本發(fā)明屬于高鈉煤潔凈領(lǐng)域，尤其涉及高鈉煤脫鈉提質(zhì)，是一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法。
背景技術(shù)：
我國的高鈉煤主要分布在新疆準(zhǔn)東，廣西也有少部分的儲量。新疆準(zhǔn)東煤田西起昌吉州阜市東界，東到木壘縣老君廟，北到昌吉州北部邊界卡拉麥里山南麓，南接古爾半通古特沙漠北緣，東西長約220公里，南北寬約60公里。準(zhǔn)東煤田資源儲量達(dá)3900億噸，占全疆儲量2.19萬億噸的17.8%，全國煤炭儲量（5.56萬億噸）的7%，目前累計探明煤炭資源儲量為2136億噸，煤田成煤面積1.4萬平方公里，單層煤層最厚可達(dá)80米，可采煤層平均厚度43米，煤層豐厚的地方每平方公里煤炭儲量達(dá)5000萬噸，是近年來在新疆探明的最大的整裝煤田，新疆準(zhǔn)東煤田主要分為五彩灣礦區(qū)、大井礦區(qū)、將軍廟礦區(qū)、西黑山礦區(qū)。準(zhǔn)東煤田是“新電東送”、“西氣東輸”、“新煤東運(yùn)”最主要的能源保障基地，也是新疆煤電煤化工最主要的煤炭供應(yīng)來源。準(zhǔn)東煤的開發(fā)應(yīng)用是新疆乃至我國煤炭可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
楊忠燦等研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)東煤中的鈉的含量(Na2O計)高達(dá)5%以上，明顯超過目前典型的煙煤甚至是褐煤的含鈉水平。煤中鈉是煤在鍋爐的燃燒過程中造成換熱面沾污的一個主要因素，因此高鈉煤的燃燒利用受到極大地限制。張守玉對燃用準(zhǔn)東煤的鍋爐結(jié)渣和腐蝕問題進(jìn)行研究 ，結(jié)果表明高鈉量是導(dǎo)致鍋爐表面積灰的主要因素。目前我國解決高鈉煤結(jié)渣問題，主要利用摻燒沾污性弱的煤種的方法，但是這種方法只能減緩沾污，無法從根本上解決這個問題。
目前對新疆準(zhǔn)東高鈉煤脫鈉方法一般使用高溫高壓脫鈉法、水洗法，傳統(tǒng)的脫鈉方法對高鈉煤的脫除效果一般，例如劉大海等高鈉煤脫鈉處理在250-375℃條件下，不易于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，張守玉等人利用去離子水洗煤，對煤質(zhì)的去除效果不佳。陳川等研制開發(fā)一種水與有機(jī)溶劑1:（50:500）的配比的洗滌液，對高鈉煤在應(yīng)用前進(jìn)行洗滌，脫鈉效率比單純水洗的效率提高到70%，達(dá)到燃燒指標(biāo)。代百乾等對洗滌液進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在高鈉煤洗滌過程中利用醋酸銨和硝酸的溶液混合對高鈉煤洗滌效果要優(yōu)于去離子水，高鈉煤的去除效果高達(dá)90%，但是在傳統(tǒng)的方法上很少使用固體酸催化劑對高鈉煤進(jìn)行脫鈉凈化處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種工藝簡單、除鈉效率高、節(jié)能降耗的基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，利用陽離子交換樹脂對煤中的鈉進(jìn)行交換至水溶液中，過濾達(dá)到去除鈉的效果，能夠解決高鈉煤的燃燒過程中使鍋爐結(jié)垢、受熱面沾污、腐蝕等問題，尤其適用于新疆準(zhǔn)東煤田的高鈉煤。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是：一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，其特征是，包括以下步驟：
1）將直徑為小于0.15mm高鈉煤原煤和去離子水同時裝入容器，所述容器內(nèi)，高鈉煤原煤與去離子水的質(zhì)量比為1：5-10；
2）將經(jīng)過活化的固體酸催化劑加入到步驟1）的容器內(nèi)，所述固體酸催化劑與高鈉煤原煤的質(zhì)量比為1∶0.5-2.5；
3）將裝有固體酸催化劑、高鈉煤原煤和去離子水的容器放入60℃-70℃的環(huán)境下恒溫加熱4-5 h；
4）將該容器降溫至常溫，然后過濾；
5）將步驟4）獲得的煤樣進(jìn)行干燥處理；
6）待煤樣干燥后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩將固體酸催化劑篩分出來。
所述步驟2）使用的固體酸催化劑為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂。
所述固體酸催化劑的活化方法是：
