，灰渣類型為玻璃渣，液態(tài)排渣溫度范圍寬且滿足干粉煤氣化操作溫度要求。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：以煤矸石為助劑，通過添加3.09～5.26wt％(煤基)的助劑，可以明顯改善新疆伊北煤灰渣的黏溫特性，使其以液態(tài)形式順利排出，以煤矸石為助劑既實現(xiàn)了資源的合理利用，又拓寬了液態(tài)排渣氣化技術的煤種適用性。

附圖說明

圖1為實施例1，煤灰渣黏溫特性曲線圖。虛線為未添加助劑a煤灰渣黏溫特性曲線，實線為添加助劑后a煤灰渣黏溫特性曲線。

圖2為實施例2及例3，煤灰渣黏溫特性曲線圖。虛線為未添加助劑b煤灰渣黏溫特性曲線，實線1為例2添加3.09％助劑后b煤灰渣黏溫特性曲線，實線2為例3添加5.26％助劑后b煤灰渣黏溫特性曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施方式進一步闡述本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限制。

實施例1：將質量百分比含sio274.35％，al2o318.09％,fe2o30.84％,cao0.15％,mgo1.20％,so30.06％,k2o2.21％的煤矸石助劑，按5.26wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤a煤中，混合均勻，按照標準《gb/t31424-2015煤灰黏度測定方法》，分別測定原煤與加助劑煤樣的灰黏度。

圖1所示結果可以看出，a煤中加入助劑，明顯改善了高溫下煤灰渣的黏溫特性，高溫下灰渣類型由結晶渣變?yōu)椴Ａw渣，灰渣黏度2.5～25pa·s對應的溫度范圍從1330～1412℃變?yōu)?310～1526℃，既拓寬排渣溫度范圍，同時解決了隨溫度改變灰渣黏度變化敏感，影響液態(tài)排渣穩(wěn)定運行的難題。

實施例2：將質量百分比含sio266.91％，al2o321.53％,fe2o31.50％,cao0.50％,mgo0.64％,so30.50％,k2o3.00％的煤矸石助劑，按3.09wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤b煤中，混合均勻，按照標準《gb/t31424-2015煤灰黏度測定方法》，分別測定原煤與加助劑煤樣的灰黏度。結果表明，b煤中加入3.09％(煤基)助劑，明顯改善了高溫下煤灰渣的黏溫特性，高溫下灰渣類型由結晶渣變?yōu)椴Ａw渣，黏度2.5～25pa·s對應的溫度為1244～1445℃。

實施例3：將質量百分比含sio266.91％，al2o321.53％,fe2o31.50％,cao0.50％,mgo0.64％,so30.50％,k2o3.00％的煤矸石助劑，按5.26wt％(煤基)的比例加入新疆伊北煤田煤b煤中，混合均勻，按照標準《gb/t31424-2015煤灰黏度測定方法》，測定加助劑煤樣的灰黏度。結果表明，b煤中加入5.26％(煤基)助劑，高溫下灰渣類型為玻璃體渣，黏度2.5～25pa·s對應的溫度為1343～>1569℃。

圖2所示結果可以看出，b煤中分別加入3.09％及5.26％的助劑，明顯改善了高溫下煤灰渣的黏溫特性，高溫下灰渣類型由結晶渣變?yōu)椴Ａw渣，隨著添加比例的增大，高溫下煤灰渣黏度增大?？紤]到干粉煤氣流床氣化爐操作溫度通常控制在1300～1600℃，故助劑添加比例控制在3.09～5.26％范圍內，不宜過高或過低。

本發(fā)明所采用的新疆伊北煤田a、b煤灰組成(wt％)見表1.

表1新疆伊北煤田a、b煤灰組成(wt％)

技術特征：

技術總結
一種改善煤灰熔渣黏溫特性的助劑是煤矸石，其組成和含量按質量百分比為SiO2?66.91～74.35%，Al2O3?18.09～21.53%,Fe2O3≤1.50%,CaO≤0.50%,MgO≤1.20%,SO3≤0.5%,K2O≤3%煤矸石。將助劑破碎研磨到小于0.18mm，以煤為基準，按3.09～5.26wt%比例加入新疆伊北煤田煤中，混合均勻后做為粉煤氣化爐原料煤。本發(fā)明具有可以有效地改善新疆伊北煤田煤灰渣的黏溫特性，使其滿足干粉煤氣化液態(tài)排渣的要求，不僅拓寬了該地區(qū)煤的使用范圍，而且以煤矸石為原料，價格低廉，實現(xiàn)了資源的合理利用。

技術研發(fā)人員：李懷柱;孔令學;白進;郭振興;尉遲唯;白宗慶;李文
受保護的技術使用者：中國科學院山西煤炭化學研究所
技術研發(fā)日：2017.05.26
技術公布日：2017.09.15