CN106588056A - 煤催化气化炉用尖晶石‑六铝酸钙浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤催化气化炉用尖晶石‑六铝酸钙浇注料及其制备方法。其技术方案是：在20～40份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入60～80份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石‑六铝酸钙浇注料。本发明制备的煤催化气化炉用尖晶石‑六铝酸钙浇注料具有耐磨性好、强度高、抗热震性强、还原气氛中稳定性好及抗碱性炉渣侵蚀性优异特点。
Description
技术领域
本发明属于尖晶石-六铝酸钙浇注料技术领域。具体涉及一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料及其制备方法。
背景技术
随着对能源要求的提高，利用我国相对丰富的煤炭资源发展煤制天然气技术对于缓解供需矛盾和保障能源安全具有重要意义。传统的煤气化技术如水煤浆加压气化技术等存在一系列缺点，如反应温度高、能耗大、净化困难和环境污染等，因此煤的催化气化技术引起技术人员的广泛关注。早在20世纪，煤的催化气化技术已经被提出，由于碱金属催化剂的加入使气化炉的反应温度降低至750℃左右，并且反应速率明显提高，合成目的产物的效率也大大增加。但是，由于煤催化气化炉内受高压（3.5MPa）、还原性气氛、含碱固态煤渣和高速冲刷气体的共同作用，使得煤催化气化炉内衬耐火材料的使用条件极为苛刻，要求内衬耐火材料耐磨性好、强度高、热震稳定性好、还原气氛中稳定性好和抗碱性炉渣侵蚀性优异。
目前，含铬耐火材料已成为气化炉使用的主流内衬材料，它具有优越的抗侵蚀性，广泛应用于具有高温高压及还原性气氛的水煤浆加压气化炉中，“一种气化炉耐火衬里”（CN201420182146.8）专利技术，公开了含铬耐火材料作为气化炉内衬材料，但含铬耐火材料在使用时，会与材料中的CaO、Na2O或K2O反应产生对人体有害的六价铬化合物。因此，研制开发高性能无铬的气化炉内衬浇注料势在必行。“一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法”（CN201510732760.6）专利技术，公开了煤催化气化炉内衬耐火材料采用六铝酸钙质或刚玉质材料，但是并未涉及具体的制备方法。“坚甲耐碱抗压浇注料”（CN201510653402.6）专利技术，对煤催化气化炉用纯六铝酸钙浇注料的制备方法有所描述，但对所制备的六铝酸钙浇注料抵抗固态炉渣的磨损及热震稳定性方面并未说明。
发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种耐磨性好、强度高、热震稳定性强、还原气氛中稳定性好和抗碱性炉渣侵蚀性优异的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料及其制备方法。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：所述制备方法是：在20～40份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入60～80份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
所述基质料的成分及其含量是：致密六铝酸钙细粉占30~45wt%，电熔白刚玉细粉占20~25wt%，粒径D50为5μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为3μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为1μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，纯铝酸钙水泥占15~20wt%。
所述骨料为富铝尖晶石颗粒和致密六铝酸钙颗粒的混合颗粒，其中：粒径为10~8mm的富铝尖晶石颗粒占0~5wt%，粒径为6~3mm的富铝尖晶石颗粒占30~40wt%，粒径小于或等于3mm且大于1mm的富铝尖晶石颗粒占35~50wt%，粒径为1~0.088mm的致密六铝酸钙颗粒占15~25wt%；所述富铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为76~93wt%，所述致密六铝酸钙颗粒的Al2O3含量>88wt%。
所述致密六铝酸钙细粉的Al2O3含量>88wt%，粒径<0.088mm。
所述电熔白刚玉细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径<0.088mm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt%。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为60～80wt%，粒径<1μm。
所述二氧化硅微粉的SiO2含量＞97%，粒径<1μm。
所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FS20和FS65中的一种或两种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
（1）本发明将六铝酸钙以颗粒或细粉的形式引入，一方面能避免当温度必须高于1300℃时，水泥结合的浇注料中才形成六铝酸钙矿物相，并减小由六铝酸钙的生成带来的14%体积膨胀，另一方面，能保证六铝酸钙同时存在于骨料与基质料中，从而整体提高了煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的高温强度。
（2）本发明采用的六铝酸钙具有高耐火度，在含铁炉渣中溶解度低、还原气氛如CO中的稳定性高和碱性环境中的化学稳定性好等优点；同时，尖晶石原料有优异的力学性能及抗碱性能，因此，煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料在还原气氛中稳定性好和抗碱性炉渣侵蚀性优异。
（3）本发明以尖晶石及六铝酸钙颗粒为骨料，由于两者都具有很好的抗碱侵蚀性，并且在还原气氛中稳定性优良，能有效抵抗煤催化气化炉的还原性气氛和碱性炉渣的侵蚀；同时，两者相近的热膨胀系数使得两种材料之间产生膨胀失配的可能性低，因此，尖晶石和六铝酸钙原料可以按照技术要求的比例配合使用。
（4）本发明采用三级粒径搭配的α-Al2O3微粉，大小分布合适，保证了基质紧密化。
（5）本发明制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为1~6cm3，冷态抗折强度为10~22MPa，耐压强度为90~110MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为21~27%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为0~5%，渗透指数为0~5%。
因此，本发明制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料具有耐磨性好、强度高、抗热震性强、还原气氛中稳定性好及抗碱性炉渣侵蚀性优异特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和外加剂统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述致密六铝酸钙细粉的Al2O3含量>88wt%，粒径<0.088mm。
