專利名稱：甲烷燒成在蜂窩煤鍋爐窯業(yè)煉鋼鐵中的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用甲烷燒成技術(shù)在蜂窩煤、鍋爐、窯業(yè)、煉鋼鐵中的應(yīng)用技術(shù)方法。
現(xiàn)有技術(shù)1、農(nóng)村沼氣池內(nèi)的主要原料是雜草、樹葉、爛菜和垃圾人屎尿等生物腐爛體在適當?shù)乃疁厮畨合拢?jīng)系列的物理化學(xué)變化而得沼氣(CH4)。沼氣可照明、煮飯燒水和發(fā)電。城郊垃圾場利用這一原理大量生產(chǎn)沼氣用于發(fā)電、燒磚、取得了環(huán)保節(jié)能的豐碩成果。
2、馬中奇等人發(fā)明的《水泥燒成多元固相生化復(fù)合催化劑工藝》申請?zhí)?8108157.6和《水泥燒成環(huán)保雙復(fù)合礦化劑工藝》申請?zhí)?8108159.2<兩專利申請日均是98.4.27和初審合格>。該環(huán)保節(jié)能專利技術(shù)就是利用廢物或尾礦中可作催劑功能的金屬氧化物或常見廢物中具有活性SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等可使水煤氣反應(yīng)()效果更佳、更具普遍性和適用性。且對熟料質(zhì)量有益有效的多元固相催化劑。而“生化復(fù)合催化劑”就是人工泡制植物醋酸水，即將瓜果類皮雜，甜類莖皮渣等含糖較多的可再生的廢物垃圾，浸泡在可再生的雜草樹葉雜酸水中或米酐水和面湯中<因淘米廢水和面湯中含有蛋白質(zhì)>，在適當?shù)淖匀粶囟葪l件下經(jīng)幾天發(fā)酵后，其植物生化醋酸水的酸堿度可達到2.5-4；酸水中含有較多的乙酸<CH3COOH>可供生產(chǎn)使用。這些醋酸水<不可食用>再和可再生的并經(jīng)加工成細粒、細片、細絲的植物廢料(木屑、雜草、樹葉、稻草、稻殼、麥草、麥皮、廢紙、各類果皮殼渣、朽木等)混合拌勻后，按1-2％的比例均勻的摻在入窯生料中成球煅燒水泥熟料，取得了如下環(huán)保節(jié)能效果
1、節(jié)能全國立窯目前平均熟料單位熱耗1100大卡，由于CH4的發(fā)熱值是CO的3-4倍，故甲烷燒成水泥熟料可降低至700±50大卡；綜合節(jié)電25％左右。
2、增產(chǎn)立窯產(chǎn)量可超規(guī)格設(shè)計能力，增產(chǎn)25％左右；因甲烷燒成的熟料呈蜂窩狀，冷卻快，易磨性好，故水泥磨機可增產(chǎn)20％左右。
3、質(zhì)量優(yōu)因“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品代入了生物金屬氧化物的催化功能，加之常見廢料中的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O的低溫催化固溶化合作用，改善了熟料晶體結(jié)構(gòu)和性能，熟料1天強度高達28-32兆帕，比常規(guī)生產(chǎn)方法的熟料1天強度高1.5-2倍；28天>62.5兆帕。攻克了長期以來我國立窯水泥早期強度落后世界先進水平的技術(shù)難題。
4、環(huán)保好因甲烷燃燒無煙、傳熱快、熱效高。甲烷是水煤氣和催化劑產(chǎn)生的H2與CO(煤)碰撞化合的產(chǎn)物，故成球自然水和原燃料中的結(jié)晶水被充分利用和轉(zhuǎn)換，因而立窯煙囪中基本無水汽。而CO2是無色無味的重氣體，故實現(xiàn)了無煙煅燒的理想發(fā)明。從而消除了立窯水泥生產(chǎn)中有史以來的吞云吐霧不見天日的不文明現(xiàn)象。
