CN102260556A - 一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤化工技术领域。一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，以褐煤低温热改质半焦为原料，经过球磨，通过粒径级配得到制浆用半焦，制浆用半焦与分散剂水溶液混合制得水煤浆。本发明添加较少分散剂的条件下，结合高速搅拌可得到的水煤浆的浓度在60%左右，流动性好，易于泵送，稳定性良好，不易析水，适合气化或燃料；而且选用的分散剂均来源广泛，故分散剂的成本较低，尤其是复配后成本更低，在满足水煤浆气化要求的前提下，大幅降低制浆过程中原料和分散剂的成本。

Description

一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆及其制备方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，涉及水煤浆，另外本发明还涉及水煤浆的制法。
背景技术
水煤浆是一种新型、洁净、环保的以煤来代油的清洁燃料。通常所说的水煤浆是指60%左右的干煤粉、40%左右的水和少量添加剂经过搅拌等一系列加工而制成的具有一定流动性的稳定浆体。以煤粉同水调制成煤浆进行直接燃烧的设想追溯到1879年Muusell和Smith提出了煤浆及潜在的用途。燃用水煤浆与直接燃煤相比，具有燃烧效率高、负荷易控制、对环境友好、存放安全等诸多优点。水煤浆的制备工艺通常包括选煤、破碎、磨矿、加入添加剂、(捏混)、搅拌与剪切，以及剔除超粒与杂物的滤浆等环节，一般水煤浆制备时搅拌速度为1000rpm以下。随着石油资源的枯竭，煤气化生产合成气越来越受到人们重视，以水煤浆为原料气化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。
在整个水煤浆的制备过程中，煤自身的性质直接决定了成浆性能的优劣。煤的内在水分和含氧官能团的含量对煤的成浆性能的影响最大，而内在水分和含氧官能团又有着密切的关系。原因是煤表面含氧官能团羧基和酚羟基的含量决定了煤亲水性的强弱。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，而褐煤虽然成本远低于高阶煤，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。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，是针对成浆难度大的褐煤，对其进行低温热改质，分散剂合理，制得适用于气化，成本低廉，性能良好的水煤浆。本发明的另一目的是提供一种一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆的制备方法，工艺简单，在高速搅拌的条件下，保证制得水煤浆性能优良。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，以褐煤低温热改质半焦为原料，经过球磨，通过粒径级配得到制浆用半焦，制浆用半焦与分散剂水溶液混合制得水煤浆。
所述半焦是褐煤在450℃以下低温改质得到的半焦。
所述半焦按照国标进行粒度级配，较佳的粒度级配为：采用以下四级粒度级配：D1：125μm-250μm；D2：94μm-120μm；D3：74μm-94μm；D4：74μm以下，其中D1:D2:D3:D4=9：8：8：75。    
所述分散剂采用木质素磺酸钠、萘磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物和腐植酸钠中的一种，或者其中任意二者的复配物，复配比例为1:4～4:1；其中优先分散剂为萘磺酸钠和腐植酸钠二者的复配物。。
所述分散剂总添加量为干基煤重的0.3～2wt%。
所述原料褐煤低温热改质半焦采用干法球磨技术球磨。
所述高速搅拌优选搅拌速度8000rpm。
本发明一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆的制备方法，先将水加入到含有一定量分散剂的容器中，使其完全溶解，然后把制浆用改质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4000～12000rpm，并恒速搅拌10～15min，便得到产品水煤浆。将一定量分散剂加入去离子水水中，然后将半焦逐渐加入到不断搅拌的分散剂溶液中，搅拌速率为4000～12000rpm后，即得到满足要求的水煤浆。
本发明分散剂木质素磺酸钠、萘磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物和腐植酸钠均为工业应用的分散剂，总添加量为干基煤重的0.3%～2wt%，复配后的分散剂不管从浆体的稳定性、流动性还是表观粘度特征来比较都比分散剂单独使用时效果好。当腐植酸钠和萘磺酸钠按照MSH:MNS=1:1复配制浆时，浆体的稳定性指数为：SBsta=5.36%，SBdyn=3.88%，稳定性较好，表观粘度达到最低，并且浆体呈现剪切变稀的流变特征，可以满足工业上对CWS的需求，是一种较好的可以改善宝日希勒褐煤成浆性的复配分散剂。
本发明稳定性依据国标以静态稳定性(SBsta)和动态稳定性(SBdyn)评价。
浓度测定是干燥箱干燥法，取新配制的水煤浆试样3.0g左右放入预先称量的称量瓶中，然后放入105~110℃的鼓风干燥箱中干燥至恒重，通过计算前后质量差而得到。
粘度的测定在剪切速率为28.38s-1，25℃条件下进行。
本发明对褐煤进行进行低温改质可以提高水煤浆的成浆性能。褐煤通过低温改质再制浆，其成本低于很多高阶煤。在制浆过程中，采用高速搅拌作为提高成浆浓度和稳定性的一种手段，非常有效。通过高速搅拌产生的持续的压力可以打破煤粒表面的水化膜，改变煤粒的亲水性，降低了煤颗粒表面的Zeta电势，高速搅拌不仅改变了水煤浆中的煤颗粒的粒度分布，也改变煤粒之间的引力位能和斥力位能，增大了煤颗粒之间的范德华力。本发明就是基于高速搅拌可以改变成浆性能而提出在高速搅拌的配合下，以褐煤低温改质半焦为原料，结合复配的分散剂，制备成本较低廉的水煤浆。
本发明添加较少分散剂的条件下，结合高速搅拌可得到的水煤浆的浓度在60%左右，流动性好，易于泵送，稳定性良好，不易析水，适合气化或燃料；而且选用的分散剂均来源广泛，故分散剂的成本较低，尤其是复配后成本更低，在满足水煤浆气化要求的前提下，大幅降低制浆过程中原料和分散剂的成本。
附图说明：
图1是本发明水煤浆加工工艺流程图。
图2是本发明水煤浆搅拌速度与表观粘度关系图。
图3是本发明水煤浆搅拌速度与煤浆稳定性关系图。
具体实施方法：
实例1
选用400℃宝日希勒褐煤改质半焦（Mad=0.7%），采用以下四级粒度级配：D1：125μm-250μm；D2：94μm-120μm；D3：74μm-94μm；D4：74μm以下，其中D1:D2:D3:D4=9：8：8：75。分散剂为腐植酸钠和萘磺酸钠按照1:1复配制浆，总添加量为1 wt%。将一定量分散剂加入到一定体积的蒸馏水中，低速搅拌至分散剂全部溶解。然后缓慢将经过级配的400℃褐煤半焦逐次加入含有分散剂的去离子水中。当半焦全部加入水中后，将转速提高到8000rpm，并恒速搅拌10～15min，即得到实验水煤浆。然后依次进行稳定性、粘度、浓度的测定。
400℃改质后煤样的制浆浓度提高到56.4%（原煤的制浆浓度45.1%），最低制浆表观粘度585mPa·s，静态稳定性指数(SBsta)和动态稳定性指数(SBdyn)分别从原煤的51.95%和28.78%提高至10.20%和6.78%。
实例2
选用350 ℃宝日希勒褐煤改质半焦（Mad=0.9%），分散及为腐植酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物的复配物，复配比例为1：1，总添加量为1wt%。实验方法同实例一。
水煤浆的性质：浓度56.65%，表观粘度902 mpa.s，静态稳定性指数(SBsta)和动态稳定性指数(SBdyn)分别为22.07%和18.78%。
实例3
选用400 ℃宝日希勒褐煤改质半焦（Mad=0.7%），分散及为腐植酸钠和萘磺酸钠甲醛缩聚物的复配物，复配比例为1：1，总添加量为1wt%。搅拌速率为4000-12000rpm，实验方法同实例1。
水煤浆的性质变化见附图2和附图3。
对比例
     选用未改质原煤（Mad=29.13%），分散剂为木质素磺酸钠，添加量为0.2 wt%。实验方法同实例1。
水煤浆的性质：浓度45.11%，表观粘度1708mPa·s, 但表观粘度过大，流动性太差。静态稳定性指数(SBsta)和动态稳定性指数(SBdyn)分别为51.95%和28.78%。

