一種無粘結劑生物質型煤及其生產方法

2023-05-31 01:49:06

專利名稱：一種無粘結劑生物質型煤及其生產方法
技術領域：
本發明屬於潔淨煤應用領域，更具體涉及一種無粘結劑生物質型煤及其生產方法。
背景技術：
我國是世界第二大能源消費國，並且一次能源以煤為主，目前我國煤的生產與消費在一次能源構成中佔75%以上，成為世界上最大的煤炭生產和消費國。根據我國能源資源的特點和社會經濟狀況可以預測，在未來相當長的時間裡，我國仍將是煤炭主要的生產和消費國。我國煤炭保有儲量、資源量和預測資源量總計達55，697億噸，其中低變成程度的煙煤和褐煤佔煤炭保有儲量的50%以上，而這些煤炭資源多分布在內蒙和新疆等邊遠地區。如何潔淨、高效、合理地利用我國有限的煤炭資源，特別是西北部的高內水低熱值的低變質程度的煤炭資源，對於我國的社會和國民經濟的可持續發展具有非常重要的戰略意義和實際意義。我國也是一個農業大國，生物質能資源也十分豐富，其潛力折合7億噸左右，而目前我國的年實際使用量為2. 2億噸左右。因此，我國的生物質資源的利用還有很大的開發潛力。生物質能在我國商業用能的結構中所佔的比例極小。植物約有一半棄於荒野未予利用、甚至焚燒，不但利用水平低，造成資源的嚴重浪費，而且汙染環境。數量可觀的工業廢棄物被丟棄。工業廢棄物和城市垃圾數量巨大，並在逐年累積增加，而露天堆放或填埋不僅佔用大量土地，而且易對土壤、地下水、大氣造成極大的二次汙染，成為嚴重的環境問題。所以充分合理開發使用生物質能，改善我國的能源利用環境和人類的生態環境，加大生物質能源的高品位利用具有重要的意義。目前生物質與煤共燃發電被廣泛研究，有很多優點，但其燃燒利用也面臨許多困難，如容積密度和能量密度低造成的運輸、儲存、設備改造成本上升、鍋爐熱效率下降和加料設備中的阻塞問題；生物質纖維素含量高，不易粉碎的問題；生物質間組成差異大，很難替代使用的問題；生物質灰分中的鹼金屬和鹼土金屬含量高，造成設備的腐蝕和結渣問題等。上述問題可能通過生物質型煤技術進行改善。針對我國現階段的能源現狀和我國未來的能源結構政策，如果將可再生能源的生物質與傳統的一次能源煤巧妙地結合在一起，不僅為生物質能大規模工業化利用提供了可能的有效途徑，開闢了能源新領域，合理高效地利用了能源，而且誕生了一種極有生命力的新型能源——生物質型煤。生物質型煤作為新型能源，是緩解能源危機、高效利用可再生能源、保護環境、解決傳統工業型煤燃燒性能不足的有效途徑。在我國將生物質用於型煤技術研究較晚，但發展較快。目前已有許多科研院校及煤炭企業進行研究，目前有關生物質型煤的專利申請有，如中國專利申請CN1016^112A，公開了一種生物質型煤，其中加入了 0.5% 的粘合物；中國專利申請CN101250454A，公開了一種生物質型煤，其中將生物質進行了鹼處理，並加入了工業氧化鎂、氧化鈣和膨潤土中的一種或幾種作為生物質型煤的粘結劑；中國專利申請CN101148622A，公開了一種夾芯生物質型煤，其中加入了氧化鎂和氯化鎂溶液作為粘合劑；中國專利申請CN101089154A， 公開了在生產生產生物質型煤過程中，添加焦油或PAM、高錳酸鉀、生石灰；中國專利申請 CN1793^7A，公開了一種生物質型煤，其中生產中加入了粘結添加劑膨潤土。如上所述，現公開的有關生物質型煤的專利申請中均不同程度的加入了本領域常用的粘結劑，例如黃土、浙青等，有些還添加了固硫劑和防水劑，雖然這在一定程度上改善了型煤的固硫和防水的性能，但生產成本大大提高；而鹼處理生產生物質型煤工藝由於添加的強鹼具有腐蝕性， 對設備的要求很高；此外，用紙漿廢液作型煤添加劑，成焦組分少，使得得到的型煤不具有防水性。本申請人於2008年10月27日申請了發明名稱為「一種粉煤無粘結劑成型方法及適用該方法的對輥成型機」的中國發明專利申請，申請號為2008102M197. 1，該方法包括第一步驟，通過篩分裝置篩選出粒度< 6mm的粉煤，並且對該粉煤進行乾燥脫水處理，控制水分含量為215% ；第二步驟，將第一步驟所得的粉煤通過餵料機強制壓縮餵入到對輥成型機的對輥輥縫間；第三步驟，對輥成型機運轉，在至少一個輥的圓表面上布有凹坑的對輥連續旋轉， 通過所述凹坑壓實成型出型煤。但是該方法存在一定的問題，即對於待成型的低階煙煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤的產地要求高，只有特定地區的低階煙煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤可以達到成型目的，如內蒙古呼倫貝爾地區出產的低階煙煤或中老年褐煤，但是對於如內蒙古大量出產的低變質程度煤炭卻較難採用上述方法單獨成型，成型後的型煤強度不夠，在運輸過程中易於破碎，且防水性不佳。針對目前生物質型煤的發展現狀，以及內蒙古出產的低變質程度煤炭較難單獨成型的特點，本發明人發明出防水性好，抗壓強度大的生物質型煤，以解決目前生物質型煤及其生產過程中存在的問題。同時，對於可以單獨成型的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤，利用本申請的生物質型煤可以有效利用當地富產的如禾本科植物的秸稈或木材加工所產生的木屑等廢棄物。

發明內容