這些優(yōu)點和技術(shù)進步受到了水泥界同仁志士的歡迎和上級部門的關(guān)注。在全國技術(shù)創(chuàng)新的熱潮中，發(fā)明人馬中奇等就當然地聯(lián)想到如下生產(chǎn)和生活實踐與應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)擴大研究。
二、兩項環(huán)保節(jié)能發(fā)明專利與甲烷燒成技術(shù)的擴大應(yīng)用如下1、環(huán)保節(jié)能蜂穴煤城鄉(xiāng)居民生活中所用的蜂窩煤除山區(qū)外較為普遍，所用原料均為優(yōu)質(zhì)煤。其比例為92-93％；優(yōu)質(zhì)粘土7-8％；經(jīng)機械擠壓而成。缺點CO和SO2毒氣較濃，不注意經(jīng)常發(fā)生中毒死亡事故。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的依據(jù)馬中奇等人發(fā)明的《水泥燒成環(huán)保雙復(fù)合礦化劑工藝》的原理和技術(shù)方法，將蜂窩煤配方改進為具有無毒性催化劑功能的金屬氧化物尾礦如錳尾礦、黃金砂尾礦中含鈦和磁鐵礦；鉬、鎳、鋰、銅、釩……等尾礦摻1-2％；粉煤灰或爐碴等含有活性SiO2、Al2O3、Fe2C3、CaO、MgO、K2O、Na2O等廢料占10-15％；粘土6-7％；優(yōu)質(zhì)煤85％左右；在不影響成型和強度情況下作業(yè)。
上述配方經(jīng)某個體蜂窩煤場實驗對比，共同認可有如下好處(1)基本消除有毒氣味人們將鼻子貼近爐蕊上方時，始終聞味不到任何異常氣味。證明煤中的SO2或其它有害氣化物被活性SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O吸附固熔轉(zhuǎn)化為無毒性的、無揮發(fā)性的而化學(xué)穩(wěn)定性好的化合物(FeS2,C4A3·CaSO4,K2SO4,Na2SO4……)被固溶在煤灰碴中。精煤減少15％左右后，CO與爐門進的空氣基本上實現(xiàn)了化學(xué)平衡，消除或減少了過剩的CO飛逸。實現(xiàn)了保護環(huán)境，防止和減輕了中毒事故的危險性，為提高群眾生活質(zhì)量作出了貢獻。
(2)由于蜂窩煤中存在有催化劑因素和自然水份的作用，使水煤氣反應(yīng)得以正常進行，從而產(chǎn)生了CH4而使火焰發(fā)白<原是紅黃色>故爐溫高；而且可用火焰旺盛期延長30-40分鐘；燃燒始終期延長1小時。
(3)所用無毒金屬氧化物催化劑原料取自尾礦廢料、就地取材成本低；爐渣更是廢物。兩種廢物替代15％左右的精煤成本無凝降低。據(jù)小老板核算，企業(yè)可增加利潤50％(4)全國12億多人口75％居住農(nóng)村約3億戶。75％農(nóng)村人口仍然用蜂窩煤取暖做飯。每戶年用蜂窩煤1噸。即2.2億噸煤；節(jié)支精煤15％左右，即年節(jié)煤3300萬噸，價值50多億元。而減輕空氣污染，預(yù)防中毒事故少發(fā)生，則價值無量。
2、甲烷燒鍋爐燒鍋爐是指燒工業(yè)鍋爐，如火力發(fā)電廠、煤氣廠、化肥廠、綢絲廠、織布廠、印染廠各種烘干爐以及浴池、食堂、旅社、高級賓館……等生活服務(wù)的鍋爐。
