CN102952595B - 一种超细水煤浆及其制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种低挥发分煤浆专用分散剂及其制备方法。本发明提供的一种超细水煤浆,由下述质量配比的组分组成:煤粉60~80份;煤浆分散剂0.1~2份;水15~35份。本发明提供的超细水煤浆的制备方法,包括如下步骤:将所述煤粉、煤浆分散剂和水进行混合,并经磨矿即得所述超细水煤浆。本发明由于采用超细研磨制浆,水煤浆粒度细,比表面积大,有利于提高低挥发分水煤浆的燃烧效率。

Description

一种超细水煤浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超细水煤浆及其制备方法,属于煤炭洁净煤技术领域。
背景技术
水煤浆是一种新型煤基流体燃料或原料,具有流动性好、燃烧效率高、节能环保等特性,是代油、代煤的理想燃烧和气化原料。目前我国水煤浆制备与燃烧技术经过20多年的研发与应用已趋于成熟并进入产业化应用阶段,取得了较好的经济和环境效益。据不完全统计,截止2010年底,全国各类制浆厂的设计生产能力已超过8000万吨/年,其中燃料用浆3000万吨/年,气化用浆5000万吨/年,在建和建成的气化用浆保守估计超过1亿吨。水煤浆厂数量和总生产能力均居世界第一位。
然而,水煤浆技术在发展过程中存在着制浆煤种局限、水煤浆价格偏高等问题。严重影响水煤浆的市场竞争力。我国目前水煤浆用煤大多以中等挥发分煤为主,这类煤虽然具有良好的成浆性和燃烧性,但资源有限、价格偏高,这是造成制浆成本偏高的主要问题。为此,拓宽制浆煤种是解决上述问题的主要途径。
我国拥有丰富的低挥发分煤炭资源,这类煤种以贫煤、贫瘦煤为主,主要分布在山西潞安、河南鹤壁和郑州、河北峰峰、山东淄博以及云贵川等矿区。其特点是水分低、硫分低、热值高、灰熔点高、着火点高、燃烧性差,目前用于锅炉散烧存在燃烧不完全、锅炉效率低的问题。
与此同时,我国有丰富的石油焦资源。石油焦是石油加工过程中延迟焦化装置的副产品,石油焦的产量约为原料油的25%~30%。随着世界原油的重质化、劣质化和原油深度加工的进展,石油焦产量不断上升,据估计目前我国石油焦的产量已突破1500万吨/年,石油焦一般为黑色或暗灰色坚硬固体,具有碳含量高、灰分低(0.3~1.2%)、挥发分低(10~15%)水分低、热值高(30~35MJ/kg)等特性,其低位热值约为煤的1.5~2倍。但其硫含量和氮含量一般比较高,挥发分低导致不易燃烧。
选择国内丰富的低挥发分煤(如贫瘦煤、贫煤等)和石油焦,利用它们的热值高、水分低、耐燃烧的特点,开发制浆新工艺制取超细水煤(石油焦)浆,用于燃烧不仅可以大大提高锅炉燃烧效率,还可以拓展制浆用煤种,降低制浆成本,很有现实意义。
目前低挥发分煤制备水煤浆只是刚刚起步,煤浆平均粒度与烟煤煤浆相同为50μm,尚无低挥发分煤制备超细制浆的报道。在电站锅炉中虽然可以稳定燃烧,但与燃用高挥发分煤浆相比,存在着火时间后移、锅炉负荷和效率下降的问题。
石油焦制备水煤浆技术刚刚起步,多与烟煤配合制浆;煤浆平均粒度与烟煤煤浆相同,为50μm,尚无石油焦制备超细制浆的报道。制备的水煤浆存在粘度高、稳定性差。水焦浆的燃烧目前只进行实验室小型研究工作,基本未进行工业燃烧试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种超细水煤浆及其制备方法。
本发明提供了一种低挥发分煤浆专用分散剂的制备方法,包括如下步骤:亚硫酸钠和丙酮进行磺化反应;然后向该反应体系中加入甲醛和碱木素,经缩聚反应即得所述分散剂。
上述的制备方法,所述磺化反应中,丙酮与亚硫酸钠的摩尔份数比可为1:(0.1~0.8),具体可为1:0.1、1:0.5或1:0.8,所述磺化反应的温度可为30~60℃,具体可为30℃、45℃或60℃,时间可为10分钟~1.5小时,具体可为10分钟、1小时或1.5小时;
所述缩聚反应中,所述甲醛与所述磺化反应步骤中所加入的丙酮的摩尔份数比可为1:(1.1~2.2),具体可为1:1.1、1:1.5或1:2.2,所述碱木素的摩尔添加量可为丙酮的10%~80%,如10%、50%或80%,所述缩聚反应的温度可为60~110℃,具体可为60℃、100℃或110℃,时间可为1~8小时,具体可为1小时、5小时或8小时。
