專利名稱：制備濃縮水煤懸浮液及其管道輸送的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備濃縮水煤懸浮液及其通過管道輸送所述懸浮液的方法。
水中的微細碎煤濃縮懸浮液(最大直徑300≤μm)(稱CWM)，其無需初級脫水可直接供給鍋爐，象例如英國專利2099451號所公開的，構(gòu)成了一個為了使其轉(zhuǎn)換成含煤燃料的有意義的選擇，所述鍋爐是用燃油工作的，因此不能使用固體燃料。
當(dāng)煤被從采掘場所到使用場所長距離傳輸時，在采掘場所設(shè)置有懸浮液制備裝置，從經(jīng)濟上和環(huán)境上講使用這種懸浮液是尤其有利的。
在整個系統(tǒng)中，為了補償生產(chǎn)和使用的周期變化，在煤炭輸送管道的起始和終端站設(shè)置有水煤懸浮液的貯存罐，其貯存時間可以超過2個月。
CWM的最重要的技術(shù)性能是燃燒性能以及泵送和貯存穩(wěn)定性。因此，一個最佳配方應(yīng)該考慮這些性能，并且，為了保持有限的花費，同時應(yīng)使附加的添加劑量最少。
使懸浮液能作為燃料的高煤濃度(≥60%，最好≥70%重量比)，僅能通過使用分散劑并選擇適當(dāng)?shù)念w粒分布而獲得。
可作為分散劑的有，陰離子和陽離子表面活性劑，高分子非離子物(例如從烷基苯酚或亞烷基二醇或亞烷基二胺衍生的烯化氧共聚物)和聚電解質(zhì)，尤其是包含多核的烷基取代的芳烴部分并且有超過300的較高的分子量的磺化表面活性劑。其中，本發(fā)明列舉了與甲醛縮合的烷基萘磺酸單價陽離子鹽，和其中商品名稱為Daxad15(W、R、Grace)和Fluidix05(Bozzetto)的已知化合物。
在其他條件是相同的前提下，懸浮液的粘度取決于分散劑的添加量。起初，粘度隨添加量的增加而減少。因為分散劑代表出有意義的成本(約30%的懸浮液產(chǎn)品的成本)，添加添加劑應(yīng)適當(dāng)?shù)南拗?，直到獲得最小的粘度值。
當(dāng)添加劑量增加到最佳值之上時，不再能獲得流動性的改善;反之在許多情況下能觀察到粘度小量的增加，并且，產(chǎn)品的成本增加了。在不理想的配方的情況下，眾所周知的長時間的泵送操作中懸浮液粘度隨時間而變化，因為泵送引起添加劑的消耗，導(dǎo)致在水溶液中游離的添加劑濃度減少，添加劑會通過離心或過濾懸浮液而被從懸浮液中分離(參閱英國，StratforduponAvon，“在管道中水力傳送固體”1988第11期國際會刊)。
如果在泵送不被控制情況下，由于添加劑消耗引起的所述粘度的增加，懸浮液的粘度可以達到這樣的高的程度，以致懸浮液變得難以泵送。
到目前為止已知的為改善泵送穩(wěn)定性的方法(見德國專利3，621，319)包括在粉碎階段已加入過量的分散劑，該量超過上面為獲得最小粘度而定義的最佳量。由于輸送所需的過量添加劑取決于許多因素，尤其是煤的物理和化學(xué)性質(zhì)(例如，化學(xué)組成，表面的親水-親脂性平衡(HLB)，吸水性，機械耐磨性，顆粒分布，顆粒形狀，孔率分布)，混合物性質(zhì)(如固體物濃度、流變性、聚集或絮凝度)和在輸送過程中流體動力學(xué)情況，包括通過泵的通道，顯然這種過量僅能被近似確定。
考慮來自可能抵估造成的相當(dāng)?shù)膿p壞，實際上采用保守的標(biāo)準，以致添加量經(jīng)常超過被認為是用于輸送的精確的必需量。
事實上，被要求(德國專利3621319AL)為可能獲得最小粘度的量(最小粘度量)的高達800%的分散劑的量。當(dāng)我們可能這樣做時，甚至是在穩(wěn)定添加劑的存在下，將導(dǎo)致在懸浮液靜態(tài)穩(wěn)定性方面產(chǎn)生明顯的負作用。
現(xiàn)在我們已找到克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點的方法。實際上按照本發(fā)明方法，煤水混合物不需使用過量分散劑即可泵送和穩(wěn)定的貯存。
