CN101323803A - 一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法 - Google Patents

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樊义龙
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Abstract

本发明属于洁净煤技术领域，提供了一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法。其特征以褐煤在中低温条件下热解得到的半焦为原料，以木质素磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩聚物或二者的复配物为分散剂。褐煤半焦在添加少量分散剂的条件下，可制得浓度为60％左右、具有优良流动性和稳定性、适用于气化的水焦浆。本发明的效果和益处是在满足水焦浆气化要求的前提下，可降低制浆过程中原料和分散剂的成本。

Description

一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法
技术领域
本发明属于洁净煤技术领域，涉及一种以褐煤半焦为原料，通过添加单一或复配物为分散剂，得到适用于大型水煤浆气化炉使用且性能良好的水焦浆。
背景技术
水煤浆是指含60％～70％的煤，29％～39％的水以及1％左右的添加剂所得到的一种粗分散体系。最早是由美国科学家在上世纪40年代受重油气化的启发而提出的，目的在于降低粉煤气化的成本，减少对环境的污染。随着石油资源的减少和油价的不断上升，从煤生产液体燃料和化学品的新型煤化工技术研究和产业化得到广泛的重视，而煤炭气化生产合成气是新型煤化工的龙头。其中以水煤浆为原料的大型气化技术(如德士古煤气化技术)不仅存在环境污染小，气化成本低，而且具有合成气中H2/CO比例高，工业应用成熟等优点，得到广泛的应用。
在整个水煤浆的制备过程中，原料及添加剂的成本占到总成本的70％以上。因此如何进一步降低这部分成本成为水煤浆技术研究的重点。而在影响水煤浆性能的因素中，煤与分散剂的性质直接决定了成浆性能的优劣。在煤的性质中，煤表面的含氧官能团的量对煤的成浆性能的影响最大。煤表面含氧官能团的含量决定煤亲水性的强弱，这在很大程度上决定了分散剂在煤表面的吸附。一般认为煤表面含氧官能团的量越少，则分散剂在煤表面越能有效地吸附，得到煤浆的表观粘度越低，成浆性能越好。因此为了得到成浆性能良好的水煤浆，传统制备水煤浆的原料一般以表面含氧官能团含量较少的烟煤、无烟煤等高阶煤为主，而褐煤虽然价格低廉，但由于表面含氧官能团含量高而不能直接得到性能良好的煤浆。对褐煤进行化学或物理预处理(Y.K.Leong，et al.RheologicaActa.32：277-285(1993))，虽然可以提高水煤浆的成浆性能，但同时也增加了制浆成本。褐煤经热解得到半焦可作为褐煤提质的重要方法，不仅可以获得部分油品和煤气，而且可以改变褐煤的利用方法。褐煤经热解处理后得到的半焦表面含氧官能团的含量远低于褐煤，平衡含水量与烟煤相当，因此可以制成水焦浆后进行输送和进一步的加工。本发明是在对褐煤热解和对半焦性质研究基础上，提出以褐煤半焦为原料制备水焦浆，并筛选出性能优良的木质素磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩聚物或二者的复配物为分散剂。特别是采用复配物为分散剂时，可产生正向协同作用。结合了木质素磺酸钠具有成本低廉、制备的浆体稳定性良好的特点以及萘磺酸钠甲醛缩聚物为分散剂制备的浆体具有流动性好的特点，使制备得到的水焦浆浆体性能好，不仅满足气化要求，而且降低了制浆成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法，该方法是以褐煤热解产物半焦为原料，采用木质素磺酸钠或萘磺酸钠甲醛缩聚物或二者的复配物为分散剂，得到适用于气化，成本低廉，性能良好的水焦浆。
本发明的技术方案如下：
本发明所用半焦是以内蒙古霍林河褐煤为原料，在300-700℃温度下经固体热载体快速热解得到。半焦经过干法球磨，得到制浆用半焦的粒度范围在250μm以下，其中小于70μm占70％以上。
所用分散剂木质素磺酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物均为工业应用的商品，分散剂添加量为0.05％～1.5wt％(干基煤重)，两者复配使用时，木质素磺酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物的质量比为1∶9～9∶1。
先将水加入到含有一定量分散剂的容器中，在恒温水浴中低速搅拌使其完全溶解，然后把制浆用半焦逐渐加入溶液中，同时缓慢提高转速。当全部半焦加入到含有分散剂的溶液中时，将转速调到800～2000rpm，并恒速搅拌6～40min，即得到水焦浆。
稳定性以密封保存7天，然后以析出水的体积占水焦浆中总水体积的比率，以及产生沉淀的形式(硬沉淀还是软沉淀，后者可以通过简单的搅拌恢复到水焦浆的初始状态)来评价。
