甲烷烧成在蜂窝煤锅炉窑业炼钢铁中的应用方法

甲烷烧成在蜂窝煤锅炉窑业炼钢铁中的应用方法

本发明涉及利用甲烷烧成技术在蜂窝煤、锅炉、窑业、炼钢 铁中的应用技术方法。

现有技术：

1、农村沼气池内的主要原料是：杂草、树叶、烂菜和垃圾 人屎尿等生物腐烂体在适当的水温水压下，经系列的物理化学变 化而得沼气(CH₄)。沼气可照明、煮饭烧水和发电。城郊垃圾场 利用这一原理大量生产沼气用于发电、烧砖、取得了环保节能的 丰硕成果。

2、马中奇等人发明的《水泥烧成多元固相生化复合催化剂 工艺》申请号98108157.6和《水泥烧成环保双复合矿化剂工艺》 申请号98108159.2<两专利申请日均是98.4.27和初审合格>。该 环保节能专利技术就是利用废物或尾矿中可作催剂功能的金属氧 化物或常见废物中具有活性SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O等可使水煤气反应( )效果更 佳、更具普遍性和适用性。且对熟料质量有益有效的多元固相催 化剂。而“生化复合催化剂”就是人工泡制植物醋酸水，即将瓜 果类皮杂，甜类茎皮渣等含糖较多的可再生的废物垃圾，浸泡在 可再生的杂草树叶杂酸水中或米酐水和面汤中<因淘米废水和面 汤中含有蛋白质>，在适当的自然温度条件下经几天发酵后，其 植物生化醋酸水的酸碱度可达到2.5-4；酸水中含有较多的乙酸 <CH₃COOH>可供生产使用。这些醋酸水<不可食用>再和可再 生的并经加工成细粒、细片、细丝的植物废料(木屑、杂草、树 叶、稻草、稻壳、麦草、麦皮、废纸、各类果皮壳渣、朽木等) 混合拌匀后，按1-2％的比例均匀的掺在入窑生料中成球煅烧水泥 熟料，取得了如下环保节能效果：

1、节能：全国立窑目前平均熟料单位热耗1100大卡，由于 CH₄的发热值是CO的3-4倍，故甲烷烧成水泥熟料可降低至700± 50大卡；综合节电25％左右。

2、增产：立窑产量可超规格设计能力，增产25％左右；因 甲烷烧成的熟料呈蜂窝状，冷却快，易磨性好，故水泥磨机可增 产20％左右。

3、质量优：因“生化复合催化剂”产品代入了生物金属氧 化物的催化功能，加之常见废料中的活性SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、 CaO、MgO、K₂O、Na₂O的低温催化固溶化合作用，改善了熟料晶体 结构和性能，熟料1天强度高达28-32兆帕，比常规生产方法的熟 料1天强度高1.5-2倍；28天>62.5兆帕。攻克了长期以来我国立 窑水泥早期强度落后世界先进水平的技术难题。

4、环保好：因甲烷燃烧无烟、传热快、热效高。甲烷是水 煤气和催化剂产生的H₂与CO(煤)碰撞化合的产物，故成球自然 水和原燃料中的结晶水被充分利用和转换，因而立窑烟囱中基本 无水汽。而CO₂是无无味的重气体，故实现了无烟煅烧的理想发 明。从而消除了立窑水泥生产中有史以来地吞云吐雾不见天日的 不文明现象。

这些优点和技术进步受到了水泥界同仁志士的欢迎和上级部门 的关注。在全国技术创新的热潮中，发明人马中奇等就当然地联 想到如下生产和生活实践与应用技术的开发扩大研究。

二、两项环保节能发明专利与甲烷烧成技术的扩大应用如 下：

1、环保节能蜂穴煤

城乡居民生活中所用的蜂窝煤除山区外较为普遍，所用原料 均为优质煤。其比例为92-93％；优质粘土7-8％；经机械挤压而 成。缺点：CO和SO₂毒气较浓，不注意经常发生中毒死亡事故。

本发明是这样实现的：

依据马中奇等人发明的《水泥烧成环保双复合矿化剂工艺》 的原理和技术方法，将蜂窝煤配方改进为：

具有无毒性催化剂功能的金属氧化物尾矿如：锰尾矿、黄金砂 尾矿中含钛和磁铁矿；钼、镍、锂、铜、钒……等尾矿掺1-2％； 粉煤灰或炉碴等含有活性SiO₂、Al₂O₃、Fe₂C₃、CaO、MgO、K₂O、 Na₂O等废料占10-15％；粘土6-7％；优质煤85％左右；在不影响 成型和强度情况下作业。