①用去離子水沖洗3次，再用50-60℃熱水浸泡15min，將熱水倒掉；
②將所述樹脂用1mol/LNaOH浸泡，邊浸泡邊攪拌；
③2h后用去離子水洗至中性；
④再用1mol/LHCl浸泡所述樹脂，邊浸泡邊攪拌；
⑤2h后用去離子水洗至中性，晾干備用。
所述步驟4）的過濾方式或者為真空抽濾機(jī)過濾。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法能夠根據(jù)煤質(zhì)表面結(jié)構(gòu)在熱解條件下發(fā)生裂變的性質(zhì)，利用固體酸催化劑使高鈉煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)在高溫水熱條件下發(fā)生裂解，使內(nèi)部的鈉通過煤質(zhì)表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變及毛細(xì)孔中的鈉等堿金屬迅速發(fā)生遷移和溶解，同時大量堿金屬等元素包括鈉、鉀、鈣、鎂、硫等大量遷移至或溶于水溶液中，以達(dá)到對原煤提質(zhì)凈化的目的，所使用的催化劑對煤質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)裂變起到促進(jìn)作用。而且，本發(fā)明方法的去離子水能夠循環(huán)利用，飽和的去離子水也能夠通過處理后再次循環(huán)利用，更適用于水資源缺乏的地區(qū)。
本發(fā)明的方法以把高鈉煤變成滿足鍋爐運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)潔凈煤為目的，采用從高鈉煤的原煤著手，利用固體酸催化劑把原煤在一定溫度和壓力的作用下反復(fù)破壞原煤結(jié)構(gòu)的平衡，使內(nèi)部的鈉通過煤質(zhì)表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變及毛細(xì)孔中的鈉等堿金屬迅速發(fā)生遷移和溶解，在爐外降低原煤中的堿金屬含量的技術(shù)手段，大幅改善或從根本上解決燃用高鈉煤的發(fā)電機(jī)組所面臨的爐內(nèi)結(jié)焦與受熱面沾污、腐蝕等重大問題，尤其對準(zhǔn)東煤的充分利用和西部大開發(fā)具有重大的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。
本發(fā)明的方法適用于發(fā)電廠的制粉系統(tǒng)、煤干燥、煤化工的預(yù)處理，無廢氣、廢液的排放,因此屬于綠化環(huán)保的產(chǎn)業(yè)。本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的技術(shù)方案工藝簡單，運(yùn)行安全，投資?。?/p>
2、本發(fā)明方法中所需的水主要來源于原煤中的水回收和廢液中的水，充分節(jié)省水資源；
3、凈化容器輸出的脫鈉煤通過干燥提質(zhì)后，即變成優(yōu)質(zhì)潔凈煤而直接應(yīng)用于燃用高鈉煤粉的發(fā)電機(jī)組。從而大大改善鍋爐的爐內(nèi)結(jié)焦與受熱面沾污、腐蝕、結(jié)渣問題；
4、煤液分離后的液體進(jìn)入水處理裝置進(jìn)行水處理，能夠?qū)崿F(xiàn)廢液的重復(fù)利用；
5、經(jīng)過本發(fā)明方法凈化后的煤質(zhì)發(fā)熱量比原煤提高了7.5% ；
綜上所述，本發(fā)明具有工藝簡單、運(yùn)行簡單、投資小、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。既可以用于優(yōu)質(zhì)潔凈煤的工藝，又可以用于準(zhǔn)東煤的發(fā)電。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1，本實(shí)施例一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，步驟如下：
1）將直徑為小于0.15mm高鈉煤原煤和去離子水同時裝入容器，所述容器內(nèi)，高鈉煤原煤與去離子水的質(zhì)量比為1：5-10；
2）將經(jīng)過活化的固體酸催化劑加入到步驟1）的容器內(nèi)，所述固體酸催化劑與高鈉煤原煤的質(zhì)量比為1∶2；
所述固體酸催化劑為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂001x7，其活化方法是：
①用去離子水沖洗3次，再用50℃熱水浸泡15min，將熱水倒掉；
②將所述樹脂用1mol/LNaOH浸泡，邊浸泡邊攪拌；
③2h后用去離子水洗至中性；
④再用1mol/LHCl浸泡所述樹脂，邊浸泡邊攪拌；
⑤2h后用去離子水洗至中性，晾干備用；