浓度测定是将3g左右的水焦浆在105℃烘干至恒重，通过计算前后质量差而得到。
表观粘度的测定在剪切速率为344s-1，25℃条件下进行。
本发明的效果和益处是采用本方法得到的水焦浆的浓度在60％左右，流动性好，易于泵送，稳定性良好，不易析水，适合气化；而且选用的两种阴离子分散剂木质素磺酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物均来源广泛，故分散剂的成本较低，尤其是复配后兼具效果良好和成本低廉的特点。
具体实施方法
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1：
选用450℃下褐煤热解得到的半焦(Mad＝4.3％)，分散剂为萘磺酸钠甲醛缩聚物，添加量为0.2wt％。将分散剂加入到一定体积的水中，低速搅拌至分散剂全部溶解。然后缓慢将经过级配的半焦逐次加入含有分散剂的水中，同时缓慢提高转速。当半焦全部加入水中后，将转速提高到1000rpm，并恒速搅拌10min，即得到产品水焦浆。然后依次进行稳定性、粘度、浓度的测定。
得到的水焦浆性质见表1中序号1。水焦浆浓度为60.21％，表观粘度550mPa.s，7天后无析水，无任何沉淀，流动性良好。
实施例2：
对在不同热解温度下得到半焦，采用不同分散剂、不同添加量以及不同复配比例下，使用与实例1相同的实验方法制备得到水焦浆。水焦浆的浓度、表观粘度以及水焦浆稳定性(即放置7天后析水率以及7天后沉淀形式)等性质见表1。
从水焦浆的浓度、表观粘度以及稳定性等参数，实例中得到的水焦浆均能满足水煤浆气化炉的要求。
表1：制备水焦浆的条件和基本性质
序号 分散剂   添加量(wt％)   半焦温度(℃)   浓度(％)   表观粘度(mPa.s)   7天后析水率(％)   7天后沉淀形式
  1  NSF   0.2   450   60.21   550   0   无沉淀
  2  NSF   0.2   540   60.05   650   15.08   软沉淀
  3  SL   0.2   540   59.91   700   0   无沉淀
  4  SL   0.2   600   60.23   650   6.50   软沉淀
  5  SL   0.4   540   60.05   620   0   软沉淀
  6  SL   1.0   450   60.30   420   0   无沉淀
  7  SL∶NSF＝2∶3   0.2   600   60.42   371   5.15   软沉淀
  8  SL∶NSF＝2∶3   0.4   510   60.08   375   7.23   软沉淀
  9  SL∶NSF＝2∶3   1.0   540   59.80   370   9.25   软沉淀
  10  SL∶NSF＝1∶1   0.2   450   60.14   375   0   软沉淀
  11  SL∶NSF＝1∶1   0.2   510   60.14   332   1.64   软沉淀
  12  SL∶NSF＝1∶1   0.2   540   60.14   375   2.60   软沉淀
  13  SL∶NSF＝1∶1   0.4   600   60.39   325   7.55   软沉淀
  14  SL∶NSF＝1∶1   1.0   540   60.16   358   9.58   软沉淀
  15  SL∶NSF＝4∶1   0.2   450   60.42   320   9.72   软沉淀
  16  SL∶NSF＝4∶1   0.6   600   60.55   390   3.10   软沉淀
  17  SL∶NSF＝4∶1   1.0   510   60.14   370   8.52   软沉淀
注：SL-木质素磺酸钠
NSF-萘磺酸甲醛缩聚物

Claims (4)

1.一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法，其特征在于：以褐煤半焦为原料，通过添加分散剂制成水焦浆；添加的分散剂为木质素磺酸钠或萘磺酸钠甲醛缩聚物，或是两者的复配物。
2.根据权利要求1所述的一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法，其特征还在于，所用褐煤半焦为褐煤在300℃～700℃下热解得到的固体产物。
3.根据权利要求1所述的一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法，其特征还在于，分散剂的添剂量为0.05wt％～1.5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种以褐煤半焦为原料制备水焦浆的方法，其特征还在于，所用的分散剂为木质素磺酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物的复配物时，复配比例为1∶9～9∶1。
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