為了解決現存的技術問題，並克服現有技術中的生物質型煤存在的缺點，本發明的一個目的在於提供一種無粘結劑生物質型煤，包括或由以下組成50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，其中，將50 90質量份的原煤和10 50質量份的生物質破碎，並篩選出預定粒度的粉煤和植物性生物質，並且將該粉煤和植物性生物質按照比例分別或一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下將所述粉煤和所述生物質加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。
優選地，原煤和生物質的篩分是通過篩分裝置進行的。其中預定溫度為生物質中的木質素的軟化或液化溫度。可以根據不同的生物質，改變該升溫和/或保溫溫度。優選地，其中所述原煤選自低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤。更優選為不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭，尤其是內蒙古出產的不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭。進一步優選地，該低變質程度煤炭選自褐煤、長煙煤。優選地，其中所述原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤。更優選為中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭，尤其是內蒙古呼倫貝爾地區出產的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭，如低階煙煤或中老年褐煤等。優選地，所述生物質是含有木質素的植物性生物質，優先選自草本和/或木本的植物性生物質，可以是小麥、玉米、高粱、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸稈，也可以是木材加工或竹加工所產生的木屑或竹屑、灌木切割後的木屑或草屑等，或者是它們的混合物。優選為60 85質量份的原煤和15 40質量份的生物質，更優選為65 80質量份的原煤和20 35質量份的生物質，進一步優選為70 80質量份的原煤和20 30 質量份的生物質，最優選為75 80質量份的原煤和20 25質量份的生物質。優選地，將破碎後的原煤和生物質篩分至彡IOmm,更優選地，篩分至6mm以下，進一步優選地，將破碎後的原煤和生物質篩分至3mm以下。優選地，所述溫度在150 400°C之間，更優選在180 280°C之間，或在160 220°C之間，進一步優選在200 250°C之間，或在170 210°C之間，更進一步優選在210 240°C之間，或在180 200°C之間，最優選在220 230°C之間，或在190 195°C之間。優選地，所述保溫時間為10 40min，成型壓力為5 20噸，更優選，所述保溫時間為大約20min，成型壓力為10 15噸。優選地，在將破碎後的所述原煤和生物質篩分之後對破碎後的所述原煤和生物質進行預乾燥，使得所述原煤和生物質的物料水分< 10%，更優選< 5%。優選地，該粉煤和生物質升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，然後將該粉煤和生物質混合併保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，在室溫下將該粉煤和生物質混合均勻，並將該粉煤和生物質的混合物一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，其中粉煤的溫度比生物質的溫度低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200°C之間，更優選在160 220°C之間，進一步優選在170 210°C之間，又優選在180 200°C之間，最優選在190 195°C之間；生物質的溫度在180 400°C之間，優選在180 280°C之間，進一步優選在200 250°C之間，更進一步優選在210 240°C之間，或最優選在220 230°C之間。然後將該粉煤和生物質混合併保溫預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，在所述原煤中或所述生物質中或所述原煤及所述生物質的混合物中進一步添加選自以下組中的其他物質高溫煤焦油、工業油脂的下腳料、生物柴油生產過程的殘渣、石油開採處理後的淤泥、黃土、除硫劑、或它們中的兩種或更多種的混合物。更優選地，添加選自工業油脂的下腳料、石油開採處理後的淤泥、黃土，基於100 質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。