一种磷酸改性煤矸石及其制备方法和应用、复合燃料技术

本发明专利技术提供了一种磷酸改性煤矸石及其制备方法和应用、复合燃料，属于固体废弃物利用技术领域。本发明专利技术利用煤矸石中固有的高岭土成分，又由于原煤矸石试样结构致密，化学活性较弱，煤矸石在高温煅烧过程中伴有成分挥发和结构膨胀，煅烧后煤矸石中原来的无机矿物结晶大部分转化为无定形态，使其活性大大提高。采用磷酸改性可以使其内部发生化学反应，产生更多的孔隙以增大其对碱金属的吸附能力；本发明专利技术利用煤矸石中固有的高岭土成分，及改性处理后煤矸石的物理化学活性，在生物质燃烧过程中有效的减轻了碱金属气态产物的排放，并形成了高熔点的碱金属硅铝酸盐、碱金属规律磷酸盐等高熔点化合物，从而有效的减轻了生物质燃烧产生的结渣现象。结渣现象。结渣现象。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸改性煤矸石及其制备方法和应用、复合燃料


[0001]本专利技术涉及固体废弃物利用
，尤其涉及一种磷酸改性煤矸石及其制备方法和应用、复合燃料。

技术介绍

[0002]生物质能因其可再生、资源丰富、环境友好而成为世界第四大能源，主要是利用现代化的生物质能源技术将农业废弃物、采伐剩余物、畜禽粪便、城市固体废物、生活污水和工业有机废水等原料加工成生物质颗粒燃料、生物柴油、生物燃料乙醇等终端产品。生物质燃料在后期利用过程中几乎没有二氧化硫排出，减少了其利用过程中产生的烟气所引起的酸雨及温室效应的危害，使得生物质能源拥有了更为广阔的应用前景和发展空间，因而发展生物质燃料已成为人类解决能源问题和改善环境的一个重要手段和发展方向。
[0003]但是在生物质燃烧过程中，因生物质含有较多的水分和碱性金属物质(尤其是农作物秸秆)，燃烧时易引起积灰结渣损坏燃烧床，还可能发生烧结现象。生物质中高的碱金属含量(K，Na)导致生物质的灰熔点较低，给燃烧过程带来许多问题。在燃烧利用过程中，高的碱金属含量是引起锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的重要因素，会直接造成锅炉寿命和热效率降低等；同时高的碱金属含量还易引起床料的聚团、结渣破坏床内的流化，使燃烧工况恶化。
[0004]现有技术中，如中国专利CN107365609A、CN110423638A以及CN103351094A公开了抗结渣剂，均存在成本高，方法繁琐的缺点，成本高的原因主要是抗结渣剂的制作所需原材料均取自于化工产品，制作过程又需要加入大量的化学试剂，从而提高了成本；方法繁琐的主要原因是抗结渣剂的制作需要复杂的化学工艺流程。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磷酸改性煤矸石及其制备方法和应用、复合燃料。本专利技术利用取用方便的煤矸石废弃资源，最大程度的降低了成本。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种磷酸改性煤矸石的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将煤矸石煅烧，得到煅烧产物；
[0009]将所述煅烧产物与磷酸溶液混合进行改性，得到所述磷酸改性煤矸石。
[0010]优选地，所述煅烧的温度为550～600℃，时间为2～3h，所述煅烧在保护性气氛中进行。
[0011]优选地，所述煤矸石的粒径<0.125mm。
[0012]优选地，所述磷酸溶液中磷酸与煅烧产物的用量比为24～48mmol：1g。
[0013]优选地，所述磷酸溶液的浓度为3～6mol/L。
[0014]优选地，所述改性的温度为85～90℃，时间为4～6h。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的磷酸改性煤矸石。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述的磷酸改性煤矸石在减轻生物质结渣领域中的应用。
[0017]优选地，所述的应用，包括以下步骤：
[0018]将所述磷酸改性煤矸石与生物质混合后进行燃烧。
[0019]本专利技术还提供了一种复合燃料，包括以下质量百分含量的组分：
[0020]上述技术方案所述的磷酸改性煤矸石0～20％，且所述磷酸改性煤矸石的质量百分含量不为0，生物质80～100％。
[0021]本专利技术提供了一种磷酸改性煤矸石的制备方法，包括以下步骤：将煤矸石煅烧，得到煅烧产物；将所述煅烧产物与磷酸溶液混合进行改性，得到所述磷酸改性煤矸石。
[0022]本专利技术与现有技术相比，有益效果如下：
