一种低阶煤和污泥制备型炭的方法

本发明涉及一种由低阶煤、生物质和污泥协同制备型炭的方法，属于资源化利用。

背景技术：

1、低阶煤是煤的一种，是无粘结性和煤化程度较低的煤，在我国拥有丰富的煤炭资源，低阶煤所占比例在57%左右，但是低阶煤具有高水分、高挥发分的特性，它不适合进行长途运输和储存，这就制约了低阶煤的广泛使用，而且它的应用技术如果使用不当，还会对环境产生严重的影响。因此，实现低阶煤的高效清洁利用显得尤为重要。

2、在城市化快速发展的背景下，城市生活、工业废水的排放量将不断增加，因此，在生活污水处理中，会出现大量的污泥，其处置问题亟待解决。同时它的有机物组分中富含大量蛋白质类、多糖类和腐殖质类物质，这些物质本身就具有粘结性，可以将煤加工成型煤进行回收利用。目前，我国农林废弃物资源丰富居世界首位，每年有大量的诸如秸秆、稻壳之类的生物质得不到有效的处理，收获季节常发生秸秆就地焚烧现象，严重污染了环境，同时造成资源的极大浪费。秸秆的生物质中含有天然的黏结剂——木质素，木质素含有多种活性官能团，具有良好的分散、渗透、吸收和粘结等性能，且其分子间长链结构相互交织，能使煤粘结强度得到提高。

3、型炭的制备就是针对这些废弃物和剩余物开发利用的一个重要研究方向。型炭是一种可再生的洁净能源，它不但拥有高的能量体积密度，还拥有良好的抗压能力和抗跌碎强度，可以被用作一种替代煤炭的燃料，缓解对工业锅炉、供暖、餐饮、烧烤等工业和生活能源的压力，被广泛地应用在工业和生活中。利用低阶煤、生物质和污泥协同制备型炭时，不仅要保证其在冷态能够黏结成型，而且要在炭化时起到黏结固化的作用，以此来保证型炭强度。

4、中国专利cn 103265989a公开了“生物质型煤及其加工工艺”，是由重量份为1份粉煤、0.4-1.5份改性生物秸秆粉、0-0.5份活性污泥和0.1-0.2份改性镁冶炼渣组成。其加工步骤为:粉碎及筛分、改性生物秸粉的制备、改性镁冶炼渣的制备、配料、成型。该型煤制备工序中所用的粘合剂是在低于200摄氏度的冷压成型时，冷粘结剂起作用，缺乏高温区的粘结剂的使用，会导致型煤炭化制型炭时破碎率高。

5、中国专利cn 105733633a公开了一种包括生物质和低阶煤的型煤，包括由中阶煤、高阶煤或中高阶煤中的一种或几种形成的非低阶煤型煤层，和设置于所述非低阶煤型煤层上的低阶煤型煤层，所述低阶煤型煤层包括低阶煤、生物质和助剂沥青质，以质量计，所述低阶煤的加入量为所述低阶煤型煤层质量的20-90wt%，助剂沥青质的加入量为低阶煤质量的5-40wt%。采用现有捣固焦炉对型煤进行焦化或提质。该方法用沥青质作为有机粘结剂，使用量大，价格贵，成本高，不利于推广应用。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种低阶煤和污泥制备型炭的方法，低阶煤和污泥、秸秆等生物质资源能够形成牢固黏结从而制备出高强度型炭，制得的型炭具备较高的抗压强度，较大的燃烧发热量、防水且环保的性能。

2、本发明将低阶煤、污泥和生物质复配用于型炭的制备，用于代替煤炭的使用。本发明的型炭是以低阶煤和污泥为主，辅以生物质，通过促进低阶煤、生物质本身黏性发展和激发污泥与粘结剂组分间耦合协同作用，实现物料在成型炭化过程中的黏结固化，再引入防水、固硫和固重金属的多功能特性，经低温炭化制得，其主要质量指标如下：抗压强度≥650n/个、发热量≥17.5mj/kg、固硫率≥60%、浸水强度≥270 n/个。

3、本发明提供的一种低阶煤和污泥制备型炭的方法，包括以下步骤：

4、第一步：将低阶煤放入粉碎机粉碎，破碎粒度为＜1mm的占80wt%以上；取秸秆，将秸秆破碎成3mm以下的颗粒；将破碎后的低阶煤、秸秆与甲酸溶液混合，其中低阶煤与甲酸溶液的重量比为3:4~6，在50-90℃处理1-3h，反应结束后进行固液分离，对滤渣进行清洗和干燥，得到预处理的低阶煤和秸秆；