所述电熔白刚玉细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径<0.088mm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt%。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为60～80wt%，粒径<1μm。
所述二氧化硅微粉的SiO2含量＞97%，粒径<1μm。
实施例1
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。在20～25份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入75～80份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
所述基质料的成分及其含量是：致密六铝酸钙细粉占30~45wt%，电熔白刚玉细粉占20~25wt%，粒径D50为5μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为3μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为1μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，纯铝酸钙水泥占15~20wt%。
所述骨料为富铝尖晶石颗粒和致密六铝酸钙颗粒的混合颗粒，其中：粒径为10~8mm的富铝尖晶石颗粒占1~5wt%，粒径为6~3mm的富铝尖晶石颗粒占30~40wt%，粒径小于或等于3mm且大于1mm的富铝尖晶石颗粒占35~50wt%，粒径为1~0.088mm的致密六铝酸钙颗粒占15~25wt%；所述富铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为76~93wt%，所述致密六铝酸钙颗粒的Al2O3含量>88wt%。
所述减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为1~2cm3，冷态抗折强度为17~22MPa，耐压强度为105~110MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为25~27%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为0~1.5%，渗透指数为0~1.5%。
实施例2
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。除减水剂外，其余同实施例1。
所述减水剂为六偏磷酸钠和FS20的混合物。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为1.5~2.5cm3，冷态抗折强度为16~21MPa，耐压强度为102~106MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为24~26.5%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为1.5~2%，渗透指数为1.5~2%。
实施例3
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。在25～30份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入70～75份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
所述基质料同实施例1。
所述骨料为富铝尖晶石颗粒和致密六铝酸钙颗粒的混合颗粒，其中：粒径为6~3mm的富铝尖晶石颗粒占30~40wt%，粒径小于或等于3mm且大于1mm的富铝尖晶石颗粒占35~50wt%，粒径为1~0.088mm的致密六铝酸钙颗粒占15~25wt%；所述富铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为76~93wt%，所述致密六铝酸钙颗粒的Al2O3含量>88wt%。
所述减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为2~3cm3，冷态抗折强度为15~20MPa，耐压强度为100~104MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为23.5~26%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2~2.5%，渗透指数为2~2.5%。
实施例4
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。除减水剂外，其余同实施例3。
所述减水剂为FS20和FS65的混合物。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为2.5~3.5cm3，冷态抗折强度为14~19MPa，耐压强度为98~102MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为23~25%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.5~3%，渗透指数为2.5~3%。
实施例5
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。在30～35份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入65～70份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
所述基质料同实施例1。
所述骨料同实施例1。
所述减水剂为FS20。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量3~4cm3，冷态抗折强度为13~18MPa，耐压强度为96~100MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为22.5~24.5%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3~3.5%，渗透指数为3~3.5%。
实施例6
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。除减水剂外，其余同实施例5。
所述减水剂为三聚磷酸钠和FS65的混合物。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为3.5~4.5cm3，冷态抗折强度为12~17MPa，耐压强度为94~98MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为22~24%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3.5~4%，渗透指数为3.5~4%。
实施例7
