一種水煤漿的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水煤漿的制備方法，特別是涉及一種低階煤、例如褐煤制備高濃 度水煤漿的方法，所述水煤漿特別適合作為氣化用水煤漿。
【背景技術(shù)】
[0002] 水煤漿是廣泛應(yīng)用于煤化工的優(yōu)質(zhì)氣化原料。我國煤炭資源中，褐煤等低變質(zhì)程 度煤，揮發(fā)分高，適合于氣化，但含水量高，可磨性差，難于制成適合于氣化用的高濃度水煤 漿。
[0003] 例如，褐煤大多數(shù)無光澤，真密度在I. 10~I. 40g/cm3,水分高達(dá)30 %~60%， 揮發(fā)分高，灰分高，燃點低，不黏結(jié)，易風(fēng)化變質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)性強，熱穩(wěn)定性差。褐煤特點是 煤化程度低，碳含量低，氫氧含量高，內(nèi)部含氧官能團較多，有醇羥基、酚羥基、羰基、醚氧官 能團等，有人研宄發(fā)現(xiàn)褐煤分子內(nèi)部含氧官能團主要為羥基和羧基，羥基含量在9.0%~ 11. 0%，約每100個碳原子鏈含有10個羥基，且酚羥基的比例要大于60% ;羥基和羧基含 氧量占整個含氧量的54%~66%，剩余的氧元素主要以羰基和醚氧鍵方式存在，含量分別 為全部氧的14%~18%和17%~28%;羧基含量隨煤化程度的提高而減少，約每100個碳 原子鏈含有I. 〇~3. 0個，同時還發(fā)現(xiàn)褐煤內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的醚氧鍵，每100個碳原子鏈有不 到2個醚氧鍵，其含量隨煤化程度提高而降低。
[0004] 目前，作為商業(yè)化生產(chǎn)水煤漿的原料主要是變質(zhì)程度較高的煙煤，煙煤通過研磨， 獲得最佳的粒度級配，加入化學(xué)添加劑后，可制成濃度在60重量％以上的水煤漿。低階煤 特別是褐煤，成煤年代短，芳香核縮合程度低，支鏈和橋鏈較多，致密度低于煙煤，內(nèi)部細(xì)孔 豐富，有較大的孔隙率。同時，其煤核結(jié)構(gòu)支鏈上羧基、羥基等酸性含氧官能團較多，很難制 備出高濃度的水煤漿，褐煤原煤一般最大成漿濃度僅為30 %~50%，不適合于大規(guī)模工業(yè) 應(yīng)用。褐煤等低階煤制水煤漿技術(shù)是目前國際上公認(rèn)的一個難點問題。我國褐煤等低階煤 儲量極為豐富，因此，開發(fā)褐煤等低階煤制水煤漿技術(shù)具有深遠(yuǎn)和重大的意義。
[0005] CN 102344839 B公開了一種高濃度改質(zhì)褐煤水煤漿及其制備方法，其包括褐煤的 改質(zhì)方法和改質(zhì)后的褐煤制漿方法。使用該方法制備的褐煤水煤漿成漿濃度可以達(dá)到56 重量％以上，同時，其表觀粘度可保持在1000mPa*s以下。該方法首先將褐煤進行低溫?zé)?解處理改質(zhì)，然后將改質(zhì)褐煤和少量分散劑按比例進行干磨，再加入一定量的水進行濕磨 制漿即可。使用該方法制備的高濃度改質(zhì)褐煤水煤漿可用作燃料燃燒或大規(guī)模高效氣流床 氣化原料，其中，褐煤改質(zhì)方法是用水或鹽酸浸泡褐煤24-48小時，再磨碎和篩分至其粒度 為5-40目，之后，放入反應(yīng)器內(nèi)用氮氣將反應(yīng)器中的空氣排凈，保持升溫速率為5-30°C / min，將褐煤加熱到300-450°C，恒溫2-4小時。在上述褐煤改質(zhì)過程中，褐煤低溫?zé)峤鈺?放出大量可燃?xì)怏w和焦油，需要進行回收處理。所以，該高濃度改質(zhì)褐煤水煤漿工藝過程復(fù) 雜，處理時間長，成本高，揮發(fā)分損失量較大，對環(huán)境污染也大，所以，其并不是一種具有市 場競爭力的低階煤制水煤漿的優(yōu)選工藝。
[0006] CN 101914401 B公開了一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法，該水煤漿制備工藝 與CN 102344839 B公開的水煤漿制備工藝基本類似，只是熱解處理溫度由300-450°C變?yōu)?600-900°C，所以，其同樣也具有CN 102344839 B公開的水煤漿制備工藝的缺陷。
[0007] CN 103206718 A公開了一種提高低階煤水煤漿成漿性的系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)通過 采用雙立磨系統(tǒng)使煤粉具備更高的堆積效率，增加了煤粉的產(chǎn)量，通過烘干減少了煤粉水 分，增加了煤粉的成漿性。該工藝可將低階煤水煤漿濃度提高至少3%，其通過兩臺立式磨 機制備兩種不同粒度的煤粉，并對它們進行級配來提高水煤漿濃度，但這種工藝提高濃度 的作用有限，如果采用這種工藝，所制得的褐煤水煤漿濃度仍然達(dá)不到氣化水煤漿濃度-57 重量％以上的要求。
