一种高性能型煤的制备方法及由该型煤制取水煤气技术

摘要

本发明公开一种高性能型煤的制备方法及由该型煤制取水煤气技术，采用富含纳米稀土的腐植酸钠复合粘结剂制备型煤，是对较为廉价的沫煤，通过特殊的工艺制作为型煤。本发明还提供所述该原料气的制备方法和应用。此种型煤制作水煤气技术成本低，气体质量优，适应性广，广泛应用于合成氨、甲醇、联醇生产等企业，可以完全替代优质粒煤，对企业产生很高的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明属于水煤气制备技术领域，具体涉及一种高性能型煤的制备方法及由该型煤制取水煤气技术。

背景技术

我国是小氮肥生产大国，据有关部门统计，中、小氮肥，甲醇生产企业约有800多个，其中60％以上是传统的固定床造气，均以无烟块煤作为造气原料煤，每年需要块煤约3000万t。由于采煤机械化程度的提高及煤田地质构造的影响，无烟块煤的产量很低。因此，无烟块煤的供需矛盾日趋紧张，难以保证企业造气原料煤的正常供应，而大量的无烟粉煤却因利用率低，长期积压，造成了资源的浪费及环境的污染；同时，化肥厂用块煤，由于在运输过程中的破损，也积压了一些粉煤。在化肥厂的合成氨生产中，原料费用占生产总成本的2／3以上，所以在这种情况下，研发出高效、清洁的型煤制作替代块煤制取水煤气技术，不仅可以缓解块煤供需矛盾，充分利用煤炭资源，同时还可降低生产原料成本，提高企业经济效益。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种高性能型煤的制备方法及由该型煤制取水煤气技术。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的高性能型煤的制备方法，包括下述步骤：

（1）以异辛烷为溶剂，将纳米稀土调配成质量百分比浓度为8~12%的纳米稀土溶液；

（2）在计量桶内加入质量百分比浓度为5~15%的氢氧化钠溶液，往计量桶内加氢氧化钠溶液的同时，通过计量泵加入调制好的纳米稀土溶液，纳米稀土溶液占混合液总质量的1.0%；

（3）将粒度≤1.2mm的风化煤粉末放入配料槽，通过计量泵加入混合纳米稀土溶液后的氢氧化钠溶液，控制PH到10-11，液固比9:1，搅拌混匀后送到抽提罐，夹套蒸汽加热，使罐内温度升到85～90℃，搅拌反应0.5h，放出晾干即得到富含稀土的腐植酸钠；

（4）将富含稀土的腐植酸钠溶于水中，富含稀土的腐植酸钠的质量百分比浓度为5%~15%，配液温度90~95℃，恒温时间1~2小时，向上述溶液中添加蒙脱石粉和高岭土，富含稀土的腐植酸钠、蒙脱石粉和高岭土的质量比为4:3:2，混合搅拌得到复合粘结剂；

（5）将制备好的复合粘合剂与粒度小于3mm的原料煤进行混合，复合粘结与原料煤的质量比为1:4~8，搅拌，沤制24-28小时后，经过煤棒机挤压、110℃～150℃下烘干炉烘干得到型煤煤棒。

所述的纳米稀土包括钇、铈、镧化合物或盐，钇、铈、镧化合物或盐的总质量占纳米稀土总质量的70％，单种所占比例大于20％，其余组分为镝、镥、铒、铕的化合物或盐中任选1~3种。

所述的纳米稀土优选为碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的混合物，所述碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的质量比为10:12:8:20:25:25。

采用本发明的型煤制备水煤气技术，具体工艺为：型煤用皮带输送到造气炉料仓，经自动加煤机加入造气炉内，向炉内通空气，提高炉温，然后通入水蒸气与炙热的碳反应，制得合格的水煤气，造气炉上部温度控制在260～300℃；下行温度控制在270～310℃；水蒸汽温度190～210℃；单炉入炉风压≤27KPa；入炉蒸汽压为0.05～0.055MPa。

温度280℃的水煤气进入废热锅炉，进一步降低水煤气温度，同时副产蒸汽，之后水煤气进洗气塔进一步洗涤降温，出洗气塔水煤气温度35℃左右，进气柜缓冲储存。

本发明中，粘合剂采用天然含腐植酸的风化煤经化学提炼而成，在制作的过程中加入多种纳米微粒稀土，形成多功能的高分子化合物，含有羟基，醌基，羧基等较多的活性基团，具有很大的内表面积，有较强的吸附，交换，络合，螯合能力，其作用主要是增强型煤的强度。

