[发明专利]一种改善粉煤气化灰渣熔融特性的高效复合助熔剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善粉煤气化灰渣熔融特性的高效复合助熔剂，具体而言，涉及一种能够有效降低Shell气化煤灰熔融温度的高效复合助熔剂，该助熔剂不仅能够在较少添加量范围内有效降低煤灰熔融温度，而且在一定程度上能够改变灰渣粘温特性，使灰渣顺利排出，属于助熔剂领域。

背景技术

助熔剂是使高熔点的物质在较低温度下熔化的添加剂。一般认为，添加助熔剂，可以利用其较早出现的液相，加快离子的扩散促进反应的进行，从而使物质熔融，目前，助熔剂被广泛应用于各个行业。在钢铁领域，随着连续铸钢技术的发展与成熟，结晶器保护渣在连铸生产中的地位越来越重要，而保护渣的熔化温度又比较高，因此通常在连铸保护渣中加入碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、氟化物等助熔剂来调整保护渣的熔化温度。在煤化工领域，采用添加助熔剂的方式来改变煤灰化学成分，控制灰渣的熔融行为，以适应煤气化技术发展的需要。

煤灰熔融性是煤炭燃烧和气化的一项重要质量指标，它对于研究特定煤种是否能够满足不同排渣方式的气化、燃烧工艺以及扩大煤种适应范围都有重要的意义。我国煤炭资源丰富，其中多数煤种均为高灰熔点煤，但目前一些先进的煤气化技术如Shell炉等气流床气化炉均要求液态排渣，这就使得煤种的应用范围受到限制。因此，一般采取添加碱性氧化物为助熔剂，通过改变煤灰化学成分，达到控制煤灰熔融特性的目的。

任小苟等研究了铁氧化物助熔剂和钙氧化物助熔剂对三种高灰熔点、高灰粘度煤以及一种低灰熔点、高灰粘度煤的影响。试验结果表明：因煤而异添加适量的助熔剂，可使灰熔点降低35～140℃，气化炉的操作温度降低80～200℃。许志琴等对山西两种高灰熔煤添加不同比例的CaO和Fe₂O₃助熔剂后的熔融特性进行了实验室研究，结果表明，在弱还原气氛下，不同的助熔剂对不同煤灰熔点降低的效果不同，当在煤灰中添加适量助熔剂时，煤灰熔点可达到最低。李帆等采用助熔剂CaO，Fe₂O₃以及石灰石、硫酸渣按不同比例与煤灰混合，研究了其对重庆中梁山煤样和芙蓉矿煤样煤灰熔点的影响。结果发现，在还原性气氛下，添加适量CaO和Fe₂O₃可使煤灰熔点下降。当CaO添加量为10～30％时煤灰熔点达到最低，当CaO添加率超过40％时灰熔点反而急剧上升；石灰石、硫酸渣中起助熔作用的成分是其中的CaO，Fe₂O₃，其助熔行为与分析纯的CaO，Fe₂O₃基本一致。安徽理工大学李慧等人对添加不同比例Fe₂O₃，CaO和MgO助熔剂的某种煤灰熔融特性及其在高温下的矿物质特性进行试验研究。试验结果表明，在弱还原性气氛下，3种助熔剂均可有效降低煤灰熔融特性温度。

Elliott等人研究了澳大利亚IGCC气化炉使用的68种煤样，发现有50％煤需要添加质量分数小于煤重3％的石灰石助熔剂才能使得熔渣在1450℃的时候才能顺利排渣。铁的氧化物和工业中含铁和钙的助熔剂比石灰石的效果更好，且在一些地区更经济一点。添加过石灰石助熔剂的澳大利亚煤铁含量低，并且其熔灰的粘度不随煤灰成分的变化而变化。刘新兵研究了煤灰的熔聚现象。在干法排渣的流化态燃烧和气化等过程中，发现富含K₂O的伊利石对煤灰的熔聚也有促进作用。

西安热工院许世森等发明了一种针对淮南煤降低煤灰熔点的助熔剂，专利号CN1970698，该助熔剂含有下列组分(重量％)：CaCO₃ 82％～93％；Fe₂O₃ 2％～16％，余量为MgCO₃。该助熔剂均匀混入煤中，在气化过程中能够改变其灰渣熔融特性，降低灰熔点和灰粘度，从而使灰渣以液态形式顺利排出。

综上所述，目前煤灰助熔剂的实验研究以及专利文献，都是侧重于化学纯的碱性氧化物以及石灰石，少量涉及伊利石，对于其它矿石助熔剂的研究未见报道。在实际生产中，Shell煤气化炉采用的助熔剂为石灰石，添加量8～10％，增加了灰分含量，而且在煤质波动的情况下，仍难以克服堵渣问题，影响气化炉的稳定运行。因此，开发一种降低Shell气化煤灰熔融温度的高效复合助熔剂，降低助熔剂的添加成本，提高企业经济效益，具有重要的实际意义。

发明内容