[0008] 因此，需要一種過程簡單、節(jié)能環(huán)保、不會釋放大量揮發(fā)分的，特別是需要一種低 階煤、例如褐煤制備高濃度水煤漿的工藝，所制得的水煤漿特別適合優(yōu)先用作氣化用水煤 漿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明人經(jīng)過艱辛的探索和大量試驗，終于找到了這種水煤漿制備新工藝。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種水煤漿的制備方法，其依次包括以下步驟：
[0011] (1)對煤進行粉碎和干燥；(2)對粉碎和干燥的煤進行機械擠壓，以破壞和/或封 閉煤中至少一部分孔隙結(jié)構(gòu)，減少煤中孔隙對水的吸附；（3)對機械擠壓后的煤進行濕法 和/或干法粉磨，再經(jīng)加水、攪拌和濾漿，將其配制成水煤漿，其中，在粉磨階段或水煤漿配 制階段，向煤中或水煤漿中加入分散劑和/或穩(wěn)定劑。
[0012] 通常，在上述制備方法，將煤粉碎至其粒徑小于6mm，將煤干燥至其含水率低于15 重量％，對煤進行擠壓的壓力大于50MPa，所述水煤漿的固含量為58-65重量％，在剪切速 率為IOOS^1的條件下水煤漿的粘度小于1200mPa · S。
[0013] 優(yōu)選地，將煤粉碎至其粒徑小于3_，將煤干燥至其含水率低于10重量％，對煤進 行擠壓的壓力大于80MPa，所述水煤漿的固含量為60-63重量％，在剪切速率為IOOS4的條 件下水煤漿的表觀粘度小于1000 mPa · S。
[0014] 通常，在上述制備方法，所述分散劑是萘磺酸鹽及其縮合物、聚羧酸鹽或木質(zhì)素磺 酸鹽中的任意一種、或任意兩種或兩種以上的混合物，以水煤漿中煤的重量為基準(zhǔn)，所述分 散劑的用量為0. 01-5重量％ ;所述穩(wěn)定劑選自聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素和/或有機膨潤 土，以水煤漿中煤的重量為基準(zhǔn)，所述穩(wěn)定劑的用量為〇. 01-5重量％。
[0015] 在上述制備方法，可采用直接加熱或間接加熱的方式對煤進行干燥；干燥器可選 自氣流干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器或流化床干燥器；干燥介質(zhì)可選自燃燒煙氣、蒸汽或?qū)嵊汀？?采用對輥成型機、沖壓成型機或擠出設(shè)備對煤進行機械擠壓。
[0016] 優(yōu)選地，在上述制備方法，所述煤為低階煤、例如褐煤，制得的水煤漿被用作燃料 燃燒或用于氣化制備合成氣。通常，用錘式、可逆反擊式、齒輥式和/或輥式破碎機對所述 煤進行破碎，優(yōu)選地，用輥式破碎機對所述煤進行破碎。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種水煤漿，所述水煤漿由上述制備方法制得。
【具體實施方式】
[0018] 通過以下描述進一步詳細(xì)解釋本發(fā)明，但以下描述僅用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本發(fā)明的原理和精髓，并不意味著對本發(fā)明進行任何 形式的限制。
[0019] 本發(fā)明所涉及的一種水煤漿的制備方法屬于煤、特別是低階煤的高效利用范疇， 同時，本發(fā)明也提供了一種褐煤制備高濃度氣化用水煤漿的方法。其工藝原理為：原煤干燥 后，通過強力擠壓，原煤內(nèi)部中至少部分孔隙結(jié)構(gòu)被破壞和/或壓閉，導(dǎo)致其氣孔體積大幅 度減小，并大大降低了這些孔隙吸附水的能力，從而大幅度提高了原煤的成漿濃度。
[0020] 由于低階煤、例如褐煤內(nèi)部細(xì)孔豐富，具有較大的孔隙率，因此，上述方法特別適 合用于由低階煤、例如褐煤制備高濃度氣化用水煤漿。本發(fā)明方法可使褐煤水煤漿在表觀 粘度不變的情況下濃度由48-50重量％提高到58重量％以上。
[0021] 本發(fā)明水煤漿的制備方法只是物理加工過程，工藝簡單，節(jié)能環(huán)保、加工成本低、 不會釋放出煤中的揮發(fā)分，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0022] 作為本發(fā)明水煤漿制備方法示例性、而非限制性的實例，水煤漿制備工藝大致如 下，先將原煤、例如包括褐煤的低階煤破碎到粒徑<6mm，接著將其加熱干燥到其含水量為 15重量％以下、優(yōu)選10重量％以下。煤的干燥有利于下一步在擠壓階段煤孔隙結(jié)構(gòu)的破壞 和/或壓閉，其中，干燥器可以是氣流干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器或者流化床干燥器，干燥介質(zhì)可 以是燃燒煙氣、蒸汽或其它熱媒如導(dǎo)熱油，干燥方式可以是直接加熱或者間接加熱。煤干燥 后在例如對輥成型機、沖壓成型機或其它擠出設(shè)備的擠壓裝置中進行強力的機械擠壓，擠 壓的壓力可為>50MPa，優(yōu)選>80Mpa，最后，將干燥和擠壓處理后的原煤用常規(guī)的干法或濕 法水煤漿制造工藝制成水煤漿。
[0023] 采用上述本發(fā)明水煤漿制備方法可將包括褐煤在內(nèi)的低階煤制成濃度為57-65 重量％的高濃度水煤漿，這些高濃度水煤漿在剪切速