褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，解決了現(xiàn)有低階煤成漿濃度低的問題。所述方法包括褐煤的深度干燥、高溫反應(yīng)、提質(zhì)煤冷卻和磨煤制漿過程，將深度干燥結(jié)合高溫?zé)峤夥磻?yīng)為褐煤提質(zhì)。本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)成本低，制備的水煤漿濃度高、各項性能優(yōu)異，拓展了低階煤特別是褐煤的利用途徑，適用于制備氣化用水煤漿。
【專利說明】褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤化工提質(zhì)工藝，具體的說是一種褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤 漿方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在我國，以褐煤和低變質(zhì)煙煤為代表的低階煤儲量占煤炭資源總量的55%以上。 其中，褐煤約占13%，主要分布于內(nèi)蒙古東部和云南，少量分布于黑龍江、遼寧、山東、吉林 和廣西等地區(qū)；低變質(zhì)煙煤主要分布在主要分布于陜西、內(nèi)蒙古西部和新疆等地區(qū)。
[0003] 隨著高變質(zhì)煤種越用越少，低階煤的高效清潔利用日顯重要?，F(xiàn)階段低階煤的高 效轉(zhuǎn)化利用方式為干燥后進行熱解。截止2013年，低階煤提質(zhì)技術(shù)已超過二十種，其中 十三種熱解技術(shù)處于建設(shè)、試運行階段，低階煤熱解提質(zhì)固體產(chǎn)品的大規(guī)模高效利用是人 們面臨的一大課題。
[0004] 低階煤反應(yīng)活性高，用作氣化原料氣化效率高。然而，煤階越低、內(nèi)在水分越高、氧 碳比越高，煤的成漿性越差，難以制成高濃度水煤漿。對于水煤漿氣化而言，水煤漿濃度和 質(zhì)量越高，合成系統(tǒng)產(chǎn)能增加，比氧耗和比煤耗越低，水煤漿濃度提高后帶來的經(jīng)濟效益是 十分可觀的。
[0005] 長期以來，低階煤（特別是褐煤）制備高濃度水煤漿技術(shù)沒有取得突破性進展，褐 煤直接磨細(xì)后制備水煤漿的濃度在45% -50%，無法作為鍋爐燃料和煤氣化爐原料。開發(fā) 低階煤制備高濃度水煤漿技術(shù)，可以拓寬我國煤炭資源的利用途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、節(jié)能降耗、成漿濃度 高、適用于低階煤的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法。
[0007] 技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 1)深度干燥：將粒度小于或等于10mm褐煤加入提質(zhì)爐，在常壓和惰性氣體環(huán)境下 對褐煤干燥至含水量小于4%，脫出褐煤中的水分和吸附的氣體；
[0009] 2)高溫反應(yīng)：將深度干燥后的褐煤在常壓和惰性氣體環(huán)境下進行高溫反應(yīng)得到 提質(zhì)煤，所述反應(yīng)溫度控制在800°C -1000°C，停留時間控制在20-30min ;
[0010] 3)提質(zhì)煤冷卻：將提質(zhì)煤在隔絕空氣環(huán)境下快速冷卻至60°C以下；
[0011] 4)磨煤制漿：將冷卻后的提質(zhì)煤磨細(xì)至小于1_后加水制備水煤漿。
[0012] 所述步驟（1)中，所述深度干燥的溫度控制在150°C -300°C，停留時間控制在 30-40min〇
[0013] 所述步驟（1)和⑵中的升溫速率為100-150。
[0014] 所述步驟⑷中，將小于1mm的提質(zhì)煤然后加水?dāng)嚢韬笾苽渌簶S，攪拌轉(zhuǎn)速為為 1000r/min，攪拌時間控制在15-20min。
[0015] 所述步驟（4)中，將冷卻后的提質(zhì)煤磨細(xì)至小于1mm后加水制備水煤漿時，同時加 入了以木質(zhì)素為主要原料的水煤漿添加劑。
[0016] 所述水煤漿添加劑的用量為提質(zhì)煤質(zhì)量的0. 3%。
[0017] 發(fā)明人對現(xiàn)有褐煤制備水煤漿的過程進行了深入研究，煤質(zhì)對水煤漿濃度和流動 性有重大影響。低階煤（特別是褐煤）直接制備水煤漿存在很大的局限性，通過先深度干 燥再高溫?zé)峤獾膬刹教豳|(zhì)法可以改善煤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。深度干燥在實現(xiàn)脫水、脫 氣物理變化的同時發(fā)生輕微的化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫羧作用，深度干燥還能夠顯著降低褐煤水 分和含氧官能團含量，增強煤表面的疏水性并提高吸附在煤表面添加劑的濃度。在深度干 燥的基礎(chǔ)上，高溫?zé)峤饪梢赃M一步降低褐煤中含氧官能團含量，脫除過多的揮發(fā)分，高溫反 應(yīng)過程中半焦發(fā)生縮聚，使芳香碳網(wǎng)不斷增大，結(jié)構(gòu)單元的排列有序化進一步增強，顯著 改善煤的結(jié)構(gòu)特性，達(dá)到提高煤階的作用，從而提高制漿濃度。而若不經(jīng)干燥而直接高溫 熱解，褐煤中含有的大量水分在熱解過程中與褐煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變半焦的孔隙特性并 降低其品質(zhì)，成漿效果變差。本發(fā)明中限定高溫?zé)峤鉁囟葹?00°C -1000°C，更為優(yōu)選為 800°C _900°C，過高會增加能耗同時降低半焦產(chǎn)率，高溫?zé)峤獾耐Ａ魰r間控制在20-30min， 過長導(dǎo)致能耗增加，過短導(dǎo)致反應(yīng)不完全。