現(xiàn)有技術(shù)將優(yōu)質(zhì)煙煤用自然水拌合后以防止細煤飛揚。人工用鐵銑或機械方法投入爐內(nèi)燃燒，以制造高溫水蒸汽為主。該方法的缺點是煤燃燒不完全，有浪費現(xiàn)象；SO2和CO毒氣以及灰塵污染空氣危害人群健康。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的利用前述馬中奇等人的兩項節(jié)能環(huán)保發(fā)明專利的技術(shù)原理和技術(shù)方法，在爐前工地用植物生化醋酸水與鍋爐前自產(chǎn)的細煤爐灰渣拌合后，讓爐灰中的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等氧化物充分與乙酸化合生成乙酸鹽。再用同一植物生化醋酸水替代原用的自然水與優(yōu)質(zhì)原煤混合。其干濕度付合常規(guī)技術(shù)要求。然后將醋酸煤灰渣與醋酸精煤按1∶3或1∶4混合拌勻后及時投入爐內(nèi)混合燃燒。由于乙酸鹽的化合、分解、醋酸水替代自然水；煤灰渣中的活性氧化物的吸附固溶化合作用，煤中硫化物和SO2被吸附固溶化合生成穩(wěn)定性好的硫酸鹽化合物被固熔；加之活性氧化物的催化作用，使水煤氣反應(yīng)更加有效，克服了以前只有CO燃燒的單一現(xiàn)象和缺憾；而出現(xiàn)并生成了CH4,H2,CH3(甲基)和CO。由于CH4的發(fā)熱值是CO的3-4倍，故出現(xiàn)了“煤少爐溫高”的可喜效果。從而實現(xiàn)了甲烷燒鍋爐的創(chuàng)新技術(shù)。由于化合作用的綜合功能，并實現(xiàn)了無硫無嗅無煙燃燒，煙囪冒煙現(xiàn)象減少了90％，達到了環(huán)保節(jié)能的目的。
本試驗是在同類型的鍋爐中進行的，并可間歇式的對比驗證不影響連續(xù)作業(yè)和生產(chǎn)，故效果好，工人歡迎，前途光明，鼓舞人心。節(jié)煤30％左右，經(jīng)濟效益十分可觀。若全國鍋爐均采用這一環(huán)保節(jié)能新技術(shù)制取生產(chǎn)、生活蒸汽，則社會經(jīng)濟效益高達幾百億元。消除SO2和CO毒氣以及灰塵對空氣污染弊病，則價值更無量。
3、甲烷燒磚窯<含燒瓷窯和耐火磚作業(yè)>
燒土磚及其產(chǎn)品是人類社會以來的重要建材產(chǎn)品。所用燃料是木柴、麥桿、稻草和煤?，F(xiàn)代社會以煤為主。煅燒設(shè)備由單個窯發(fā)展成輪窯其增產(chǎn)節(jié)能效果顯著。
依據(jù)馬中奇等人發(fā)明的《水泥燒成多元固相生化復(fù)合催化劑工藝》環(huán)保節(jié)能專利技術(shù)的原理和技術(shù)方法，將“生化復(fù)合催化劑”引入燒磚作業(yè)中，實行甲烷燒磚新技術(shù)，同樣可以達到節(jié)能環(huán)保的效果。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
在輪窯燒磚作業(yè)中，先用原本細粒煤把磚坯燒到100-200℃后，其土坯表面中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O有了一定的化學(xué)活性和催化功能并能服務(wù)于水煤氣變換作用時；且土坯能大量吸納熱能時；其少量自然水蒸汽和結(jié)晶水與土坯表面的催化劑因素與功能可發(fā)生水煤氣變換作用時；將其混合有植物生化醋酸水與經(jīng)過加工為較細<小于1公分>的植物再生燃料<木屑、稻殼、麥皮、稻草、麥草、樹葉、雜草、各類果皮殼渣等>即“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品與原用煤一起<1∶1>灑入輪窯池內(nèi)燃燒，直致燒好為止。這樣就實現(xiàn)了甲烷燒磚的新技術(shù)和環(huán)保節(jié)能的效果。節(jié)煤效果約30％。燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)原理主要是煤與空氣燃燒反應(yīng)(；)；水煤氣反應(yīng)[]；甲烷生成與燃燒反應(yīng)(;)；再生植物“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品燃料與煤混合燃燒反應(yīng)(或;;]；乙酸鹽生成、分解、燃燒反應(yīng){;(];或}。