5、第二步：将污泥烘干脱水，得到烘干污泥，使污泥含水率≤30%；

6、第三步：将处理后的低阶煤、秸秆和污泥按照以下重量百分比的原料制备型炭：预处理的低阶煤粉末30-45wt%、污泥30-50wt%、预处理的秸秆粉末15-30wt%，将其混合均匀，加入占上述三种原料7-15wt%的粘结剂和占上述三种原料2-7wt%的固化剂，让各种物料通过搅拌相互混合均匀，充分接触，放入压力机上，在15mpa-25mpa压力下，成型制得型煤；将型煤置于炭化炉中500-650℃进行低温炭化，最后得到型炭；

7、其中，所述的甲酸溶液质量浓度为85-99%；

8、所述的粘结剂是由30-40wt%柠檬酸、30-50wt%粘土和15-30wt%丙纶防水粘结剂混合制得；

9、所述的固化剂，按照重量百分比计，由熟石灰10-25wt%、赤泥40-55wt%、粉煤灰35-50wt%组成。

10、优选的，所述低阶煤为次烟煤、褐煤和长焰煤中的一种、两种或三种的以任意比例混合的物质。

11、优选的，所述秸秆为农、林植物秸秆。

12、优选的，所述污泥为工业废水污泥或生活污水污泥。

13、优选的，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的一种或几种的混合物。

14、本发明的有益效果：

15、（1）本发明利用煤泥、污泥与生物质的燃烧特性与生物质的清洁性，不仅解决了煤泥、污泥和生物质随意堆弃对环境的污染问题，而且生成的型炭具有尺寸稳定性，方便进行运输、储存，可以促进炭粉充分燃烧，提高原料利用率，减少污染气体排放，降低了焦炭生产成本。

16、（2）低阶煤和生物质秸秆经甲酸预处理，甲酸通过还原反应供氢，使得低阶煤和生物质中木质素在热态时的黏性增强，可以起到黏结自身和其他物料的热态粘结剂作用；添加剂中的柠檬酸通过氢键的形成与原料中的污泥中的糖分完成黏结；可见，本发明通过促进物料本身黏性发展和激发物料与粘结剂组分间耦合协同作用，实现物料在成型炭化过程中的黏结固化，不仅大大提高了型炭强度，而且降低了外加有机或无机粘结剂的使用量；同时粘结剂中的丙纶提高了型炭的防水效果。

17、（3）固化剂中赤泥和粉煤灰富含硅铝，在型炭燃烧时可将其中的金属离子进行吸引并形成络合物；赤泥和熟石灰作为固硫剂，因此固化剂具有固硫固重金属的作用。

技术特征：

1.一种低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：破碎后的低阶煤与甲酸溶液的重量比为3∶4~6。

3.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：甲酸溶液质量浓度为85-99%。

4.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述的粘结剂是由30-40wt%柠檬酸、30-50wt%粘土和15-30wt%丙纶防水粘结剂混合制得。

5.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述的固化剂，按照重量百分比计，由熟石灰10-25wt%、赤泥40-55wt%、粉煤灰35-50wt%组成。

6.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述低阶煤为次烟煤、褐煤和长焰煤中的一种、两种或三种的以任意比例混合的物质。

8.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述秸秆为农、林植物秸秆。

9.根据权利要求1所述的低阶煤和污泥制备型炭的方法，其特征在于：所述污泥为工业废水污泥或生活污水污泥。

技术总结本发明公开了一种低阶煤和污泥制备型炭的方法，以低阶煤和污泥为主，辅以生物质，通过促进低阶煤、生物质本身黏性发展和激发污泥与粘结剂组分间耦合协同作用，实现物料在成型炭化过程中的黏结固化，再引入防水、固硫和固重金属的多功能特性，经低温炭化制得，其主要质量指标如下：抗压强度≥650 N/个、发热量≥17.5MJ/kg、固硫率≥60%、浸水强度≥270 N/个。本发明将煤泥、污泥和生物质混合制成燃烧活性好、污染物排放较低的型炭，提高了秸秆、农林废弃物等生物质能源的利用度，解决了污泥对环境造成的污染以及处理污泥困难的问题。技术研发人员：赵钰琼,郜梓如,张志龙,马小龙,薛晓军,任强,张国杰,张永发受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23