[发明专利]一种利用壳牌煤气化飞灰制备多孔材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用壳牌煤气化(Shell煤气化)飞灰制备多孔材料的方法。

背景技术

壳牌煤气化(Shell煤气化)技术是当前世界上较为先进的煤炭洁净高效利用技术。壳牌煤气化工艺是将干煤粉在1400～1600℃下气化，碳的转化率高、氧耗低、单炉生产能力大并且采用水冷壁结构，热效率高。但是，在此过程中会产生大量的飞灰(煤气化过程中排出的微小灰粒)，其粒径一般在0～5μm之间，不同的煤种产生的飞灰成分有所差别。飞灰中元素分布以元素Si、Al、Ca的含量最高，其它元素Ti、Fe、Mg、K、S、Na、P含量较低。主要元素Si、Al、Ca在飞灰中分别以SiO2、Al2O3、CaO的形式存在。另外，由于壳牌煤气化过程中飞灰是在1400～1600℃下形成的，其烧结程度较高，和普通燃煤电厂(1000℃左右)产生的飞灰在理化性质上有区别，这直接导致壳牌煤气化飞灰难以进行资源化利用。

从壳牌煤气化技术发展来看，截止2009年初全球已建成或在建的壳牌煤气化装置达到26套，其中19套在中国；但壳牌煤气化飞灰的处理一直是亟待解决的问题，按照5％的最低出灰率计算，一套投煤量2000吨/天的壳牌煤气化装置每天产生的飞灰达到100吨，因此对壳牌煤气化飞灰进行资源化利用不仅具有显著的社会效益，同时可以获得可观的经济效益。

目前国内外飞灰的研究主要集中在利用燃煤发电厂产生的飞灰，这方面工艺技术已经非常成熟且已大规模工业化，主要是采用酸溶或碱溶工艺回收燃煤电厂飞灰中的Al等金属元素，在我国的山西和内蒙古等高产煤地区均建有工业化装置。另外，一些学者将燃煤飞灰挤压成砖型，然后将其破碎成颗粒，筛分出不同粒径的颗粒，再将其进行热活化和化学活化，然后将其作为载体采用浸渍法来负载金属氧化物用于催化脱硝取得了较好的效果。如前所述，由于壳牌煤气化飞灰经过高温烧结，烧结程度较高，微观形态类似于玻璃体，其表面活性很低，结构中没有发达的孔道结构，基本属于惰性物质，因此，将壳牌煤气化飞灰直接活化用于催化剂载体在技术路线上是很难获得成功的。目前，壳牌煤气化飞灰的处理方式主要是掩埋或用于制造建材，如水泥；填埋不仅使飞灰中的资源没有得到合理利用而且会对环境造成了很大程度的危害，造成土壤的盐碱化；而飞灰中的含碳量直接影响了建材的质量，因此也很难获得高附加值的产品。

壳牌煤气化产生的飞灰比表面积和孔体积都比较小，但是注意到壳牌煤气化飞灰的组成中Si、Al比例较高，大致和堇青石材料相同；且飞灰中主要成分是莫来石，也是生产多孔材料的重要原料之一。有鉴于此，本发明提出在壳牌煤气化飞灰中掺入各种添加剂(粘结剂、润滑剂、增塑剂等)，通过混练、陈腐后挤出成型，经过干燥，在高温炉中采用程控升温焙烧，最后获得基于壳牌煤气化飞灰的多孔材料。多孔材料具有广泛的应用领域，目前的市场需求仍处于上升态势，利用壳牌煤气化飞灰制造多孔材料一方面可以变废为宝，另一方面可以节约多孔材料制造中对传统原料(堇青石、莫来石、钛酸铝等)的依赖，降低生产成本，同时具备社会效益和经济效益。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用壳牌煤气化(Shell煤气化)飞灰制备多孔材料的方法。采用壳牌煤气化飞灰作为原料可变废为宝，同时降低了多孔材料的生产成本，生产获得的壳牌煤气化飞灰多孔材料具有良好的热膨胀性能、抗热震性能和机械强度，实现了壳牌煤气化飞灰的资源化利用。

技术方案：本发明提供的利用壳牌煤气化飞灰制备多孔材料的方法中，以壳牌煤气化飞灰作为主要原材料，采用高温晶化、磁选工艺进行预处理，适当添加拟薄水铝石、高岭土或粘土、滑石粉进行配方调配，加入塑化液调节泥料的可塑性，最后经过成型、干燥、烧成等工艺获得热膨胀性能、抗热震性能、机械强度均良好的多孔材料。

该方法采用以下步骤来制备：

1)将壳牌煤气化飞灰在1200～1500℃焙烧12～36hr，以50～100℃/hr缓慢降低温度，直到温度达到900～1100℃，维持1～4hr后，缓慢降温到室温；

2)将步骤1)中获得的壳牌煤气化飞灰置于永磁筒式磁选机中磁选1～2hr，脱除其中的磁铁矿；

3)称取步骤2)中精选的壳牌煤气化飞灰，加入拟薄水铝石、高岭土或粘土、滑石粉，充分搅拌1～3hr，获得生料；

4)称取粘结剂、润滑剂、增塑剂和成孔剂，加入水，充分搅拌均匀，获得塑化液；

5)按生料质量计算，在生料中加入50％～100％的塑化液，充分混合，搅拌1～4hr，置于球磨机中球磨1～4hr，然后静置12～36hr，备用；