CN101985572A - 一种高浓度污泥煤焦浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高浓度污泥煤焦浆及其制备方法和应用。该高浓度污泥煤焦浆包括以下质量分数含量的各组分：20~65%石油焦，0~40%褐煤，5~10%污泥，30~40%水，0.1~2%添加剂，0.1~1.5%污泥改性剂。本发明制备的高浓度污泥煤焦浆合理利用了褐煤和石油焦物理与化学性质的互补性，克服了低级煤与石油焦混合制浆石油焦配比低、成浆浓度低的缺点；成功利用了污泥中的水分、热值，弥补了污泥焦浆中污泥添加量少造成的污泥成分对石油焦互补性差的缺点。所制备的高浓度污泥煤焦浆具有较好的流动性与稳定性，易于储存、输送及雾化，可以作为燃烧或气化原料，具有潜在的规模化工业应用前景。

Description

一种高浓度污泥煤焦浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种污泥、石油焦、褐煤混合浆体及其制备方法，具体涉及一种高浓度污泥煤焦浆及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源短缺与环境污染成为社会可持续发展的核心问题。含水污泥的产量急剧增加，含水污泥的资源化利用是污水处理和坏境保护的重大研究课题。含水污泥的水份高、粘度大、流动性差，热值较低；含有大量的纤维，为絮状胶体结构，不易脱水，属于均匀高固多相流体的范畴。含水污泥的热处理利用能较大程度地达到污泥的减量化、无害化、稳定化，并且能利用其低位热值。但是预干燥处理需要消耗大量的热量，并且会产生有害气体、残渣等二次污染，导致成本高、能耗高、二次污染难治理等问题。

石油焦的物理形态与煤相似，为黑色或暗灰色坚硬固体，是延迟焦化装置在生产轻质油品时的副产物，其产量约占原料油的25%～30%。石油焦是含碳90%～97%，含氢1.5%～8%的碳氢化合物。石油焦中灰分含量一般≤0.5%，挥发分约为11%，品质接近无烟煤，低位发热量约为普通煤的1.5～2倍。因此，石油焦具有灰分低(0.3%～1.5%)、发热量高(30～35MJ/kg)、水分含量低(<3%)等优点。但是石油焦制浆很容易形成胀塑性流体(理想的流型是屈服假塑性)，直接影响到水焦浆的稳定性和水焦浆的泵送、雾化和燃烧。

褐煤其高挥发分和低灰熔点有利于水煤浆燃烧与气化。世界的褐煤储量高达10 250亿吨，其中30.5%(2 070亿吨)存储在亚洲。中国褐煤资源丰富，20世纪末中国已探明褐煤保有储量1 300亿吨，占中国煤炭总储量的13%左右，在未来能源中充当重要角色。但褐煤的芳香核缩合程度较低，有丰富的细孔结构和较多的亲水性基团，使得褐煤难以制备适合气化的高浓度水煤浆。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种高浓度污泥煤焦浆及其制备方法，以实现高效利用含水污泥、石油焦和褐煤等资源，解决环境污染和资源浪费问题。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种高浓度污泥煤焦浆，包括以质量百分含量计的以下各组分：20~65%石油焦，0~40%褐煤，5~10%含水污泥，30~40%水，0.1~2%添加剂，0.1~1.5%污泥改性剂。

其中，所述添加剂为萘磺酸盐、聚羧酸盐和木质素磺酸盐之中的一种或任意几种混合。常用的添加剂有萘磺酸钠、聚羧酸钠以及木质素磺酸钙等。所述污泥改性剂为碳酸盐、磷酸盐、氢氧化物等碱性物质中的一种或任意几种混合。常用的污泥改性剂有碳酸钠、磷酸钠以及氢氧化钙等。固体颗粒的粒径不超过0.3mm。

所述的高浓度污泥煤焦浆，其固体含量为60%~70%(质量分数)。

所述的石油焦是原油经蒸馏将轻质油分离后，重质油再经热裂解过程后转化而成的产品，从外观上看，焦炭为形状不规则，大小不一的黑色块状（或颗粒），有金属光泽，焦炭的颗粒多具孔隙结构，主要的元素组成为碳，占有80wt%以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素。本发明选取的石油焦为延迟焦化装置在生产轻质油时的副产品，其固定碳含量在90%以上，发热量在30MJ/kg以上。