[0018] 進一步的，升溫速率對深度干燥和高溫?zé)峤膺^程影響顯著?？焖贌峤鈺r，初次熱分 解產(chǎn)物與熱的煤粒接觸時間短，可以降低半焦進行二次反應(yīng)的幾率，但升溫速率也不可過 快，過快的升溫速率對設(shè)備及材質(zhì)的要求苛刻，因此，嚴(yán)格限定升溫速率為100-150°c /s。
[0019] 粒徑是除煤質(zhì)和添加劑之外對水煤漿濃度和流動性有重大影響的又一因素。褐煤 經(jīng)過人工提質(zhì)后，物理性質(zhì)呈現(xiàn)很大變化，提質(zhì)煤的粒度在小于1mm范圍內(nèi)可以形成良好 的粒度級配，能夠有效提高成漿濃度。
[0020] 由于褐煤經(jīng)過深度干燥和高溫?zé)峤?，成漿性能有效改善，因此只需添加極少量的 木質(zhì)素就可以進一步提1?水煤菜的濃度。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)成本低，制備的水煤漿濃度高、各項性能優(yōu)異，拓展了低階 煤特別是褐煤的利用途徑，適用于制備氣化用水煤漿。

【具體實施方式】
[0023] 實施例1，褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，在表壓為0_0. IMPa和惰性氣體環(huán)境中干 燥溫度控制在150°C，升溫速率在100-150°C /s，停留時間控制在40min，干燥后的煤進行 高溫?zé)峤猓磻?yīng)溫度控制在l〇〇〇°C，升溫速率在100-500°C /s，停留時間控制在20min。冷 卻后的提質(zhì)煤使用球磨機進行磨煤制樣，鋼球的直徑配比為20mm、12mm和5mm，質(zhì)量配比為 20% :50% :30%，球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在170r/min，磨煤時間3min。煤樣使用1mm篩子進行篩 分，小于1mm煤樣加入水混合均勻，再使用轉(zhuǎn)速1000r/min的攪拌器攪拌18min，最后制備成 實施例水煤漿樣品。結(jié)果見表3。
[0024] 實施例2,褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，在常壓和惰性氣體環(huán)境中干燥溫度控制在 280°C升溫速率在100-150°C /s，停留時間控制在35min，干燥后的煤進行高溫?zé)峤猓磻?yīng)溫 度控制在820°C，升溫速率在100-500°C /s，停留時間控制在25min。冷卻后的提質(zhì)煤使用 球磨機進行磨煤制樣，鋼球的直徑配比為20mm、12mm和5mm，質(zhì)量配比為20% :50% :30%， 球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在17〇r/min，磨煤時間3min。煤樣使用1mm篩子進行篩分，小于1mm煤樣 加入水和添加劑（木質(zhì)素，用量為提質(zhì)煤的0. 3%，wt)并混合均勻，再使用轉(zhuǎn)速lOOOr/min 的攪拌器攪拌15min，最后制備成實施例水煤漿樣品。結(jié)果見表3。
[0025] 實施例3,褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，在常壓和惰性氣體環(huán)境中干燥溫度控制在 300°C升溫速率在100-150°C /s，停留時間控制在30min，干燥后的煤進行高溫?zé)峤猓磻?yīng)溫 度控制在800°C，升溫速率在100-500°C /s，停留時間控制在30min。冷卻后的提質(zhì)煤使用 球磨機進行磨煤制樣，鋼球的直徑配比為20mm、12mm和5mm，質(zhì)量配比為20% :50% :30%， 球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在17〇r/min，磨煤時間3min。煤樣使用1mm篩子進行篩分，小于1mm煤樣 加入水和添加劑（ZM-19高效水煤漿添加劑，常州中南化工有限公司生產(chǎn)，以木質(zhì)素為主要 原料，用量為提質(zhì)煤的〇. 3 %，wt)并混合均勻，再使用轉(zhuǎn)速lOOOr/min的攪拌器攪拌20min， 最后制備成實施例水煤漿樣品。結(jié)果見表3
[0026] 比較例：