本發明的另一個目的在於提供一種無粘結劑生物質型煤的生產方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的所述原煤和生物質篩分；(3)然後將經篩分的所述原煤和生物質按照比例混合均勻；(4)將混合均勻後的所述原煤與生物質的混合物快速加熱到設定溫度，然後在該溫度下保溫預定時間；(5)用模具將經保溫的所述原煤與生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到所述無粘結劑生物質型煤產品。本發明的又一個目的在於提供另一種無粘結劑生物質型煤的生產方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的所述原煤和生物質篩分；(3)按照預定的重量比率將經篩分的所述原煤和所述生物質分別在隔絕空氣的條件下快速加熱至預設的溫度下，並將所述原煤和所述生物質在預設的溫度下分別保溫預定時間；(4)將分別加熱的所述原煤和所述生物質在隔絕空氣的條件下混合均勻；(5)用模具將混合均勻的所述原煤與所述生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到所述無粘結劑生物質型煤產品。優選地，原煤和生物質的篩分是通過篩分裝置進行的。其中預定溫度為生物質中的木質素的軟化或液化溫度。可以根據不同的生物質，改變該升溫和/或保溫溫度。優選地，將破碎後的原煤和生物質篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質，更優選地，將破碎後的原煤和生物質篩分至6mm以下，進一步優選地，將破碎後的低變質程度煤和生物質篩分至3mm以下。優選地，原煤選自低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤。更優選為不粘性、和 /或弱粘性低變質程度煤炭，尤其是內蒙古出產的不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭。進一步優選，該低變質程度煤炭選自褐煤、長煙煤。優選地，原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤。更優選為中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭，尤其是內蒙古呼倫貝爾地區出產的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤。優選地，其中所述原煤為低變質程度煤炭，更為優選地，為內蒙古出產的低變質程度煤炭。更為優選地，該低變質程度煤炭選自褐煤、長煙煤。優選地，所述生物質可以是含有木質素的植物性生物質，優先選自草本和/或木本的植物性生物質，可以是小麥、玉米、高粱、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸稈，也可以是木材加工或竹加工所產生的木屑或竹屑、灌木切割後的木屑或草屑等，或者是它們的混合物。優選地，所述溫度在150 400°C之間，更優選在180 280°C之間，或在160 220°C之間，進一步優選在200 250°C之間，或在170 210°C之間，更進一步優選在210 240°C之間，或在180 200°C之間，最優選在220 230°C之間，或在190 195°C之間。優選地，所述保溫時間為10 40min，成型壓力為5 20噸，更優選，所述保溫時間為大約20min，成型壓力為10 15噸。優選地，在將破碎後的所述原煤和生物質篩分之後對破碎後的所述原煤和生物質進行預乾燥，使得所述原煤和生物質的物料水分< 5%。優選地，該粉煤和生物質升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，然後將該粉煤和生物質混合併保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，在室溫下將該粉煤和生物質混合均勻，並將該粉煤和生物質的混合物一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，其中粉煤的溫度比生物質的溫度低。粉煤的溫度比生物質的溫度優選低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200°C之間，更優選在160 220°C之間，進一步優選在170 210°C之間，又優選在180 200°C之間，最優選在190 195°C之間；生物質的溫度在180 280°C之間，進一步優選在200 250°C之間，更進一步優選在210 240°C之間，或最優選在220 230°C之間。然後將該粉煤和生物質混合併保溫預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。優選地，在所述原煤中或所述生物質中或所述原煤及所述生物質的混合物中進一步添加選自以下組中的其他物質高溫煤焦油、工業油脂的下腳料、生物柴油生產過程的殘渣、石油開採處理後的淤泥、黃土、除硫劑、或它們中的兩種或更多種的混合物，其中基於 100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。。更優選地，添加選自工業油脂的下腳料、石油開採處理後的淤泥、黃土中的一種或多種，其中基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。針對較難單獨成型的內蒙古褐煤，本發明的生物質型煤主要採用低溫維溫工藝， 將含有木質素的植物性生物質在150 300°C溫度下軟化、甚至液化，並施以預定的壓力， 使軟化的生物質與相鄰的煤炭顆粒互相膠接，在外力作用下，生物質和煤炭顆粒開始重新排列位置關係，並發生機械變形和塑性流變。因此，採用此方法成型的燃料，可不用任何添加劑、粘結劑而生產出高強度的生物質複合型煤，在一定強度下降低了加工成本。而且，利用生物質中木質素軟化、液化的特點，可適當提高熱壓成型的溫度，有利於減小型煤成型時的擠壓動力。
