CN1101663A - 粉煤有机粘结成型技术 - Google Patents

Abstract

一种适用于粉煤成型的有机粘结成型技术。所 用的有机复合粘结剂含有淀粉、十水四硼酸钠、尿素 和甲醛树脂。在粉煤成型中有机复合粘结剂的添加 量为总粉煤量的3—10％。本发明具有粘结剂原料 来源广泛、价格低廉、粘结剂制作与粉煤成型工艺、设 备简便等突出优点。同碳化煤球相比，采用该技术成型的煤球汽化后原料气中CO+H₂可明显提高20％左右，经济效益显著。

Description

粉煤有机粘结成型技术属于煤化工及固体燃料领域，主要是将烟煤、无烟煤以及焦碳粉沫粘结成型后进行入炉气化生产化工用原料气或者用作民用燃烧的原料。

我国是一个农业大国，农用化肥的年需量巨大。全国生产化肥的厂家有1100家左右，这些化肥厂的生产原料除部分厂家采用原油或天然气外，绝大部分厂用煤块造气。由于在煤矿开采和煤块的加工过程中均有大量的煤粉（又称粉煤）产生，实际在工厂生产所用的煤块（又称块煤）只占总到厂煤的50-60%。这样化肥厂不便用作原料煤的粉煤约占总用量的一半左右，加之块煤与粉煤差价悬殊，从而造成很大浪费，使得化肥企业生产成本居高不下，长期亏损。七十年代初为了解决上述问题，从而开发了粉煤成型造气制造合成氨的技术。近二十年来，在粉煤成型的过程中，人们先后开发了石灰碳化煤球、纸浆煤球、粘土煤球、水泥煤球、腐植酸煤棒等多种形成的成型工艺，但普遍存在的问题是粘结剂的材料来源具有很强的地方性和局限性，且随着粘结剂本身特性的差异，还不同程度的存在着诸如煤球的热态强度低、单炉发气量低、蒸汽消耗量大、粘结剂运费高、粉煤成型工艺复杂、合成氨单耗升高等缺陷。如目前仍在部分小化肥厂应用的石灰碳化煤球，所采用的石灰就需到一定的矿区拉运，成型过程还需在专用的碳化炉中碳化，且成型的煤球的灰分含量要比原块煤增加20-25%，从而极大的降低了造气炉的单台发气量;影响了合成氨生产所需的原料气的生产能力与质量。

七十年代以来，曾经有人探索利用废淀粉以及其它有机或无机组份研制成适用于粉煤成型的复合型粘结技术，但都因成本高昂或因不适合于合成氨生产的入炉气化制合氨原料气而未能在化肥厂推广应用。如1969年澳大利亚的燃料成型粘结剂的调研报告中指出沥青和废淀粉可以作为燃料成型的粘结剂，但这些都不便宜，应不断寻求便宜的代用品（Proc.Bien.Conf.Inst.Briquet.Agglom.1971.12）。中国专利CN 1036033粉煤成型粘合剂指出可用矿渣水泥和聚乙烯醇以及淀物等有机物质制成用于制造工业型煤的粘合剂，该工业型煤可用于工业锅炉燃烧，但未见将其用于合成氨生产中的入炉气化制合成氨原料气。

本发明的目的，则是寻求一种即粘结剂原料来源广泛，价格低廉，又粉煤成型工艺简单，成型煤球（棒）灰份增加不大，煤球热态强度好，适合于合成氨生产中入炉气化要求的新型粉煤有机粘结成型技术。

本发明的粉煤有机粘结成型技术的内容与实施如下：

1.有机复合粘结剂的组份按如下百分含量（重量）考虑：

水  30-75%

淀粉  15-35%

十水四硼酸钠  5-20%

尿素  1-5%

甲醛树脂  0.1-1%

2.有机复合粘结剂的配制工艺如下：

将一定量的普通工艺用水在一容器内加热升温至70-80℃，把玉米、红薯、土豆、菱角或其它作物淀粉用室温下的水稀释后加入上述容器的热水中并搅拌升温到90-97℃，同时再分别往该容器中加入十水四硼酸钠的水溶解液和尿素的水溶解液，搅拌反应30分钟，待冷却到40℃左右时，加入甲醛树脂并搅拌均匀即成所需的有机复合粘结剂。

3.使用该有机复合粘结剂进行粉煤成型的工艺过程如下：

将无烟煤、有烟煤或焦粉的粉煤（焦）在抽风式粉碎机中粉碎到20-50目，随后加入双龙搅拌机搅拌，在搅拌的同时连续喷入占粉煤总量的3-10%的已配制好的有机复合粘结剂。粘结剂具体添加量视粉煤的含水量定，一般加入粘结剂后粉煤的含水量约占15-20%时即可开始成型。成型时将已配制好粉煤加入压力为25-45MPa的成型机中制成偏球形或煤棒。其球形的直径视化肥厂的造气炉或其它民用燃烧炉的需求来决定，一般4-6cm;煤棒的直径一般为4cm，长度5-6cm。

成型好的煤球经过干燥后使其水份降到5%以下时，即可入化肥厂的气化炉气化或进入民用炉燃烧。煤球的干燥方式一般为自然干燥、烟道气隧道窖干燥或其它热风干燥。用一般烟煤的粉沫按照上述工艺制成的煤球其理化数据如下（煤球在烘箱中150℃烘干4小时测定%）：