因此，本發(fā)明涉及制備和通過管道輸送濃縮的水煤混合物的方法，其包括-通過在一種或多種分散劑存在下濕磨制漿的步驟;
-通過一個或多個泵站經(jīng)管道的輸送步驟;其特征在于-在制漿步驟中，添加為了獲得最小粘度所必需的分散劑的最小添加量，最小粘度在流動剪切速率為10秒-1下為0.8至1.5泊(Pas)。
-在泵送步驟中，以一定數(shù)量一份或多份地添加更多的分散劑，以限制粘度的增加低于初始煤漿粘度值的30%。
在較佳實施例里，在泵送步驟添加的添加劑要使煤漿粘度的增加能夠限制到小于初始煤漿粘度值的20%。
在煤漿泵送步驟中添加劑的添加可用安裝在管道上的粘度計控制，當(dāng)粘度超過預(yù)先限定值時粘度計啟動添加劑計量裝置，最好管道上的粘度計和添加劑計量裝置被安置在泵站通過泵通道引起的湍流使添加到懸浮流中的分散劑獲得良好的分散。
術(shù)語“煤水濃縮混合物”指的是微細的碎固體燃料的液態(tài)懸浮液，其中所述固體燃料為褐煤、次煙煤、低級無煙煤、無煙煤、焦煤和通過煤的熱處理而得到的其他產(chǎn)品、石油產(chǎn)品焦碳、石墨和其他高碳含量的化合物。
煤也可以來自脫礦質(zhì)和/或脫硫過程，尤其是經(jīng)選擇性附聚過程得到(參見美國專利4，776，859)。本發(fā)明的懸浮液能包含，例如從40%至85%，最好從55%到80%的固體燃料，其有平均直徑≤200μm，最好≤50μm的顆粒分布，尤其優(yōu)選由兩組不同平均尺寸的顆粒構(gòu)成兩峰顆粒分布，其中第一顆組平均尺寸在200至50μ的范圍內(nèi)，第二顆粒組的平均尺寸在1至40μm范圍內(nèi)。
然而本發(fā)明的特殊目的是分散劑的添加的形式，據(jù)此在制漿步驟中僅添加一部分添加劑，即，該部分相應(yīng)于由在懸浮液中的固體成份類型和濃度確定的最小粘度值，添加劑的剩余部分隨后在泵送步驟中并作為較多的部分添加，并且僅僅在粘度超過了流動泵送粘度的5%至50%的預(yù)定量時才添加。
在泵送過程所加的分散劑的量是根據(jù)上面提到的參數(shù)而變化。
作為分散劑，可使用陰離子的、陽離子的、非離子的和兩性的化合物，它們或者作為單獨的化合物，或者作為混合物。較好是可作為堿金屬或銨鹽使用的陰離子磺化分散劑，更好的是與甲醛縮合的萘磺酸銨鹽或烷基萘磺酸鹽的堿金屬鹽或銨鹽。
在CWM制備步驟中，為了有最高的流動性所必需的最小量是許多參數(shù)，尤其是煤的類型、其在煤漿中的濃度、添加劑類型的函數(shù)。
為了所述的目的，為了在濃縮煤漿的制備階段獲得最高的流動性，所必需的與甲醛縮合的萘磺酸鹽類型的磺化添加劑的最低濃度相對于整個煤漿重量而言是在0.4%至1.5%。
為了舉例的目的，為了獲得以煤的重量計含量為62%的懸浮液的最小粘度所必需的Daxad15的最低濃度為1.0%(重量)(以懸浮體重量為基礎(chǔ))，所述的煤有如表1所述的特征。
除了水，固體燃料和分散劑之外，本發(fā)明的懸浮液可以包括水溶混有機物質(zhì)(如，象甲醇、乙醇等那樣的C1-C6的脂族醇)、防泡劑、穩(wěn)定添加劑(如意大利專利20456A/85所公開的膨潤土、多糖、黃源膠和聚丙烯酰胺)、生物殺傷劑和其他流體或半流體燃料(如燃油、石油殘渣、石腦油、粗柴油等等)。
本發(fā)明的懸浮液的生產(chǎn)方法能通過不同步驟進行，最好象英國專利2，099，451號公開的采用兩步濕磨步驟。
與在煤漿制備階段由一次添加分散劑構(gòu)成的溶液相比，本發(fā)明提供方法的優(yōu)點是在相同的泵送性能條件下，煤漿有較高的靜態(tài)穩(wěn)定性，能夠在起始站和終點站長期貯存。
下面的例子用于更好的說明本發(fā)明。
實施例哥倫比亞煙煤(其性質(zhì)見表1)的各種含水懸浮液用兩步濕磨法制備(如英國專利2，099，451公開的)-使用Daxad15作為分散添加劑(以下簡稱“D15”)，并且在同樣情況下膨潤土作為穩(wěn)定添加劑。研磨時間被如此控制以致達到對于所有懸浮液具有同樣的顆粒分布，其特征是具有20±1μm的平均直徑和具有7.0±0.5%的超過200μm的篩上部分。