纳米微粒具有很强的化学活性，这是由于其表面积大，表面能高，纳米微粒表面含有许多官能团，表面原子数增多及表面原子配位不饱和，形成大量的悬挂键和不饱和键，这种悬挂键和不饱和键使得纳米微粒具有高的表面活性（表面能），这是有利于化学反应的。燃气的燃烧是属于一种氧化——还原反应，所以纳米稀土微粒能促进燃烧，有利于造气在制造水煤气所需要的高温，温度越高，水煤气中有效成分就会越高。加入这种纳米稀土添加剂，更能促进燃料的完全燃烧。综上所述，本发明在原料制作中加入纳米稀土催化助燃，热效率就会大大提高。

此外采用腐植酸钠和蒙脱石和高岭土的混合粘结剂，蒙脱石和高岭土可显著改善型煤的高温性能，而且高岭土可改善型煤的灰熔融性。蒙脱石和高岭土按矿物成分都属于粘土，粘土是结晶体，属于层状硅酸盐，主要组成是颗粒极为细小的粘土矿物，被水润湿后有良好的可塑性和粘结性，烘干后硬结，有助于提高型煤的常温强度；在升温过程中，粘土会出现脱水、体积膨胀和收缩等变化，当粘土中吸附水膜失去后粘土的可塑性消失，但是由于质点紧密接触时的相互附着作用使得型煤制品在高温仍然有很好的强度；粘土发生矿物分解的温度都很高，这也使得以粘土作为粘结剂的型煤制品具有很好的热稳定性，这是腐植酸钠有机型煤粘结剂的先天性缺陷。型煤除了需满足机械强度和热稳定性等基本要求外，还需要有较高的灰熔融性和不易结渣性等性能，这对炉况的正常运作、炉内通风及排渣等操作都大有好处，尤其是在气化型煤上，高岭土的加入会改善型煤的灰熔融性。

本发明的有益效果在于：

（1）满足工业对块状燃料的需要；

（2）合理利用劣质燃料；

（3）把低效原煤转化为高效能源，节煤环保；

（4）把非清洁燃烧的原煤转化为清洁燃料；

（5）投资少，成本低，切实可行，将产生巨大的经济效益和良好的社会效益。

附图说明

图1是本发明中型煤制备的工艺流程图。

图2是本发明中水煤气制备的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

（一）原料煤的选择：原料沫煤做为型煤制造的最主要原料煤，它的好坏直接关系到型煤的质量，进而影响到造气的制气量、气体成分，直接影响到后续生产的产量和消耗，所以，原料沫煤性质的选择是非常至关重要的。

根据造气煤的物理和化学性质，无烟煤是制造气型煤的极好原料。山西省晋城煤田的煤属于低灰、低硫、高发热量的煤种，是制造型煤的最佳原料煤，用它制出的型煤硫低、固定碳高、冷强度和热强度均高，所以造气炉制气量大，气质优良，很适合作为制型煤的原料。因此，本发明中选用山西省晋城煤田的煤作为原料煤。

性能指标及检测方法：

（1）常温强度：将型煤试样烘干后从干燥箱中取出，冷却至室温，用液压强度检仪测其抗压强度，以此作为型煤常温强度。

（2）高温强度：先将型煤试样放入装有沙子的带盖铁盒中，用沙子覆盖型煤试样，然后将带盖铁盒放入850℃的马弗炉中保温0.5h后取出，立即在高温下测量其抗压强度，以此作为型煤高温强度。

（3）热稳定性。先将型煤试样放入装有沙子的带盖铁盒中，用沙子覆盖型煤试样，然后将带盖铁盒放入850℃的马弗炉中保温30min后取出，冷却至室温后，放入震筛机震动2min后，过13mm筛，取尺寸大于13mm的型煤占总量的质量百分作为热稳定性指标。

实施例1

1、型煤的制备方法

（1）以异辛烷为溶剂，将纳米稀土调配成质量百分比浓度为8%的纳米稀土溶液；所述的纳米稀土优选为碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的混合物，所述碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的质量比为10:12:8:20:25:25。