水份  0.4-0.7%

灰份  22-27%

挥发份  6-10%

固定碳  60-65%

堆比重 0.8-1.1g/cm³

冷态强度  4.5-6.5MPa/单球

热态强度  3.5-5.0MPa/单球

热稳定性  ＞99%

按上述方法配制、成型的煤球经在有关小化肥厂（如化工部西北化工研究院氮肥厂）工业试用，可以达到各项气化指标的要求。

本发明所采用的粉煤有机粘结成型技术同目前在小化肥厂所使用碳化煤球相比有如下优点：

比较项目  碳化煤球  有机粘结煤球

比原煤灰份增加  20-25%  3-5%

相成型工艺中  需碳化炉(约8万元)  不需碳化炉

及碳化工艺  不需碳化工艺

粘结剂加入量  20-25%  3-10%

吨粉煤成型成本  ≥15元  ≤10元

粘结剂原料来源  所需石灰主原料  所需淀粉、十水四硼

受地域限制运费  酸钠等主原料不受地

增加  域限制

造气中含CO+H₂67-72% 85-91%

可适应煤种  无烟煤  无烟煤、烟煤、焦粉

成球设备投资  130-150万人民币  30-40万人民币

由上述比较可知：同碳化煤球相比，本发明所述的有机粘结煤球具有粘结剂原料来源广泛，价格低廉，粘结剂制作与粉煤成型工艺、设备简单，制作简便，气化后原料气中CO+H₂可明显提高20%左右等突出优点。对于已在使用碳化煤球的化肥厂讲只要购进或生产粘结剂，即可改用本发明的有机粘结成型技术。当前我国北方地区小化肥厂块煤到厂价一般为230-260元;粉煤到厂价为110-140元，每吨差价120元，每吨扣除粘结剂费用10元，煤球生产费用10元。吨煤球成本仍低于块煤100元。如以一小化肥厂年用煤1.2万吨，煤沫占45%计并全部利用本发明加工成煤球计算，则年可节约人民币50万元左右。如以1.2万吨NH₄厂全部购入粉煤按本发明技术成型计算，则年可节约120万元人民币。其经济效益极为明显。对我国南方地区或远离煤矿的小化肥厂讲，由于到厂煤价更高，则采用本发明的经济效益将更为显著。同上原因，将本发明用于民用燃料的粉煤成球生产中，同样可带来更好的经济与环境效益。

实施例

一.粘结剂的配制

将60公斤的水注入带有升温和搅拌装置的反应器A中并升温到78℃，把18公斤的玉米淀粉用10公斤的饮用水在反应器B中于室温下稀释后加入反应器A中的78℃的热水中，并搅拌加温到95℃，同时再将6公斤的十水四硼酸钠放入容器C中用3公斤的水溶解，将1.7公斤的尿素放入容器D中用1公斤的水溶解，随后分别将容器C和容器D的二种溶解液分别加入反应器A中搅拌反应30分钟。待其冷却到40℃时加入0.3公斤的甲醛树脂搅拌均匀即成粉煤成型有机复合粘结剂E。

二.粉煤成型

将无烟煤的粉煤在抽风式粉碎机A中粉碎为20-50目的煤粉B;将煤粉B用皮带输送机送入双龙搅拌机C，并一边搅拌一边往C中喷入总粉煤量的7%的有机粘结剂E，并继续搅拌均匀后输送到25MPa压力的成型机D中;加工成5cm直径的偏球形煤球F。将该煤球F在利用烟道气干燥的隧道窖G中干燥使其煤球水份降到≤5%即可送入小化肥厂的气化炉H中气化应用。

三.煤球的理化指标与在工业气化炉中的应用情况

1.上述煤球在陕西省H小化肥厂的理化数据测试：

水份3.7%

灰份24.2%

挥发份9.7%

固定碳62.4%

堆比重0.838/cm³

重量32g/单球

强度（冷态）5.1MPa/单球

强度（热态）4.0MPa/单球

热稳定性99.12%

2.H厂工业炉用该煤球进行气化后的煤气成份如下：

% CO₂CO H₂N₂O₂

上吹  10.7  29.77  57.1  1.93  0.5

下吹  8.95  33.6  56.75  0.2  0.5

3.单炉（φ2260mm煤气炉）发气量：2800-3000m³/h，与该厂的块煤单炉发气量相当。

4.集尘器下灰量为上煤量的4-5%。

四.经济效益

H厂原料煤到厂价为200元/t（含粉煤35-50%），粉煤售价140元/t，扣除有机粘结剂成型费用20元/t。则用该粘结剂成型煤球入炉造气每吨粉煤可增收40元;H厂年用煤2万吨，则全年该厂可节约开支28-40万元。其经济效益极为明显。

Claims (5)

1、一种适用于粉煤成型的含有淀粉的有机粘结成型技术。本发明的特征是所用的有机复合粘结剂中含有十水四硼酸钠、尿素和甲醛树脂。

2、如权利要求1所述的有机复合粘结剂，其特征是所需的十水四硼酸钠的含量为粘结剂的5-20%;所需的尿素的含量为粘结剂的1-5%;所需的甲醛树脂的含量为粘结剂的0.1-1%。

3、如权利要求1所述的有机复合粘结剂，其特征是淀粉可以由玉米、红薯、土豆、菱角以及其它含有淀粉的作物的块茎或果实加工而成的任何一种淀粉或二种淀粉的混合物。该淀粉在有机粘结剂中的含量为15-35%。

4、如权利要求1所述的有机复合粘结剂，其特征是该有机复合粘结剂在粉煤成型过程中的添加量为总粉煤量的3-10%。

5、如权利要求1所述的有机复合粘结剂，其特征是该有机复合粘结剂可适用于无烟煤、烟煤或焦碳的任何一种粉沫的成型。