經(jīng)濟效益評估植物生化醋酸水的生產(chǎn)周期為3-5天；在自然溫度條件下形成的酸度為PH3-4；生產(chǎn)設(shè)施是土大缸和桶，家家戶戶都可以生產(chǎn)。其原料全部為可再生的垃圾廢物。每噸醋酸水收購價為40-50元；植物再生廢燃料每噸價為50-80元；必須加工的植物燃料每噸需加工費100元。植物燃料與醋酸水的重量比為1∶1，則“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品的成本價每噸為90-120元。而每噸“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品可節(jié)約實物煤3-5噸。這種用可再生的廢物燃料轉(zhuǎn)化為綠色高級燃料(CH4)去替代節(jié)約不可再生的礦物質(zhì)燃料的環(huán)保節(jié)能新技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因而前途光明社會效益更佳。
本試驗在某磚廠驗證成功，效果好，農(nóng)民企業(yè)家很歡迎。全國年產(chǎn)粘土磚約5000億噸需耗煤約3800萬噸，節(jié)約30％即為1400萬噸，價值約22億元。
4、甲烷煤球煉鋼鐵<含有色金屬礦物冶煉>
目前煉鋼鐵的主要能源是焦煤，其價格是常用煤的2.5-3.5倍，因而節(jié)約焦煤具有重大的經(jīng)濟效益。馬中奇等人發(fā)明的二項節(jié)能環(huán)保專利技術(shù)的原理和技術(shù)方法，同樣可以引進鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的1、將焦煤與15％的粉煤灰或爐渣、爐灰均勻混合入磨機或均勻混合入2-3級破碎機系統(tǒng)，將其制成粗細粉狀<900孔篩余≤50％>；當就地取材許可時可摻1-2％的對鋼鐵質(zhì)量有好處或質(zhì)量目標一致的金屬氧化物尾礦作多元固相催化劑。
2、將上述半成品與過飽和制備的“生化復(fù)合催化劑”產(chǎn)品均勻混合后一起用機械方法擠壓成型為煤球，其球徑為1.5;2.5、3.5厘米不等的大小球，以利和礦石物料混合通風燃燒和氧化還原進行。也可將1-5公分的破碎自然焦煤顆粒球塊倒入植物生化醋酸水池中浸泡1天讓其焦煤中的堿土金屬氧化物與醋酸水充分化合生成乙酸鹽后掏起，再混入煤球堆中一起均勻使用，以簡化生產(chǎn)降低成本，而且能添加能源催化因素與燃燒成份的有機配合和發(fā)熱效果。
3、煤球成型前用植物生化醋酸水噴灑混合焦煤并搗拌均勻以保持適當?shù)臐穸群退岫纫岳旌辖姑褐械幕钚許iO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O與醋酸水中的乙酸充分化合生成乙酸鹽以便在燃燒過程中分解放出更多的CH4;H2;CH3;CO參與燃燒。而保持一定的濕度是為了便于機械成型，并使煤球有一定的強度和水煤氣變換反應(yīng)得以由表及里的進行。
4、當天需要多少就成型多少“甲烷煤球”，以防止醋酸水和乙酸鹽的分解揮發(fā)。故要將“甲烷煤球”及時投入化鐵煉鋼爐中，以利甲烷生成分解燃燒。從而實現(xiàn)甲烷煉鋼鐵的新技術(shù)目標。并達到減少煙氣和SO2的排放量，達到環(huán)保節(jié)能的效果。
本試驗是在某鑄造廠化鐵爐中實驗求真的，節(jié)能生產(chǎn)效果都好，實節(jié)焦煤25％。有待大力開發(fā)推廣應(yīng)用。