所述的褐煤挥发份大于其干燥无灰基的30%以上，含氧量大于其干燥无灰基的10%。

所述的含水污泥含水率为75%~98%(重量)；包括城市生活污水处理厂产生的污水污泥，工业废水处理产生的废水污泥，造纸厂废水产生的造纸污泥，河流、池塘等自然水体产生的污泥等。

一种制备上述的高浓度污泥煤焦浆方法，包括以下步骤：

（1）利用搅拌器搅拌混合均匀污泥改性剂和含水污泥，静置2h以上，形成改性含水污泥。

（2）分别预粉碎石油焦和褐煤，使其粒径不超过0.3mm；

（3）将水、步骤（2）制备的石油焦和褐煤、添加剂和步骤（1）制备的改性含水污泥加入球磨机，球磨湿法制浆，球磨0.5~1h，形成初始污泥煤焦浆；

（4）利用过滤器对步骤（3）的初始污泥煤焦浆进行过滤处理；

（5）利用螺杆泵将过滤后的初始态污泥煤焦浆输送到搅拌罐进行充分搅拌；制备出高浓度污泥煤焦浆，并对其进行质量检验，完成后转入储浆罐即可。

所述制备出的的高浓度污泥煤焦浆，其固体含量为60%~70%(质量分数)。

本发明制备的高浓度污泥煤焦浆可以作为燃料燃烧或气化原料使用，充分利用了污泥中的水分、热值，褐煤中的挥发份、灰分，石油焦中的高含碳量、高热值等各组成物质的优点。克服了处理含水污泥能耗高、二次污染严重，褐煤成浆浓度低，石油焦浆稳定性差、燃尽率及燃烧效率低等缺点。

本发明克服了污泥煤浆需要变质程度高的高质量煤，污泥煤浆成浆质量分数低，热值损失大；污泥焦浆所用污泥质量份额少，污泥成分不足以弥补石油焦化学活性；煤焦浆在保证浆体呈假塑性流体的前提下，石油焦不能与煤任意比例混合制浆等一系列的缺点与不足。该制备方法具有提高污泥煤焦浆成浆性的优点及效果。成浆浓度可以提高到60%以上，同时表观粘度在1000mpa.s以下，无需额外添加稳定剂，长时间放置不会产生硬沉淀，流动性好，易于储存、输送与雾化，适合用作燃烧和气化的混合浆体燃料。

有益效果：本发明将高含水率污泥、石油焦和褐煤混合制备高浓度污泥煤焦浆。有效利用了污泥中的水分、热值，弥补了污泥添加量少造成的污泥成分对石油焦互补性差的缺点；合理利用了褐煤和石油焦物理与化学性质的互补性。制备的高浓度污泥煤焦浆实现了褐煤与石油焦的任意比混合，克服了低级煤与石油焦混合制浆石油焦配比低、成浆浓度低的缺点。所制备的高浓度污泥煤焦浆具有较好的流动性与稳定性，易于储存、输送及雾化，可以作为燃烧燃料或气化原料，具有潜在的规模化工业应用前景。

附图说明

附图是本发明制备高浓度污泥煤焦浆的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释。

实施例1

一种高浓度污泥煤焦浆，包括以下质量分数的各组分：10%含水污泥，1.5%污泥改性剂，20%石油焦，38.4%褐煤，30%水和0.1%添加剂。其中，添加剂为萘磺酸钠，污泥改性剂为碳酸钠。