[0023]本专利技术利用煤矸石中固有的高岭土成分，又由于原煤矸石试样结构致密，化学活性较弱，煤矸石在高温煅烧过程中伴有成分挥发和结构膨胀，煅烧后煤矸石中原来的无机矿物结晶大部分转化为无定形态，使其活性大大提高。采用磷酸改性可以使其内部发生化学反应，产生更多的孔隙以增大其对碱金属的吸附能力；本专利技术利用煤矸石中固有的高岭土成分，及改性处理后煤矸石的物理化学活性，在生物质燃烧过程中有效的减轻了碱金属气态产物的排放，并形成了高熔点的碱金属硅铝酸盐、碱金属硅铝磷酸盐等高熔点化合物，从而有效的减轻了生物质燃烧产生的结渣现象。采用煤矸石作为减轻生物质结渣的添加剂，一方面可以实现煤矸石固体废弃物的减量化处置和资源化利用；另一方面，煤矸石的加入有效的减轻生物质燃烧过程中结渣倾向，对实现生物质燃料的充分利用具有特殊意义；
[0024]本专利技术在生物质燃料中加入一定比例的磷酸改性煤矸石制成复合燃料，该复合燃料燃烧后产生的灰分中含有较多的高熔点硅铝磷酸盐，并且灰分中的固钾量有明显不同，磷酸改性煤矸石的加入明显提高了生物质灰分中的固钾率；
[0025]本专利技术以磷酸改性煤矸石与生物质秸秆为原材料制备复合燃料，制作成本低廉，制作工艺简便。
附图说明
[0026]图1为实施例1中物料SEM图像，其中(a)为小麦秸秆原样，(b)为小麦秸秆灰渣样，(c)为煤矸石原样，(d)为CG/PC
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3磷酸改性煤矸石；
[0027]图2是实施例1中不同添加剂种类作用下小麦秸秆灰的固钾量，其中1为无添加剂，2为CG，3为CG/PC
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3，4为CG/PC
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6；
[0028]图3是磷酸改性煤矸石减轻生物质燃烧结渣的机理图；
[0029]图4是实施例2中不同添加剂比例下小麦秸秆灰的固钾量，其中1为5wt％CG/PC
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6，2为10wt％CG/PC
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6，3为15wt％CG/PC
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6，4为20wt％CG/PC
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6。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种磷酸改性煤矸石磷酸改性煤矸石的制备方法，包括以下步骤：
[0031]将煤矸石煅烧，得到煅烧产物；
[0032]将所述煅烧产物与磷酸溶液混合进行改性，得到所述磷酸改性煤矸石。
[0033]本专利技术将煤矸石煅烧，得到煅烧产物。
[0034]在本专利技术中，所述煤矸石的粒径优选<0.125mm。本专利技术优选通过破碎机粉碎处理达到所述粒径范围。
[0035]在本专利技术中，所述煤矸石在使用前优选进行干燥，所述干燥的温度优选为105℃，时间优选为12h。在本专利技术中，所述干燥优选在干燥箱中进行。
[0036]在本专利技术中，所述煅烧的温度优选为550～600℃℃，时间优选为2～3h，所述煅烧优选在保护性气氛中进行，所述保护性气氛优选为氮气。在本专利技术中，所述煅烧优选在管式炉中进行。
[0037]本专利技术中，所述煤矸石在煅烧过程中伴有成分挥发和结构膨胀，煅烧后煤矸石中原来的无机矿物结晶大部分转化为无定形态，使其活性大大提高。
[0038]得到煅烧产物后，本专利技术将所述煅烧产物与磷酸溶液混合进行改性，得到所述磷酸改性煤矸石。
[0039]在本专利技术中，所述磷酸溶液中磷酸与煅烧产物的用量比优选为24～48mmol：1g。
[0040]在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸改性煤矸石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤矸石煅烧，得到煅烧产物；将所述煅烧产物与磷酸溶液混合进行改性，得到所述磷酸改性煤矸石。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为550～600℃，时间为2～3h，所述煅烧在保护性气氛中进行。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煤矸石的粒径<0.125mm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸溶液中磷酸与煅烧产物的用量比为24～48mmol：1g。5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾相如，霍心广，柳少卿，丁雅倩，张剑，云峰，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：