懸浮液的粘度用以10秒-1為長距離輸送剪切速率的標(biāo)準運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)粘度計測量。
懸浮液泵送性能由實驗室試驗?zāi)M(來源于AICHE雜志1957年卷3第1號第3頁Metzner和Otto提供的方法和在過去已描述過，即“在管中用水力傳輸固體”的第11屆國際會刊)，在該試驗中懸浮液被以恒定的旋轉(zhuǎn)速度處理，這樣相當(dāng)?shù)募羟兴俾适?0秒-1，并且連續(xù)測量扭矩。通過用公知的粘度流體適當(dāng)校準，扭矩信號被轉(zhuǎn)換成粘度。
實驗結(jié)果用為達到初始粘度值的兩倍的粘度值所需的時間或用在預(yù)定攪拌時間之后，相對于最初粘度值的粘度增加的百分率來指示性地概括。
在低剪切速率值下泵送性能象上面那樣模擬，但在相當(dāng)于剪切速率是1秒-1的旋轉(zhuǎn)速度下運轉(zhuǎn)。在攪拌試驗的結(jié)束時的沉降物高度通過用15克重的剛性有機玻璃棒穿透所述沉降物被評價(“棒穿透試驗”)，該高度用于評價煤懸浮液的穩(wěn)定性(如英國化工雜志1985年31卷第175頁)。
試驗結(jié)果由支持棒重的沉降物的高度來概括。
通過在20℃恒溫下在玻璃管(內(nèi)徑40mm，使用高度450mm)內(nèi)的沉降試驗評價靜態(tài)穩(wěn)定性。在固定的60天的貯存時間結(jié)束時，管內(nèi)物被細分成三部分頭、中間和底部，并且對于每一部分，固體物質(zhì)的濃度用重力法來確定。該試驗結(jié)果用參數(shù)“沉降百分率”%S指示，如下計算%S＝(CF-C平均)×100/(C最大-C平均)C平均＝(CT+CM+CF)/3其中CT、CM、CF分別是固體物在頭、中間和底部的濃度;C最大是固體物的最大堆集濃度，其通過以每分鐘20.000轉(zhuǎn)離心分離懸浮液20分鐘而在測試管的底部區(qū)域獲得的(等效于49.000倍的重力加速度)。
當(dāng)被如此限定時，沉淀物百分率%可以在0到100范圍變化，0表示具有均勻濃度分布(CT＝CM＝CF)的完全穩(wěn)定的懸浮液，100表示完全不穩(wěn)定的懸浮液，CF＝C最大。在后一種情況下，沉降物的性能象固體，顯然不再可泵送。
表1煤的特性水份6.1%-W揮發(fā)物36.4%-W灰份6.6%-W固定碳(不同的)50.9%-W碳69.9%-W氫5.4%-W氮1.5%-W硫0.6-W氧(不同的)16.0%-W總熱值28,800千焦/千克＊%-W＝重量百分比實例1制備包括62.0%的哥倫比亞煤和變量的D15的五種含水懸浮液，該煤有表1表示的特征。為了獲得最小粘度值D15的最佳量是1.0%(見表2)。
表2懸浮液編號 D15濃度在10秒-1(基于懸浮液和重量%)的粘度(泊)10.51020.72.831.01.2041.21.2151.51.29實例2對懸浮液編號2、3、4和5進行泵的穩(wěn)定性和沉降試驗。用使粘度值達到兩倍于最初粘度值所需時間表示的泵送穩(wěn)定性在相同的攪拌條件下隨D15量的增加而增加。相反，靜態(tài)穩(wěn)定性隨D15的增加而減少(見表3)表3懸浮液編號泵送穩(wěn)定性沉降物(小時)(%)23112327018443075567389實例3相應(yīng)于最小粘度值的懸浮液3號(見表2)經(jīng)過模擬泵送試驗，其中，一旦粘度相對于最初粘度值增加5%時，通過滴定管在懸浮液中加入另外一份分散劑。這個試驗在預(yù)定的270小時中進行，相等于實施例2的沒添加分散劑的同一懸浮液3號(表3)的試驗時間。D15的總量(即，制備階段D15的添加量，加上試驗期間D15的添加量)以懸浮液的重量計為1.2%。
具有相同攪拌時間的結(jié)果在表4中報道，其中包括由實例2(其中所有添加劑在制備步驟添加)得到的那些結(jié)果。在表4的第三欄表述了攪拌270小時后粘度百分率的增加。在D15的總量是相同的前提下(1.2%的重量)，獲得等效的攪拌穩(wěn)定性。