上述配方经某个体蜂窝煤场实验对比，共同认可有如下好 处：

(1)基本消除有毒气味：人们将鼻子贴近炉蕊上方时，始终 闻味不到任何异常气味。证明煤中的SO2或其它有害气化物被活性 SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O吸附固熔转化为无毒 性的、无挥发性的而化学稳定性好的化合物(FeS₂,C₄A₃·CaSO₄, K₂SO₄,Na₂SO₄……)被固溶在煤灰碴中。精煤减少15％左右后，CO与炉门进的空气基本上实现了化学平衡，消除或减少了过剩的CO飞逸。实现了保护环境，防止和减轻了中毒事故的危险性，为提 高众生活质量作出了贡献。

(2)由于蜂窝煤中存在有催化剂因素和自然水份的作用， 使水煤气反应得以正常进行，从而产生了CH₄而使火焰发白<原是 红黄>故炉温高；而且可用火焰旺盛期延长30-40分钟；燃烧始 终期延长1小时。

(3)所用无毒金属氧化物催化剂原料取自尾矿废料、就地取 材成本低；炉渣更是废物。两种废物替代15％左右的精煤成本无 凝降低。据小老板核算，企业可增加利润50％

(4)全国12亿多人口75％居住农村约3亿户。75％农村人口 仍然用蜂窝煤取暖做饭。每户年用蜂窝煤1吨。即2.2亿吨煤；节 支精煤15％左右，即年节煤3300万吨，价值50多亿元。而减轻空 气污染，预防中毒事故少发生，则价值无量。

2、甲烷烧锅炉

烧锅炉是指烧工业锅炉，如火力发电厂、煤气厂、化肥厂、 绸丝厂、织布厂、印染厂各种烘干炉以及浴池、食堂、旅社、高 级宾馆……等生活服务的锅炉。

现有技术

将优质烟煤用自然水拌合后以防止细煤飞扬。人工用铁铣或机 械方法投入炉内燃烧，以制造高温水蒸汽为主。该方法的缺点 是：煤燃烧不完全，有浪费现象；SO₂和CO毒气以及灰尘污染空气 危害人健康。

本发明是这样实现的：

利用前述马中奇等人的两项节能环保发明专利的技术原理和技 术方法，在炉前工地用植物生化醋酸水与锅炉前自产的细煤炉灰 渣拌合后，让炉灰中的活性SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、 K₂O、Na₂O等氧化物充分与乙酸化合生成乙酸盐。再用同一植物生 化醋酸水替代原用的自然水与优质原煤混合。其干湿度付合常规 技术要求。然后将醋酸煤灰渣与醋酸精煤按1∶3或1∶4混合拌匀后及 时投入炉内混合燃烧。由于乙酸盐的化合、分解、醋酸水替代自 然水；煤灰渣中的活性氧化物的吸附固溶化合作用，煤中硫化物 和SO₂被吸附固溶化合生成稳定性好的硫酸盐化合物被固熔；加之 活性氧化物的催化作用，使水煤气反应更加有效，克服了以前只 有CO燃烧的单一现象和缺憾；而出现并生成了CH₄,H₂,CH₃(甲 基)和CO。由于CH₄的发热值是CO的3-4倍，故出现了“煤少炉 温高”的可喜效果。从而实现了甲烷烧锅炉的创新技术。由于化 合作用的综合功能，并实现了无硫无嗅无烟燃烧，烟囱冒烟现象 减少了90％，达到了环保节能的目的。

本试验是在同类型的锅炉中进行的，并可间歇式的对比验证 不影响连续作业和生产，故效果好，工人欢迎，前途光明，鼓舞 人心。节煤30％左右，经济效益十分可观。若全国锅炉均采用这 一环保节能新技术制取生产、生活蒸汽，则社会经济效益高达几 百亿元。消除SO₂和CO毒气以及灰尘对空气污染弊病，则价值更无 量。

3、甲烷烧砖窑<含烧瓷窑和耐火砖作业>

烧土砖及其产品是人类社会以来的重要建材产品。所用燃料是 木柴、麦杆、稻草和煤。现代社会以煤为主。煅烧设备由单个窑 发展成轮窑其增产节能效果显著。

依据马中奇等人发明的《水泥烧成多元固相生化复合催化剂工 艺》环保节能专利技术的原理和技术方法，将“生化复合催化 剂”引入烧砖作业中，实行甲烷烧砖新技术，同样可以达到节能 环保的效果。

