[发明专利]一种燃煤过程中抑制碱金属释放的改性添加剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源清洁利用技术领域，具体涉及一种用于燃煤过程中高效抑制碱金属释放改性添加剂及其制备方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，其中燃煤发电是煤炭利用的主要形式。随着电站锅炉加大使用高碱金属含量的煤种，与碱金属有关的沾污结渣问题引起的一系列后果不容忽视。主要问题有：换热效率降低，增加发电成本；停车检修影响锅炉的使用寿命，并且需要投入更多的人力物力财力；碱金属蒸汽可能会进入到汽轮机中，腐蚀叶片；碱金属可能会富集在不能被除尘设备清除的微小颗粒中，释放出来对环境和人体产生威胁。因此，抑制燃煤过程中碱金属释放具有重大意义。目前的主要方法是煤与添加剂混烧。

中国专利CN104164270A将SiO₂、Al₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、KMnO₄、Fe(NO₃)₃、TiO₂、防水粘合剂以一定比例混合后，制成添加剂，用于改善准东煤燃烧及结焦特性。中国专利CN104327903A采用高岭石、硅线石、铝矾土、石英这几种粘土矿物，并以一定的比例混合均匀，制成一种燃煤添加剂，用于控制粉煤燃烧过程中碱金属化合物释放。中国专利CN101775324A公开了一种由MgCO₃、Al₂O₃、CaCO₃配比制成的生物质固体成型燃料抗结渣添加剂。中国专利CN101550374B采用Al₂O₃、Fe₂O₃和高岭土混合制得燃料添加剂，解决了生物质固体成型燃料灰熔点低及与之相关的问题。中国专利CN104087361A利用氧化钙、碳酸钙、氧化铁和凹凸棒石粘土混合制备得到燃料添加剂，促进生物质颗粒燃料的燃烧性能。中国专利CN104479790A由活性成分和辅料制成复合添加剂，活性成分为Al₂O₃、高岭土和(NH₄)₂SO₄，辅料为粘结剂和水，用于抑制生物质燃烧过程中碱金属向气相迁移。中国专利CN104371790A公开了一种抑制准东高钠煤燃烧中碱金属释放的添加剂，该添加剂是高岭土、膨润土、硅藻土、云母石、叶腊石、海泡石、石英砂以一定质量比混合制备而成。

以上的公开的技术方案均存在以下问题：

(1)添加剂都是天然矿石，吸附效率有限；

(2)添加剂均是粘土矿物或者氧化物以一定的比例混合制备得到，添加剂对固体燃料燃烧特性的影响只能通过改变组分和比例来调整，不能灵活调整。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于燃煤过程中抑制碱金属释放的改性添加剂及其制备方法。

本发明提出一种用于燃煤过程中抑制碱金属释放的改性粘土矿物添加剂，简称改性添加剂，其由天然粘土矿物经插层和剥离形成，特征在于其内部晶体单元层间距较天然粘土矿物大，吸附位点较天然粘土矿物多。

相应地，本发明提出一种用于燃煤过程中高效抑制碱金属释放的改性粘土矿物添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将天然粘土矿物与液态插层剂混合搅拌实现插层，进行固液分离，清除残留的插层剂，得到插层粘土矿物；

或者直接将粘土矿物与固态、半固态插层剂混合，经机械研磨得到插层粘土矿物；

(2)将所述插层粘土矿物剥离，得到晶体单元层间距加大的、吸附位点增多的改性添加剂。

进一步的，所述的改性添加剂的制备方法中，粘土矿物为高岭土、蒙脱石、蛭石、累托石或皂石中的一种或几种的组合。

进一步的，所述的改性添加剂的制备方法中，插层剂为甲酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亚砜、醋酸钾、H₃PO₄、HCl、肼、尿素中的一种或几种组合；以粘土矿物为基准，对于液态插层剂，其与粘土矿物的混合比例为5～50ml/g，液态插层剂质量分数为5～80％；以粘土矿物为基准，对于固态、半固态插层剂，其与粘土矿物的质量混合比例为20～150％。

进一步的，所述的改性添加剂的制备方法中，剥离方法为：先用去离子水洗、酸洗、超声水洗或超声酸洗，再进行固液分离；或者直接将插层粘土矿物于50～300℃马弗炉中加热处理30～120min。