[0027] 比較例1，褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，然后將煤樣均勻地平鋪在托盤中，放入 105°C的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進行干燥，干燥時間8h，以脫出煤中水分。干燥后的煤樣使用球 磨機進行磨煤制樣，球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在170r/min，磨煤時間3min。稱取煤樣，然后加入水并 混合均勻，再使用高速電動攪拌器攪拌20min，最后制備成比較例水煤漿樣品。結(jié)果見表3。
[0028] 比較例2,褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，在表壓為0-0. IMPa和惰性氣體環(huán)境中干燥 溫度控制在280°C，升溫速率在100-150°C/s，停留時間控制在30min。冷卻后的提質(zhì)煤使用 球磨機進行磨煤制樣，鋼球的直徑配比為20mm、12mm和5mm，質(zhì)量配比為20% :50% :30%， 球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在17〇r/min，磨煤時間3min。煤樣使用1mm篩子進行篩分，小于1mm煤樣 加入水和添加劑（ZM-19高效水煤漿添加劑，常州中南化工有限公司生產(chǎn)，以木質(zhì)素為主要 原料，用量為提質(zhì)煤的〇. 3 %，wt)并混合均勻，再使用轉(zhuǎn)速lOOOr/min的攪拌器攪拌20min， 最后制備成實施例水煤漿樣品。結(jié)果見表3。
[0029] 比較例3,褐煤預(yù)先破碎至10mm以下，在表壓為0-0. IMPa和惰性氣體環(huán)境中進行 低溫?zé)峤猓磻?yīng)溫度控制在820°C，升溫速率在100-150°C /s，停留時間控制在30min。冷 卻后的提質(zhì)煤使用球磨機進行磨煤制樣，鋼球的直徑配比為20mm、12mm和5mm，質(zhì)量配比為 20% :50% :30%，球磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定在170r/min，磨煤時間3min。煤樣使用1mm篩子進行篩 分，小于1_煤樣加入水和添加劑（ZM-19高效水煤漿添加劑，常州中南化工有限公司生產(chǎn)， 以木質(zhì)素為主要原料，用量為提質(zhì)煤的〇. 3%，wt)并混合均勻，再使用轉(zhuǎn)速lOOOr/min的攪 拌器攪拌20min，最后制備成實施例水煤漿樣品。結(jié)果見表3。
[0030] 本發(fā)明實施例和比較例所述褐煤選用內(nèi)蒙古褐煤，煤質(zhì)指標(biāo)見表1和表2。
[0031] 表1內(nèi)蒙古褐煤元素分析和工業(yè)分析（wt，％ )

【權(quán)利要求】
1. 一種褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 深度干燥：將粒度小于或等于l〇mm褐煤加入提質(zhì)爐，在常壓和惰性氣體環(huán)境下對褐 煤干燥至含水量小于4%，脫出褐煤中的水分和吸附的氣體； 2) 高溫反應(yīng)：將深度干燥后的褐煤在常壓和惰性氣體環(huán)境下進行高溫反應(yīng)得到提質(zhì) 煤，所述反應(yīng)溫度控制在800°C -1000°C，停留時間控制在20-30min ; 3) 提質(zhì)煤冷卻：將提質(zhì)煤在隔絕空氣環(huán)境下快速冷卻至60°C以下； 4) 磨煤制漿：將冷卻后的提質(zhì)煤磨細(xì)至小于1_后加水制備水煤漿。
2. 如權(quán)利要求1所述的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，所述步驟 (1)中，所述深度干燥的溫度控制在150°C -300°C，停留時間控制在30-40min。
3. 如權(quán)利要求1所述的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，所述步驟 (1)和⑵中的升溫速率為100-150°C /s。
4. 如權(quán)利要求1所述的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，所述步驟 (4)中，將小于1mm的提質(zhì)煤然后加水?dāng)嚢韬笾苽渌簶S，攪拌轉(zhuǎn)速為為1000r/min，攪拌時 間控制在15-20min。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，所述步 驟（4)中，將冷卻后的提質(zhì)煤磨細(xì)至小于1_后加水制備水煤漿時，同時加入了以木質(zhì)素為 主要原料的水煤漿添加劑。
6. 如權(quán)利要求5所述的褐煤高溫提質(zhì)制備高濃度水煤漿方法，其特征在于，所述步驟 (4)中，所述水煤漿添加劑的用量為提質(zhì)煤質(zhì)量的0. 3%。
【文檔編號】C10L1/32GK104449918SQ201410657357
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】李澤海, 曾凡虎, 陳鋼, 楊建國, 黃學(xué)群, 夏吳 申請人:中國五環(huán)工程有限公司