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是无色无味地重气体，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的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，为提高群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<原是红黄色>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群健康。
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色高级燃料(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<含有色金属矿物冶炼>
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。