3）將裝有固體酸催化劑、高鈉煤原煤和去離子水的容器放入60℃-70℃的環(huán)境下恒溫加熱4h；
4）將該容器降溫至常溫，然后過濾；
5）將步驟4）獲得的煤樣進(jìn)行干燥處理；
6）待煤樣干燥后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩將固體酸催化劑篩分出來。
經(jīng)檢測，高鈉煤中的鈉的脫除率達(dá)到90%以上。
對處理后的煤質(zhì)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)發(fā)熱量提高了7.5%，碳的含量提高1.17%，氫的含量略有降低，降低了1.67%。通過煤的燃燒分析，灰的熔融點(diǎn)升高，煤結(jié)渣量減少，達(dá)到燃燒條件。
實(shí)施例2，本實(shí)施例一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，步驟如下：
1）將直徑為小于0.15mm高鈉煤原煤和去離子水同時裝入容器，所述容器內(nèi)，高鈉煤原煤與去離子水的質(zhì)量比為1：5-10；
2）將經(jīng)過活化的固體酸催化劑加入到步驟1）的容器內(nèi)，所述固體酸催化劑與高鈉煤原煤的質(zhì)量比為1∶0.5；
所述固體酸催化劑為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂001x7，其活化方法是：
①用去離子水沖洗3次，再用50℃熱水浸泡15min，將熱水倒掉；
②將所述樹脂用1mol/LNaOH浸泡，邊浸泡邊攪拌；
③2h后用去離子水洗至中性；
④再用1mol/LHCl浸泡所述樹脂，邊浸泡邊攪拌；
⑤2h后用去離子水洗至中性，晾干備用；
3）將裝有固體酸催化劑、高鈉煤原煤和去離子水的容器放入60℃-70℃的環(huán)境下恒溫加熱4h；
4）將該容器降溫至常溫，然后過濾；
5）將步驟4）獲得的煤樣進(jìn)行干燥處理；
6）待煤樣干燥后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩將固體酸催化劑篩分出來。
經(jīng)檢測，高鈉煤中的鈉的脫除率達(dá)到30.5%以上。
實(shí)施例3，本實(shí)施例一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，步驟如下：
1）將直徑為小于0.15mm高鈉煤原煤和去離子水同時裝入容器，所述容器內(nèi)，高鈉煤原煤與去離子水的質(zhì)量比為1：5-10；
2）將經(jīng)過活化的固體酸催化劑加入到步驟1）的容器內(nèi)，所述固體酸催化劑與高鈉煤原煤的質(zhì)量比為1∶2.5；
所述固體酸催化劑為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂001x7，其活化方法是：
①用去離子水沖洗3次，再用50℃熱水浸泡15min，將熱水倒掉；
②將所述樹脂用1mol/LNaOH浸泡，邊浸泡邊攪拌；
③2h后用去離子水洗至中性；
④再用1mol/LHCl浸泡所述樹脂，邊浸泡邊攪拌；
⑤2h后用去離子水洗至中性，晾干備用；
3）將裝有固體酸催化劑、高鈉煤原煤和去離子水的容器放入60℃-70℃的環(huán)境下恒溫加熱4h；
4）將該容器降溫至常溫，然后過濾；
5）將步驟4）獲得的煤樣進(jìn)行干燥處理；
6）待煤樣干燥后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩將固體酸催化劑篩分出來。
經(jīng)檢測，高鈉煤中的鈉的脫除率達(dá)到70.5%以上。
實(shí)施例4，本實(shí)施例一種基于固體酸催化劑的高鈉煤脫鈉凈化方法，步驟如下：
1）將直徑為小于0.15mm高鈉煤原煤和去離子水同時裝入容器，所述容器內(nèi)，高鈉煤原煤與去離子水的質(zhì)量比為1：5-10；
2）將沸石加入到步驟1）的容器內(nèi)，所述沸石與高鈉煤原煤的質(zhì)量比為1∶2；
3）將裝有沸石、高鈉煤原煤和去離子水的容器放入170℃的環(huán)境下恒溫加熱10h；
4）將該容器降溫至常溫，然后過濾；
5）將步驟4）獲得的煤樣進(jìn)行干燥處理；
6）待煤樣干燥后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩將固體酸催化劑篩分出來。
經(jīng)檢測，高鈉煤中的鈉的脫除率達(dá)到60.5%以上；
沸石作為固體酸催化劑對高鈉煤脫鈉處理時，需要高溫170℃、10h以上才有較高的脫鈉效率，由于溫度高時間長不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂為催化劑對高鈉煤脫鈉處理時，樹脂質(zhì)量：煤粉質(zhì)量=1：2時是最佳添加量。