表4懸浮液編號D15的總濃度(重量百分比)粘度的增加量31.0100%3+附加物1.25%41.25%51.50%實例4對已經(jīng)過如例3的270小時模擬泵送試驗的試樣進行靜態(tài)穩(wěn)定性試驗，其結(jié)果表述于表5。
D15總量相同，得到等效的靜態(tài)穩(wěn)定值。
我們提醒，在泵送步驟之前，與懸浮液4號相比，懸浮液3號顯示出較高的沉降穩(wěn)定性(見表3)。
表5懸浮液號D15總濃度(重量百分比)攪拌試驗之后的沉降百分率3+附加物1.216%41.218%51.585%
具有大量的D15的懸浮液5號相反比懸浮液3和4號得到小得多的穩(wěn)定性。
實例5(比較實例)對懸浮液3、4和5號，進行270小時預(yù)定時間的低剪切速率泵送的模擬試驗，所得結(jié)果表述于表6。
具有大過量的D15的懸浮液5號，顯示沉降跡象。
表6懸浮液編號D15濃度(重量百分比)沉降高度(毫米)31.0041.2051.58實例6(比較實例)四種相同粘度(在10秒-1時1.20泊)和同樣含量的D15(1.2重量)的懸浮液用不同量的煤和起穩(wěn)定劑作用的膨潤土制備。用基于懸浮液約1.5%的膨潤土含量，但以煤含量大量下降(按重量計從62降低至57%)為代價才能得到懸浮液3號，即具備最小粘度值(參見表2)的懸浮液的相同的靜態(tài)穩(wěn)定性。對于僅有57%重量的煤的懸浮液，由于其的低熱值，將難以產(chǎn)生燃燒。
其結(jié)果表示在表7中。
表7懸浮液編號煤濃度(重量百分比)膨潤土濃度沉淀(%)(重量百分比)3*62.0沒有18660.50.550758.91.025857.21.515955.52.09
＊D15＝1.0(重量)，以懸浮液為基準(與1.2%(重量的其他懸浮液6、7、8和9號相比較)
權(quán)利要求
1.制備和通過管道輸送濃縮的煤水混合物的方法，其包括-通過在一種或多種分散劑存在下濕磨的制漿步驟；-通過一個或多個泵站，通過管道輸送的步驟；其特征在于-在制漿步驟中，添加對于得到最小粘度是必需的最少量的分散劑，該最小粘度在剪切速率為10秒-1的情況下為0.8至1.5泊；-在泵送步驟，一部分或多部分地加入添加分散劑，其數(shù)量要限制粘度的增加低于最初煤漿粘度的30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在泵送階段，相對于最初煤漿粘度添加的添加劑使得煤漿粘度的增加，被限制到低于20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2的方法，其中分散劑或分散劑的混合物為磺化分散劑及其堿金屬或銨鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中分散劑為與甲醛縮合的萘磺酸鹽或烷基萘磺酸鹽的堿金屬或銨鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的方法，其中，在煤漿泵送步驟中分散劑的添加由安裝在管道上的粘度計控制，當(dāng)預(yù)定的粘度值被超過時，粘度計啟動添加劑計量裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，管道上的粘度計和添加劑計量裝置安裝在泵站內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備濃縮的煤水分散體和通過管道輸送所述分散體的方法，這是通過添加分散劑的特殊形式實現(xiàn)的。這種方法還能改善懸浮液的貯存穩(wěn)定性。
文檔編號F16D3/12GK1075743SQ93102059
公開日1993年9月1日 申請日期1993年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月29日
發(fā)明者L·佩萊格里尼, E·吉拉迪, D·厄科蘭尼 申請人:埃尼里塞爾什聯(lián)合股票公司, 斯南普羅吉蒂聯(lián)合股票公司