其中，對於生物質採用較高溫度的加熱方式更有利於生物質中木質素軟化、和液化，而對於粉煤採用較低溫度的加熱方式則更有利於節約熱能，但是前提是兩者混合後應保持生物質中木質素處於軟化或液化狀態，以利於兩者的加壓成型。同時，對於可以單獨成型的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤，利用本申請的生物質型煤可以有效利用當地富產的如禾本科植物的秸稈或木材加工所產生的木屑等廢棄物。本發明所得的生物質型煤可以不添加粘結劑，省去粘結劑準備、粘結劑與粉煤均勻混捏、生物質型煤乾燥固化等工藝過程；而且本發明所得的生物質型煤強度高，防水性好，滿足長途運輸和露天存放的要求。附圖的簡要說明圖Ia為本發明的一個具體實施方式
的生物質型煤的生產流程的示意圖；圖Ib為本發明的另一個具體實施方式
的生物質型煤的生產流程的示意圖；圖2為本發明的一個具體實施方式
的對輥成型機的側面結構示意圖；圖3為本發明的一個具體實施方式
的對輥成型機的沿

圖1的A-A線截得的截面結構示意圖。
具體實施例方式以下提供了本發明的具體實施方式
。在下面的具體實施方式
中，除非另有指明，所有的份數和百分數均以質量計。在本發明中，在不矛盾或衝突的情況下，本發明的所有實施例、實施方式以及特徵
可以相互組合。在本發明的一個具體實施方式
中，提供了一種無粘結劑生物質型煤，包括50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，其中，分別將50 90質量份的原煤和10 50質量份的生物質破碎，並通過篩分裝置分別篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質，並且將該粉煤和生物質混合均勻，並一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。在本發明的一個具體實施方式
中，提供了一種無粘結劑生物質型煤，由以下組成50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，其中，將50 90質量份的原煤和10 50質量份的生物質一起破碎，並通過篩分裝置篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質，並且將該粉煤和生物質一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。在本發明的一個具體實施方式
中，提供了一種無粘結劑生物質型煤，包括50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，
其中，分別將50 90質量份的原煤和10 50質量份的生物質破碎，並通過篩分裝置各自篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質，並且將該粉煤和生物質分別升溫至預定溫度，並各自保持溫度預定時間，然後將粉煤和生物質按照上面的質量比混合均勻，隨後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。在本發明的一個具體實施方式
中，提供了一種無粘結劑生物質型煤，由以下組成50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，其中，分別將50 90質量份的原煤和10 50質量份的生物質破碎，並分別通過篩分裝置篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質，並且將該粉煤和生物質分別升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後將粉煤和生物質按照上面的質量比混合均勻，隨後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。在本發明的一個優選實施方式中，在原煤中或生物質中或原煤及生物質的混合物中進一步添加選自以下組中的其他物質高溫煤焦油、工業油脂的下腳料、生物柴油生產過程的殘渣、石油開採處理後的淤泥、黃土、膨潤土、除硫劑、或它們中的兩種或更多種的混合物，其中基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。在本發明的一個更優選實施方式中，在原煤中或生物質中或原煤及生物質的混合物中進一步添加選自工業油脂的下腳料、石油開採處理後的淤泥、或黃土中的一種或多種， 其中基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。