（2）在计量桶内加入质量百分比浓度为5%的氢氧化钠溶液，往计量桶内加氢氧化钠溶液的同时，通过计量泵加入调制好的纳米稀土溶液，纳米稀土溶液占混合液总质量的1.0%。

（3）将粒度≤1.2mm的风化煤粉末放入配料槽，通过计量泵加入混合纳米稀土溶液后的氢氧化钠溶液，控制PH到10-11，液固比9:1，搅拌混匀后送到抽提罐，夹套蒸汽加热，使罐内温度升到85℃，搅拌反应0.5h，放出晾干即得到富含稀土的腐植酸钠。

（4）将富含稀土的腐植酸钠溶于水中，富含稀土的腐植酸钠的质量百分比浓度为5%，配液温度90~95℃，恒温时间1~2小时，向上述溶液中添加蒙脱石粉和高岭土，富含稀土的腐植酸钠、蒙脱石粉和高岭土的质量比为4:3:2，混合搅拌得到复合粘结剂。

（5）将制备好的复合粘合剂与粒度小于3mm的原料煤进行混合，复合粘结与原料煤的质量比为1:4，搅拌，沤制28小时后，经过煤棒机挤压、110℃～115℃下烘干炉烘干得到型煤煤棒。

煤棒常温强度为1.2MPa；高温强度为1.0MPa，热稳定性为88%。

2、制备水煤气技术

型煤用皮带输送到造气炉料仓，经自动加煤机加入造气炉内，向炉内通空气，提高炉温，然后通入水蒸气与炙热的碳反应，制得合格的水煤气，造气炉上部温度控制在260～270℃；下行温度控制在270～280℃；水蒸汽温度190～200℃；单炉入炉风压≤27KPa；入炉蒸汽压为0.05～0.055MPa。

温度280℃的水煤气进入废热锅炉，进一步降低水煤气温度，同时副产蒸汽，之后水煤气进洗气塔进一步洗涤降温，出洗气塔水煤气温度35℃左右，进气柜缓冲储存。

实施例2

1、型煤的制备方法

（1）以异辛烷为溶剂，将纳米稀土调配成质量百分比浓度为12%的纳米稀土溶液；所述的纳米稀土优选为碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的混合物，所述碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的质量比为10:12:8:20:25:25。

（2）在计量桶内加入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液，往计量桶内加氢氧化钠溶液的同时，通过计量泵加入调制好的纳米稀土溶液，纳米稀土溶液占混合液总质量的1.0%；

（3）将粒度≤1.2mm的风化煤粉末放入配料槽，通过计量泵加入混合纳米稀土溶液后的氢氧化钠溶液，控制PH到10-11，液固比9:1，搅拌混匀后送到抽提罐，夹套蒸汽加热，使罐内温度升到90℃，搅拌反应0.5h，放出晾干即得到富含稀土的腐植酸钠；

（4）将富含稀土的腐植酸钠溶于水中，富含稀土的腐植酸钠的质量百分比浓度为15%，配液温度90~95℃，恒温时间1~2小时，向上述溶液中添加蒙脱石粉和高岭土，富含稀土的腐植酸钠、蒙脱石粉和高岭土的质量比为4:3:2，混合搅拌得到复合粘结剂。

（5）将制备好的复合粘合剂与粒度小于3mm的原料煤进行混合，复合粘结与原料煤的质量比为1:5，搅拌，沤制28小时后，经过煤棒机挤压、140℃～150℃下烘干炉烘干得到型煤煤棒。

2、制备水煤气技术

型煤用皮带输送到造气炉料仓，经自动加煤机加入造气炉内，向炉内通空气，提高炉温，然后通入水蒸气与炙热的碳反应，制得合格的水煤气，造气炉上部温度控制在290～300℃；下行温度控制在300～310℃；水蒸汽温度200～210℃；单炉入炉风压≤27KPa；入炉蒸汽压为0.05～0.055MPa。

温度280℃的水煤气进入废热锅炉，进一步降低水煤气温度，同时副产蒸汽，之后水煤气进洗气塔进一步洗涤降温，出洗气塔水煤气温度35℃左右，进气柜缓冲储存。

实施例3

1、型煤的制备方法

（1）以异辛烷为溶剂，将纳米稀土调配成质量百分比浓度为10的纳米稀土溶液；所述的纳米稀土为碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的混合物，所述碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的质量比为12:10:8:25:25:20。