本发明是这样实现的。

在轮窑烧砖作业中，先用原本细粒煤把砖坯烧到100-200℃后， 其土坯表面中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O有了 一定的化学活性和催化功能并能服务于水煤气变换作用时；且土 坯能大量吸纳热能时；其少量自然水蒸汽和结晶水与土坯表面的 催化剂因素与功能可发生水煤气变换作用时；将其混合有植物生 化醋酸水与经过加工为较细<小于1公分>的植物再生燃料<木 屑、稻壳、麦皮、稻草、麦草、树叶、杂草、各类果皮壳渣等> 即“生化复合催化剂”产品与原用煤一起<1∶1>洒入轮窑池内燃 烧，直致烧好为止。这样就实现了甲烷烧砖的新技术和环保节能 的效果。节煤效果约30％。燃烧过程中的化学反应原理主要是：

煤与空气燃烧反应：( ； )；水煤 气反应[ ]；甲烷生成与燃烧反应 ( ; )；再生植物“生化复合催化剂” 产品燃料与煤混合燃烧反应：( 或 ; ; ]；乙酸盐生成、分解、燃烧反应{ ; ( ]; 或 }。

经济效益评估

植物生化醋酸水的生产周期为3-5天；在自然温度条件下形成 的酸度为PH3-4；生产设施是土大缸和桶，家家户户都可以生产。 其原料全部为可再生的垃圾废物。每吨醋酸水收购价为40-50元； 植物再生废燃料每吨价为50-80元；必须加工的植物燃料每吨需加 工费100元。植物燃料与醋酸水的重量比为1∶1，则“生化复合催化 剂”产品的成本价每吨为90-120元。而每吨“生化复合催化剂” 产品可节约实物煤3-5吨。这种用可再生的废物燃料转化为绿高 级燃料(CH₄)去替代节约不可再生的矿物质燃料的环保节能新技 术，符合可持续发展战略，因而前途光明社会效益更佳。

本试验在某砖厂验证成功，效果好，农民企业家很欢迎。全国 年产粘土砖约5000亿吨需耗煤约3800万吨，节约30％即为1400万 吨，价值约22亿元。

4、甲烷煤球炼钢铁<含有金属矿物冶炼>

目前炼钢铁的主要能源是焦煤，其价格是常用煤的2.5-3.5倍， 因而节约焦煤具有重大的经济效益。马中奇等人发明的二项节能 环保专利技术的原理和技术方法，同样可以引进钢铁工业生产领 域之中。

本发明是这样实现的：

1、将焦煤与15％的粉煤灰或炉渣、炉灰均匀混合入磨机或 均匀混合入2-3级破碎机系统，将其制成粗细粉状<900孔筛余≤50 ％>；当就地取材许可时可掺1-2％的对钢铁质量有好处或质量目 标一致的金属氧化物尾矿作多元固相催化剂。

2、将上述半成品与过饱和制备的“生化复合催化剂”产品 均匀混合后一起用机械方法挤压成型为煤球，其球径为1.5;2.5、 3.5厘米不等的大小球，以利和矿石物料混合通风燃烧和氧化还原 进行。也可将1-5公分的破碎自然焦煤颗粒球块倒入植物生化醋酸 水池中浸泡1天让其焦煤中的碱土金属氧化物与醋酸水充分化合生 成乙酸盐后掏起，再混入煤球堆中一起均匀使用，以简化生产降 低成本，而且能添加能源催化因素与燃烧成份的有机配合和发热 效果。

3、煤球成型前用植物生化醋酸水喷洒混合焦煤并捣拌均匀 以保持适当的湿度和酸度以利混合焦煤中的活性SiO₂、Al₂O₃、 Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O与醋酸水中的乙酸充分化合生成乙酸 盐以便在燃烧过程中分解放出更多的CH₄;H₂;CH₃;CO参与燃烧。 而保持一定的湿度是为了便于机械成型，并使煤球有一定的强度 和水煤气变换反应得以由表及里的进行。

4、当天需要多少就成型多少“甲烷煤球”，以防止醋酸水和 乙酸盐的分解挥发。故要将“甲烷煤球”及时投入化铁炼钢炉 中，以利甲烷生成分解燃烧。从而实现甲烷炼钢铁的新技术目 标。并达到减少烟气和SO₂的排放量，达到环保节能的效果。

本试验是在某铸造厂化铁炉中实验求真的，节能生产效果都 好，实节焦煤25％。有待大力开发推广应用。

经济效益评估

我国目前钢铁生产量居世界首位。每吨钢铁生产量需耗焦煤0. 5-0.7吨；节焦煤20％就意味着全国节焦煤3000万吨；节原煤6000 万吨，价值200多亿元。而空气少污染价值更无量。