本發明的另一個實施方式，提供了一種無粘結劑生物質型煤的生產方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的原煤和生物質篩分；(3)然後將經篩分的原煤和生物質按照比例混合均勻；(4)將混合均勻後的原煤與生物質的混合物快速加熱到設定溫度，然後在該溫度下保溫預定時間；(5)用模具將經保溫的原煤與生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。本發明的又一個實施方式，提供了一種無粘結劑生物質型煤的生產方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的原煤和生物質篩分；(3)按照預定的重量比率將經篩分的原煤和生物質分別在隔絕空氣的條件下快速加熱至預設的溫度下，並將原煤和生物質在預設的溫度下分別保溫預定時間；(4)將分別加熱的原煤和生物質在隔絕空氣的條件下混合均勻；(5)用模具將混合均勻的原煤與生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。在本發明的一個優選實施方式中，將破碎後的原煤和生物質篩選出粒度< IOmm 的粉煤和生物質，更優選地，將破碎後的原煤和生物質篩分至6mm以下，進一步優選地，將破碎後的低變質程度煤和生物質篩分至3mm以下。在本發明的一個優選實施方式中，其中原煤為低變質程度煤炭。在本發明的一個更為優選實施方式中，原煤為內蒙古出產的低變質程度煤炭。在本發明的進一步優選實施方式中，該低變質程度煤炭選自不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭，尤其選自褐煤、長煙煤。在本發明的另一個優選實施方式中，其中原煤為中等變質程度的煤炭。在本發明的另一個更為優選實施方式中，原煤為內蒙古出產的中等變質程度煤炭。在本發明的另一個優選實施方式中，其中原煤為選自中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤。在本發明的另一個更為優選實施方式中，原煤為內蒙古呼倫貝爾地區出產的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭。更優選地，中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭選自低階煙煤或中老年褐煤、或它們的混合物。在本發明中所使用的生物質是指有機物中除化石燃料外的所有來源於植物能再生的物質。主要是指由包含木質素的綠色植物派生的生物質，包括(a)草本科植物，如牧草、雜草等；(b)農業廢棄物如秸稈、果殼、果核、玉米芯等；(C)林業生物質如薪柴、落葉、樹皮、樹根及林業加工廢棄物等；(d)水生植物如蘆葦等；以及(e)能源植物如生長迅速、輪伐期短的喬木、灌木和草本植物等。在本發明的一個優選實施方式中，生物質是含有木質素的植物性生物質，優先選自草本和/或木本的植物性生物質，可以是小麥、玉米、高粱、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸稈，也可以是木材加工或竹加工所產生的木屑或竹屑、灌木切割後的木屑或草屑等， 或者是它們的混合物。在本發明的一個優選實施方式中，為60 85質量份的原煤和15 40質量份的生物質。在本發明的一個更優選實施方式中，為65 80質量份的原煤和20 35質量份的生物質。在本發明的一個進一步優選實施方式中，為70 80質量份的原煤和20 30質量份的生物質。在本發明的一個最優選實施方式中，為75 80質量份的原煤和20 25質量份的生物質。在本發明的一個優選實施方式中，將破碎後的原煤和生物質篩分至6mm以下。在本發明的一個更優選實施方式中，將破碎後的原煤和生物質篩分至3mm以下。在本發明的一個優選實施方式中，所述溫度在150 400°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在180 280°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在160 220°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在200 250°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在170 210°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在210 240°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在180 200°C之間。