（2）在计量桶内加入质量百分比浓度为15%的氢氧化钠溶液，往计量桶内加氢氧化钠溶液的同时，通过计量泵加入调制好的纳米稀土溶液，纳米稀土溶液占混合液总质量的1.0%；

（3）将粒度≤1.2mm的风化煤粉末放入配料槽，通过计量泵加入混合纳米稀土溶液后的氢氧化钠溶液，控制PH到10-11，液固比9:1，搅拌混匀后送到抽提罐，夹套蒸汽加热，使罐内温度升到87℃，搅拌反应0.5h，放出晾干即得到富含稀土的腐植酸钠；

（4）将富含稀土的腐植酸钠溶于水中，富含稀土的腐植酸钠的质量百分比浓度为10%，配液温度90~95℃，恒温时间1~2小时，向上述溶液中添加蒙脱石粉和高岭土，富含稀土的腐植酸钠、蒙脱石粉和高岭土的质量比为4:3:2，混合搅拌得到复合粘结剂。

（5）将制备好的复合粘合剂与粒度小于3mm的原料煤进行混合，复合粘结与原料煤的质量比为1:8，搅拌，沤制26小时后，经过煤棒机挤压、120℃～125℃下烘干炉烘干得到型煤煤棒。

2、制备水煤气技术

型煤用皮带输送到造气炉料仓，经自动加煤机加入造气炉内，向炉内通空气，提高炉温，然后通入水蒸气与炙热的碳反应，制得合格的水煤气，造气炉上部温度控制在270～280℃；下行温度控制在290～300℃；水蒸汽温度200～205℃；单炉入炉风压≤27KPa；入炉蒸汽压为0.05～0.055MPa。

温度280℃的水煤气进入废热锅炉，进一步降低水煤气温度，同时副产蒸汽，之后水煤气进洗气塔进一步洗涤降温，出洗气塔水煤气温度35℃左右，进气柜缓冲储存。

实施例4

1、型煤的制备方法

（1）以异辛烷为溶剂，将纳米稀土调配成质量百分比浓度为9%的纳米稀土溶液；所述的纳米稀土为碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的混合物，所述碳酸镝、硝酸镥、氯化铒、氟化钇、氧化铈、碳酸镧的质量比为12:10:8:25:22:23。

（2）在计量桶内加入质量百分比浓度为12%的氢氧化钠溶液，往计量桶内加氢氧化钠溶液的同时，通过计量泵加入调制好的纳米稀土溶液，纳米稀土溶液占混合液总质量的1.0%；

（3）将粒度≤1.2mm的风化煤粉末放入配料槽，通过计量泵加入混合纳米稀土溶液后的氢氧化钠溶液，控制PH到10-11，液固比9:1，搅拌混匀后送到抽提罐，夹套蒸汽加热，使罐内温度升到88℃，搅拌反应0.5h，放出晾干即得到富含稀土的腐植酸钠；

（4）将富含稀土的腐植酸钠溶于水中，富含稀土的腐植酸钠的质量百分比浓度为6%，配液温度90~95℃，恒温时间1~2小时，向上述溶液中添加蒙脱石粉和高岭土，富含稀土的腐植酸钠、蒙脱石粉和高岭土的质量比为4:3:2，混合搅拌得到复合粘结剂。

（5）将制备好的复合粘合剂与粒度小于3mm的原料煤进行混合，复合粘结与原料煤的质量比为1:6，搅拌，沤制27小时后，经过煤棒机挤压、125℃～130℃下烘干炉烘干得到型煤煤棒。

2、制备水煤气技术

型煤用皮带输送到造气炉料仓，经自动加煤机加入造气炉内，向炉内通空气，提高炉温，然后通入水蒸气与炙热的碳反应，制得合格的水煤气，造气炉上部温度控制在290～295℃；下行温度控制在300～305℃；水蒸汽温度190～210℃；单炉入炉风压≤27KPa；入炉蒸汽压为0.05～0.055MPa。

温度280℃的水煤气进入废热锅炉，进一步降低水煤气温度，同时副产蒸汽，之后水煤气进洗气塔进一步洗涤降温，出洗气塔水煤气温度35℃左右，进气柜缓冲储存。