Claims (9)

1.一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：以褐煤低温热改质半焦为原料，经过球磨，通过粒径级配得到制浆用半焦，制浆用半焦与分散剂水溶液混合制得水煤浆。
2.根据权利要求1所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：所述半焦是褐煤在450℃以下低温改质得到的半焦。
3.根据权利要求1所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：所述半焦按照国标进行粒度级配，较佳的粒度级配为：采用以下四级粒度级配：D1：125μm-250μm；D2：94μm-120μm；D3：74μm-94μm；D4：74μm以下，其中D1:D2:D3:D4=9：8：8：75。
4.  根据权利要求1所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：所述分散剂采用木质素磺酸钠、萘磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物和腐植酸钠中的一种，或者其中任意二者的复配物，复配比例为1:4～4:1。
5.根据权利要求4所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：分散剂为萘磺酸钠和腐植酸钠二者的复配物。
6.根据权利要求1所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：分散剂总添加量为干基煤重的0.3～2wt%。
7.一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆的制备方法，先将水加入到含有一定量分散剂的容器中，使其完全溶解，然后把制浆用改质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4000～12000rpm，并恒速搅拌10～15min，便得到产品水煤浆。
8.根据权利要求7所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：所述原料褐煤低温热改质半焦采用干法球磨技术球磨。
9.根据权利要求7所述的一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，其特征是：所述高速搅拌优选搅拌速度8000rpm。
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