在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在220 230°C之間。在本發明的一個更優選實施方式中，所述溫度在190 195°C之間。在本發明的一個優選實施方式中，所述保溫時間為10 30min，成型壓力為5 20噸。在本發明的一個更優選實施方式中，所述保溫時間為大約20min，成型壓力為 10 15噸。在本發明的一個優選實施方式中，在將破碎後的所述原煤和生物質篩分之後對破碎後的所述原煤和生物質進行預乾燥，使得所述原煤和生物質的物料水分< 10%。在本發明的一個優選實施方式中，在將破碎後的所述原煤和生物質篩分之後對破碎後的所述原煤和生物質進行預乾燥，使得所述原煤和生物質的物料水分< 5%。在本發明的一個優選實施方式中，該粉煤和生物質升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型是在隔絕空氣的條件下進行的。在本發明的一個優選實施方式中，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，然後將該粉煤和生物質混合併保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。在本發明的一個優選實施方式中，在室溫下將該粉煤和生物質混合均勻，並將該粉煤和生物質的混合物一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。在本發明的一個優選實施方式中，該粉煤和生物質是分別升溫至預定溫度，其中粉煤的溫度比生物質的溫度低，尤其粉煤的溫度比生物質的溫度低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200V之間，更優選在160 220°C之間，進一步優選在170 210°C之間，又優選在180 200°C之間，最優選在190 195°C之間；生物質的溫度在180 280°C之間，進一步優選在200 250°C之間，更進一步優選在210 240°C之間，或最優選在220 230°C 之間。然後將該粉煤和生物質混合併保溫預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進行的。在本發明的一個優選實施方式中，在所述原煤中或所述生物質中或所述原煤及所述生物質的混合物中進一步添加選自以下組中的其他物質高溫煤焦油、工業油脂的下腳料、生物柴油生產過程的殘渣、石油開採處理後的淤泥、黃土、膨潤土、除硫劑、或它們中的兩種或更多種的混合物，基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。在本發明的一個更優選實施方式中，在所述原煤中或所述生物質中或所述原煤及所述生物質的混合物中進一步添加選自工業油脂的下腳料、石油開採處理後的淤泥、黃土， 基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。針對較難單獨成型的內蒙古褐煤，本發明的生物質型煤主要採用低溫維溫工藝， 將含有木質素的生物質在150 400°C溫度下軟化、甚至液化，並施以預定的壓力，使軟化的生物質與相鄰的煤炭顆粒互相膠接，在外力作用下，生物質和煤炭顆粒開始重新排列位置關係，並發生機械變形和塑性流變。因此，採用此方法成型的燃料，可不用任何添加劑、粘結劑而生產出高強度的生物質複合型煤，在一定強度下降低了加工成本。而且，利用生物質中木質素軟化、液化的特點，可適當提高熱壓成型的溫度，有利於減小型煤成型時的擠壓動力。其中，對於生物質採用較高溫度的加熱方式更有利於生物質中木質素軟化、液化， 而對於粉煤採用較低溫度的加熱方式更有利於節約熱能，但是前提是兩者混合後應保持生物質中木質素的軟化或液化狀態，以利於兩者的加壓成型。本發明所得的生物質型煤不添加粘結劑，省去粘結劑準備、粘結劑與粉煤均勻混捏、生物質型煤乾燥固化等工藝過程；而且本發明所得的生物質型煤強度高，防水性好，滿足長途運輸和露天存放的要求。在一個具體實施方式
中，本發明的生物質型煤生產方法的步驟為將低變質程度煤和生物質破碎，篩分至3_以下；乾燥後按照所述比例混合混勻；將混勻後粉煤與生物質的混合物快速加熱到設定溫度，然後保溫預定時間；最後用加壓成型模具或成型機加壓成型，冷卻後脫模，得到生物質型煤。以下將結合附圖對本發明的生物質型煤的生產流程進行詳細說明，其中圖1為本發明的一個優選實施方式的生物質型煤的生產流程的示意圖。在一個優選實施方式中，使用以下的對輥成型機成型(如圖2和圖3所示)。一種雙傳動對輥成型機，其包括機架1，驅動裝置5，位於機架1中且相互平行、 並排設置的對輥2、3，將動力傳遞給所述對輥2、3的傳動裝置6，以及強制將粉煤壓縮餵入到對輥的輥縫間的餵料機4 ；所述的對輥成型機適用上述的粉煤和生物質無粘結劑成型方法，通過對輥的旋轉擠壓來成型生物質型煤，其中，對輥中的一個輥2或3能夠沿徑向方向相對另一輥水平往復移動，一個輥2或3的圓表面分布凹坑，另一個輥3或2的圓表面為光滑表面，並且採用兩套獨立的傳動裝置6 (其中一套傳動裝置6未示出)分別驅動所述對輥 2、3的每一個輥。其中，所述的傳動裝置6可以是減速器。另一種單傳動對輥成型機(如圖2和圖3所示)，包括機架1，驅動裝置5，位於機架1中且相互平行、並排設置的對輥2、3，將動力傳遞給所述對輥2、3的傳動裝置6，以及強制將粉煤壓縮餵入到對輥的輥縫間的餵料機4 ；所述的對輥成型機適用上述的粉煤和生物質無粘結劑成型方法，通過對輥2、3的旋轉擠壓來成型型煤，其中，對輥2、3中的一個輥2 或3能夠沿徑向方向相對另一輥3或2水平往復移動，所述對輥的每一個輥2或3的圓表面都分布凹坑，並且兩個輥的圓表面上的凹坑彼此對應，而且僅採用一個傳動裝置6同步驅動所述對輥2、3的每一個輥，使得成型機壓制的型煤為整球狀。優選地，在上述對輥成型機中，所述的傳動裝置6為單輸入雙輸出型減速器。在上述兩種對輥成型機中，還包括扭力支承裝置7，所述扭力支承裝置7與減速器固定連接，防止減速器輸出扭矩時發生整體轉動。圖2為本發明的對輥成型機的側面結構示意圖；圖3為本發明的對輥成型機的沿圖1的A-A線截得的截面結構示意圖。在圖2和圖3中的附圖標記說明如下1 機架2、3:對輥4:餵料機5:驅動裝置