制备上述高浓度污泥煤焦浆的方法，如附图所示的工艺流，其具体步骤如下：

（1）将碳酸钠和含水污泥按比例混合，利用搅拌器搅拌混合均匀，静止放置2h以上，形成改性含水污泥。

（2）将块状石油焦进行一次机械破碎至粒度8mm；再进行二次机械破碎，达到粒度2mm的粉状；

（3）将块状褐煤进行一次机械破碎至粒度8mm；再进行二次机械破碎，达到粒度2mm的粉状；

（4）将经过称量的石油焦粉、改性含水污泥、褐煤粉、萘磺酸钠和水送入球磨机，进行连续湿式球磨机制浆；

（5）石油焦粉、改性含水污泥、褐煤粉、萘磺酸钠和水经过球磨机在强力磨制下形成初始污泥煤焦浆；

（6）利用过滤器将初始形态的污泥煤焦浆进行50目多孔筛过滤处理；

（7）过滤后的初始态污泥煤焦浆利用螺杆泵输送到具有搅拌器的搅拌罐进行充分搅拌；

（8）对搅拌均匀的高浓度污泥煤焦浆进行质量检验；

（9）将检验合格的高浓度污泥煤焦浆用泵输入具有搅拌器的储浆罐作为产品待用。

对所制得的高浓度污泥煤焦浆的质量指标进行检测，各质量指标如下：

①  浓度：60%±0.5%(质量)；

②  表观粘度在800mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化；

③  浆体中固体颗粒粒径小于0.3mm。

实施例2

一种高浓度污泥煤焦浆，包括以下质量分数的各组分：7%含水污泥，1%污泥改性剂，30%石油焦，32%褐煤，28%水和2%添加剂。其中，添加剂为木质素磺酸钙，污泥改性剂为磷酸钠与碳酸钠1:1混合物（质量比）。

制备高浓度污泥煤焦浆的方法，配制过程同实施例1。

对所制得的高浓度污泥煤焦浆的质量指标进行检测，各质量指标如下：

①  浓度：64%±0.5%(质量)；

②  表观粘度在1000mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化；

③  浆体中固体颗粒粒径小于0.3mm。

实施例3

一种高浓度污泥煤焦浆，包括以下质量分数的各组分：5%含水污泥，0.1%污泥改性剂，65%石油焦，0%褐煤，28.4%水和1.5%添加剂。其中，添加剂为聚羧酸钠与萘磺酸钠1：3混合物（质量比），污泥改性剂为氢氧化钙。

制备高浓度污泥煤焦浆的方法，配制过程同实施例1。

对所制得的高浓度污泥煤焦浆的质量指标进行检测，各质量指标如下：

①  浓度：67%±0.5%(质量)；

②  表观粘度在1200mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化；

③  浆体中固体颗粒粒径小于0.3mm。

Claims (9)

1.一种高浓度污泥煤焦浆，其特征在于，包括以质量百分含量计的以下各组分：20~65%石油焦，0~40%褐煤，5~10%含水污泥，30~40%水，0.1~2%添加剂，0.1~1.5%污泥改性剂；其中，添加剂为萘磺酸盐、聚羧酸盐和木质素磺酸盐中的一种或任意几种混合，污泥改性剂为碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物中的一种或任意几种混合。

2.根据权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆，其特征在于：所述的石油焦的固定碳含量在90%以上，发热量在30MJ/kg以上。

3.根据权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆，其特征在于：所述的褐煤的挥发份大于其干燥无灰基的30%以上，含氧量大于其干燥无灰基的10%。

4.根据权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆，其特征在于：所述的含水污泥包括城市生活污水处理厂产生的污水污泥、工业废水处理产生的废水污泥、造纸厂废水产生的造纸污泥和自然水体产生的污泥，其含水率为75~98%。

5.根据权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆，其特征在于：所述的高浓度污泥煤焦浆的固体含量为60~70%。

6.一种制备权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用搅拌器搅拌混合均匀污泥改性剂和含水污泥，静置2h以上，形成改性含水污泥；

（2）分别预粉碎石油焦和褐煤，使其粒径不超过0.3mm；

（3）将水、步骤（2）制备的石油焦和褐煤、添加剂和步骤（1）制备的改性含水污泥加入球磨机，球磨湿法制浆，球磨0.5~1h，形成初始污泥煤焦浆；

（4）利用过滤器对步骤（3）的初始污泥煤焦浆进行过滤处理；

（5）利用螺杆泵将过滤后的初始态污泥煤焦浆输送到搅拌罐进行充分搅拌；制备出高浓度污泥煤焦浆，并对其进行质量检验，完成后转入储浆罐即可。

7.根据权利要求6所述的制备高浓度污泥煤焦浆的方法，其特征在于：所述的制备出的高浓度污泥煤焦浆的固体含量为60~70%。

8.权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆在用做燃料燃烧中的应用。

9.权利要求1所述的高浓度污泥煤焦浆在用做气化原料中的应用。

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