經(jīng)濟效益評估我國目前鋼鐵生產(chǎn)量居世界首位。每噸鋼鐵生產(chǎn)量需耗焦煤0.5-0.7噸；節(jié)焦煤20％就意味著全國節(jié)焦煤3000萬噸；節(jié)原煤6000萬噸，價值200多億元。而空氣少污染價值更無量。
權(quán)利要求
1.開發(fā)擴大利用馬中奇等人發(fā)明創(chuàng)造的兩項節(jié)能環(huán)保專利技術(shù)即《水泥燒成多元固相生化復(fù)合催化劑工藝》申請?zhí)?8108157.6和《水泥燒成環(huán)保雙復(fù)合礦化劑工藝》申請?zhí)?8108159.2的基本原理和技術(shù)方法生產(chǎn)制造《環(huán)保節(jié)能蜂窩煤》產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的基本原理和技術(shù)方法，在用煤燒鍋爐加熱制取生產(chǎn)與生活蒸汽時，應(yīng)用馬中奇等人兩項節(jié)能環(huán)保發(fā)明專利技術(shù)的基本原理和技術(shù)方法，采用植物生化醋酸水與鍋爐前自產(chǎn)煤灰渣過飽和混合后，再與拌合醋酸水的自然優(yōu)質(zhì)煤按一定比例加入鍋爐內(nèi)燃燒，實現(xiàn)了甲烷燒鍋爐的新技術(shù)和作業(yè)方法。包括工業(yè)生產(chǎn)鍋爐和烘干灶以及生活服務(wù)用的鍋爐設(shè)施。
3.按照權(quán)利要求1,2所述的基本原理和技術(shù)方法，在燒制土磚<含燒瓷窯和耐火磚窯>時，采用馬中奇等人發(fā)明創(chuàng)造的“生化復(fù)合催化劑”專利產(chǎn)品和技術(shù)方法與自然原煤混合一起燒制窯業(yè)產(chǎn)呂，實現(xiàn)了甲烷燒磚<含瓷器與耐火磚品>的新技術(shù)并達到了節(jié)能環(huán)保效果。
4.按照權(quán)利要求1、2、3所述的基本原理和技術(shù)方法，采用馬中奇等人發(fā)明創(chuàng)造的節(jié)能環(huán)保專利技術(shù)，用植物生化醋酸水和廢品植物細粒、細片、細絲燃料<木屑、雜草、樹葉、朽木、稻草、麥草、稻殼、麥皮、各類果皮殼渣、廢紙等>混合再與混磨或混碎的焦煤粗細粉<粉煤灰和爐渣占15％左右；金屬氧化物催化劑1-2％；精焦煤84％左右>再灑適度的植物生化醋酸水混合均勻后一起擠壓成大小不同規(guī)格的“甲烷煤球”，或經(jīng)植物生化醋酸水浸泡后的自然焦煤球塊一起投入煉鋼鐵作業(yè)的爐內(nèi)燃燒，實現(xiàn)了甲烷煉鋼鐵的技術(shù)創(chuàng)新目標，并起到了環(huán)保節(jié)能效果。冶煉有色金屬礦物時同理同料同方法。
全文摘要
開發(fā)擴大利用馬中奇等人發(fā)明的《水泥燒成多元固相生化復(fù)合催化劑工藝》申請?zhí)?8108157.6和《水泥燒成環(huán)保雙復(fù)合礦化劑工藝》申請?zhí)?8108159.2<申請日均為98.4.27,初審合格>將這兩項節(jié)能環(huán)保專利技術(shù)原理和技術(shù)方法引進制造蜂窩煤;燒鍋爐;燒磚窯<含瓷窯,耐火磚作業(yè)>;煉鋼鐵等生產(chǎn)領(lǐng)域或生活服務(wù)領(lǐng)域中,同樣可以實現(xiàn)甲烷燒成并達到節(jié)能環(huán)保的效果,其經(jīng)濟效益十分可觀,社會經(jīng)濟效益達數(shù)百億元。
文檔編號C10L9/00GK1302854SQ9911588
公開日2001年7月11日 申請日期1999年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者馬中奇, 張婉玉, 馬斌, 馬玉萍, 馬艷 申請人:馬中奇