6:傳動裝置7:扭力支承裝置 以下將結合實施例對本發明的生物質型煤及其生產進行具體說明，本領域技術人員應該理解其中實施例僅是為了說明的目的，不應被視為以任何方式限制由權利要求所限定的本發明的範圍。在下面的實施例中，除非另有指明，所有的份和百分數均以質量計。實施例1 生物質型煤原料中採用的植物性生物質為農作物秸稈；生物質型煤中的原煤採用內蒙古出產的褐煤。褐煤與生物質按如下質量分數配比，即褐煤80份，生物質20份。物料粒度 ^ 3mm;物料水分5%。根據T/T748-1997規定的工業型煤冷壓強度的測定方法測定得到的生物質型煤的冷壓強度(即抗壓強度)，根據MT/T749-1997規定的方法測定得到的生物質型煤的防水性(包括防水時間和/或浸水復幹強度(N/個))，根據標準GB/T213-2008測定得到的生物質型煤的發熱量。圖Ia為本發明的該實施例的生物質型煤的生產流程的示意圖，其工藝流程為 (1)將褐煤送進磨煤機，研磨成粒徑為3mm以下的煤粉，並烘乾；(2)將秸稈經過篩孔為3mm 的切割機粉碎，自然晾乾；⑶按質量百分比將80%的褐煤與20%的秸稈攪拌均勻；(4)將褐煤和秸稈物料一起快速加熱到設定溫度240°C，恆溫時間15min，加熱和保溫過程是在隔絕空氣的條件下進行的；( 在加壓成型模具中以15噸的成型壓力加壓成型，加壓成型也是在隔絕空氣的條件下進行的；(6)冷卻降溫；(7)脫模，得到生物質型煤。以本配方配製的生物質型煤，所得產品的檢測結果
抗壓強度(N)生物質型煤的燃燒值(Qgr,d/cal/g)浸水復幹強度(N/個)防水時間663607015624小時後不散注1噸=10KN。如果換算到型煤球的面壓強是1噸=IOMPa0實施例2:生物質型煤原料中採用的植物性生物質為秸稈；生物質型煤中的原煤採用長煙煤；長煙煤與生物質按如下質量分數配比，即長煙煤80份，生物質20份。物料粒度 ^ 3mm ；物料水分5%。根據T/T748-1997規定的工業型煤冷壓強度的測定方法測定得到的生物質型煤的冷壓強度(即抗壓強度)，根據MT/T749-1997規定的方法測定得到的生物質型煤的防水性(包括防水時間和/或浸水復幹強度(N/個))。根據標準GB/T213-2008測定得到的生物質型煤的發熱量。圖Ia為本發明的該實施例的生物質型煤的生產流程的示意圖，其工藝流程(1) 將內蒙古通遼出產的長煙煤送進磨煤機，研磨成粒徑為3mm以下的煤粉，並烘乾；(2)將農作物秸稈經過篩孔為3mm的切割機粉碎，自然晾乾，水分含量< 5% ； (3)按質量百分比將 80%的長煙煤與20%的秸稈攪拌均勻；(4)將煙煤與秸稈物料一起快速加熱到設定溫度300°C，恆溫時間20min，加熱和保溫過程是在隔絕空氣的條件下進行的；(5)以15噸的成型壓力在圖2和圖3中的雙傳動對輥成型機加壓成型，加壓成型也是在隔絕空氣的條件下進行的；(6)冷卻降溫；(7)脫模，得到生物質型煤。以本配方配製的型煤，所得產品檢測結果
權利要求
1.一種無粘結劑生物質型煤，包括或由以下物質組成50 90質量份的原煤，以及10 50質量份的生物質，其中，將所述50 90質量份的原煤和所述10 50質量份的生物質破碎，並篩選出預定粒度的粉煤和生物質，並且將所述粉煤和生物質按照比例分別升溫或一起升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下將所述粉煤和所述生物質加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到所述無粘結劑生物質型煤產品。
2.根據權利要求1所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述原煤選自低變質程度煤炭和 /或中等變質程度的煤；所述生物質是包含木質素的植物性生物質。
3.根據權利要求1所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤；所述生物質是包含木質素的植物性生物質。
4.根據權利要求2所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤選自不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭，所述生物質選自小麥、玉米、高粱及水稻的農作物中的一種或兩種以上的秸稈，或木材加工所產生的木屑，或它們的混合物。