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。在35～40份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料。向所述混合料中加入60～65份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型。然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
所述基质料同实施例1。
所述骨料同实施例2。
所述减水剂为FS65。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量4~5cm3，冷态抗折强度为11~16MPa，耐压强度为92~96MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为21.5~23%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~4.5%，渗透指数为4~4.5%。
实施例8
一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。除减水剂外，其余同实施例7。
所述减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。
本实施例所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为4.5~6cm3，冷态抗折强度为10~15MPa，耐压强度为90~94MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为21~22%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4.5~5%，渗透指数为4.5~5%。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
（1）本发明将六铝酸钙以颗粒或细粉的形式引入，一方面能避免当温度必须高于1300℃时，水泥结合的浇注料中才形成六铝酸钙矿物相，并减小由六铝酸钙的生成带来的14%体积膨胀，另一方面，能保证六铝酸钙同时存在于骨料与基质料中，从而整体提高了煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的高温强度。
（2）本发明采用的六铝酸钙具有高耐火度，在含铁炉渣中溶解度低、还原气氛如CO中的稳定性高和碱性环境中的化学稳定性好等优点；同时，尖晶石原料有优异的力学性能及抗碱性能，因此，煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料在还原气氛中稳定性好和抗碱性炉渣侵蚀性优异。
（3）本发明以尖晶石及六铝酸钙颗粒为骨料，由于两者都具有很好的抗碱侵蚀性，并且在还原气氛中稳定性优良，能有效抵抗煤催化气化炉的还原性气氛和碱性炉渣的侵蚀；同时，两者相近的热膨胀系数使得两种材料之间产生膨胀失配的可能性低，因此，尖晶石和六铝酸钙原料可以按照技术要求的比例配合使用。
（4）本发明采用三级粒径搭配的α-Al2O3微粉，大小分布合适，保证了基质紧密化。
（5）本发明制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料经检测：750℃×3h烧后的磨损量为1~6cm3，冷态抗折强度为10~22MPa，耐压强度为90~110MPa；1100℃水冷五次后抗折强度保持率为21~27%；还原气氛中750℃保温3小时，无明显变化和新物相生成；1100℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为0~5%，渗透指数为0~5%。
因此，本发明制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料具有耐磨性好、强度高、抗热震性强、还原气氛中稳定性好及抗碱性炉渣侵蚀性优异特点。
Claims (8)
1.一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述制备方法是：在20～40份质量的基质料中加入0.02~0.15份质量的有机纤维、0.08~0.12份质量的减水剂和0.05~0.5份质量的二氧化硅微粉，混匀，得到混合料；向所述混合料中加入60～80份质量的骨料，干混，再加入4~6份质量的水，搅拌，振动成型；然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模，即得煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料；
所述基质料的成分及其含量是：致密六铝酸钙细粉占30~45wt%，电熔白刚玉细粉占20~25wt%，粒径D50为5μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为3μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，粒径D50为1μm的α-Al2O3微粉占5~15wt%，纯铝酸钙水泥占15~20wt%；
所述骨料为富铝尖晶石颗粒和致密六铝酸钙颗粒的混合颗粒，其中：粒径为10~8mm的富铝尖晶石颗粒占0~5wt%，粒径为6~3mm的富铝尖晶石颗粒占30~40wt%，粒径小于或等于3mm且大于1mm的富铝尖晶石颗粒占35~50wt%，粒径为1~0.088mm的致密六铝酸钙颗粒占15~25wt%；所述富铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为76~93wt%，所述致密六铝酸钙颗粒的Al2O3含量>88wt%。
2.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述致密六铝酸钙细粉的Al2O3含量>88wt%，粒径<0.088mm。
3.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述电熔白刚玉细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径<0.088mm。
4.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt%。
5.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为60～80wt%，粒径<1μm。
6.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述二氧化硅微粉的SiO2含量＞97%，粒径<1μm。
7.根据权利要求1所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FS20和FS65中的一种或两种。
8.一种煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料，其特征在于所述煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料是根据权利要求1～7项中任一项所述的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料的制备方法所制备的煤催化气化炉用尖晶石-六铝酸钙浇注料。
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