5.根據權利要求4所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述原煤選自內蒙古出產的不粘性、和/或弱粘性低變質程度煤炭。
6.根據權利要求5所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述原煤選自褐煤、長煙煤。
7.根據權利要求3所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述中等粘性和/或高粘性的低變質程度煤炭和/或中等變質程度的煤選自內蒙古呼倫貝爾地區出產的中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭；所述生物質選自小麥、玉米、高粱及水稻的農作物中的一種或兩種以上的秸稈，或木材加工所產生的木屑，或它們的混合物。
8.根據權利要求7所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述中等粘性和/或高粘性低變質程度煤炭選自低階煙煤或中老年褐煤、或它們的混合物。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的無粘結劑生物質型煤，其中為60 85質量份的原煤和15 40質量份的生物質，更優選為65 80質量份的原煤和20 35質量份的生物質，進一步優選為70 80質量份的原煤和20 30質量份的生物質，最優選為75 80質量份的原煤和20 25質量份的生物質。
10.根據權利要求1 8中任一項所述的無粘結劑生物質型煤，其中將破碎後的所述原煤和所述生物質篩分至粒度< 10mm，優選篩分至6mm以下，更優選地將破碎後的所述原煤和所述生物質篩分至3mm以下。
11.根據權利要求1 8中任一項所述的無粘結劑生物質型煤，其中所述溫度在150 400°C之間，更優選在180 280°C之間，或在160 220°C之間，進一步優選在200 250°C 之間，或在170 210°C之間，更進一步優選在210 之間，或在180 200V之間，最優選在220 230°C之間，或在190 195°C之間；所述保溫時間為10 40min，成型壓力為5 20噸，更優選所述保溫時間為大約20min，成型壓力為10 15噸。
12.根據權利要求1 8中任一項所述的無粘結劑生物質型煤，進一步包括選自以下組中的其他物質高溫煤焦油、工業油脂的下腳料、生物柴油生產過程的殘渣、石油開採處理後的淤泥、黃土、除硫劑、膨潤土、或它們中的兩種或更多種的混合物，優選包括選自工業油脂的下腳料、石油開採處理後的淤泥、黃土中的一種或多種，其中基於100質量份的原煤和生物質，所述其他物質為5 25質量份。
13.—種生產根據權利要求1 12任一項所述的無粘結劑生物質型煤的方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的所述原煤和生物質篩分；(3)然後將經篩分的所述原煤和生物質按照比例混合均勻；(4)將混合均勻後的所述原煤與生物質的混合物快速加熱到設定溫度，然後在該溫度下保溫預定時間；(5)用模具將經保溫的所述原煤與生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到所述無粘結劑生物質型煤產品。
14.一種生產根據權利要求1 12任一項所述的無粘結劑生物質型煤的方法，包括(1)將原煤和生物質破碎；(2)將破碎後的所述原煤和生物質篩分；(3)按照預定的重量比率將經篩分的所述原煤和所述生物質分別在隔絕空氣的條件下快速加熱至預設的溫度下，並將所述原煤和所述生物質在預設的溫度下分別保溫預定時間；(4)將分別加熱的所述原煤和所述生物質在隔絕空氣的條件下混合均勻；(5)用模具將混合均勻的所述原煤與所述生物質的混合物在預定壓力下加壓成型；以及(6)將成型後的型煤冷卻後脫模，得到所述無粘結劑生物質型煤產品。
15.根據權利要求13或14所述的生產方法，其中在將破碎後的所述原煤和生物質篩分之後對破碎後的所述原煤和生物質進行預乾燥，使得所述原煤和生物質的物料水分 ^ 10%,優選所述原煤和生物質的物料水分< 5%。
全文摘要
本發明涉及一種無粘結劑生物質型煤及生產方法。該無粘結劑生物質型煤包括或由以下組成50～90質量份的原煤，及10～50質量份的生物質，其中將50～90質量份的原煤和10～50質量份的生物質破碎，並篩選出預定粒度的粉煤和生物質，並且將粉煤和生物質升溫至預定溫度，並保持該溫度預定時間，然後利用加壓成型模具或加壓成型機在預定壓力下加壓成型，將成型後的型煤冷卻後脫模，得到無粘結劑生物質型煤產品。本發明所得的生物質型煤不添加粘結劑，省去粘結劑準備、粘結劑與粉煤均勻混捏、生物質型煤乾燥固化等工藝過程，且本發明所得的生物質型煤強度高，防水性好，滿足長途運輸和露天存放的要求，可有效利用當地富產的生物質，節約原煤。
文檔編號C10L5/44GK102191099SQ20111008864
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月8日 優先權日2010年4月9日
發明者劉紅纓, 朱書全, 李玉潔, 楊玉立, 蘇曉輝, 邵俊傑, 陳元春 申請人:中國礦業大學(北京), 神華國際貿易有限責任公司, 神華集團有限責任公司