本发明提供了由上述方法制备的低挥发分煤浆专用分散剂。
本发明提供的一种超细水煤浆,由下述质量配比的组分组成:
煤粉           60~80份;
煤浆分散剂     0.1~2份;
水             15~35份。
上述的超细水煤浆中,所述煤粉、煤浆分散剂与水的质量份数比具体可为(0.25~0.4):(69~72):(27.25~30.7)、0.3:69:30.7、0.4:72:27.6或0.25:72.5:27.25。
上述的超细水煤浆中,所述煤粉可为低挥发分煤粉。
上述的超细水煤浆中,所述低挥发分煤粉具体可为石油焦粉、贫煤粉和瘦煤粉中至少一种。
上述的超细水煤浆中,所述煤粉的粒径小于1mm;所述超细水煤浆的粒径小于10μm。
上述的超细水煤浆中,所述煤浆分散剂具体可为上述的低挥发分煤浆专用分散剂。
本发明提供的上述超细水煤浆的制备方法,包括如下步骤:将所述煤粉、煤浆分散剂和水进行混合,并经磨矿即得所述超细水煤浆。
本发明具有以下有益效果:可对现有的分级研磨制浆工艺水煤浆生产线进行适当改动,即磨矿采用制浆原料先进入粗磨机然后再进入细磨机的制浆工艺。该制浆工艺简单,节约磨矿电耗和制浆成本。由于采用超细研磨制浆,水煤浆粒度细,比表面积大,有利于提高低挥发分水煤浆的燃烧效率。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1、制备低挥发分煤浆专用分散剂
将亚硫酸钠溶解与水中得到亚硫酸钠水溶液,然后加入丙酮进行磺化反应,控制丙酮与亚硫酸钠的摩尔比为1:0.1,反应温度为30℃,反应时间为1.5小时;然后再向该磺化反应体系中加入甲醛和碱木素,控制甲醛与上步骤中加入的丙酮的摩尔比为1:1.1,碱木素的摩尔添加量为上步骤中加入的丙酮的10%,反应温度为60℃,时间为8小时,反应完毕,即得到低挥发分煤浆专用分散剂。
实施例2、制备低挥发分煤浆专用分散剂
将亚硫酸钠溶解与水中得到亚硫酸钠水溶液,然后加入丙酮进行磺化反应,控制丙酮与亚硫酸钠的摩尔比为1:0.8,反应温度为60℃,反应时间为10分钟;然后再向该磺化反应体系中加入甲醛和碱木素,控制甲醛与上步骤中加入的丙酮的摩尔比为1:2.2,碱木素的摩尔添加量为上步骤中加入的丙酮的80%,反应温度为110℃,时间为8小时,反应完毕,即得到低挥发分煤浆专用分散剂。
实施例3、制备低挥发分煤浆专用分散剂
将亚硫酸钠溶解与水中得到亚硫酸钠水溶液,然后加入丙酮进行磺化反应,控制丙酮与亚硫酸钠的摩尔比为1:0.5,反应温度为45℃,反应时间为1小时;然后再向该磺化反应体系中加入甲醛和碱木素,控制甲醛与上步骤中加入的丙酮的摩尔比为1:1.5,碱木素的摩尔添加量为上步骤中加入的丙酮的50%,反应温度为100℃,时间为5小时,反应完毕,即得到低挥发分煤浆专用分散剂。
实施例4、制备水煤浆
(1)原料
石油焦粉,全水0.91%,干基灰分4.0%,粒径小于1mm;
煤浆分散剂:实施例1制备的低挥发分煤浆专用分散剂。
(2)超细水煤浆的制备
将石油焦粉、煤浆用分散剂和水进行混合磨矿,得到浓度(即为固体质量百分含量)为68.3%、平均粒径≤10μm的水煤浆,其中,煤浆用分散剂、石油焦煤粉和水的质量份数比为0.3:69.0:30.7。
本实施例制备的水煤浆的表观粘度为537mPa.s,稳定性(将水煤浆试样密闭静止,每天用插棒法观察水煤浆的沉淀情况,以水煤浆产生硬沉淀之前的时间作为该水煤浆试样的稳定性)大于10天,为可泵送的水煤浆。
将本实施例制备的水煤浆用于水煤浆锅炉燃烧,燃烧效率可以达到98%以上。
实施例5、制备水煤浆
(1)原料
潞安煤粉(贫瘦煤),全水2.65%,干基灰分10.34%,粒径小于1mm;
煤浆分散剂:低挥发分煤浆专用分散剂。
(2)超细水煤浆的制备
将潞安煤粉、煤浆用分散剂和水进行混合磨矿,得到浓度(即为固体质量百分含量)为70.4%、平均粒径≤10μm的水煤浆,其中,煤浆用分散剂、潞安煤粉和水的质量份数比为0.4:72.0:27.6。
本实施例制备的水煤浆的表观粘度为520mPa.s,稳定性大于10天,为可泵送的水煤浆。
将本实施例制备的水煤浆用于水煤浆锅炉,燃烧效率可以达到99%。
实施例6、制备水煤浆
(1)原料
鹤壁煤粉,全水4.83%,干基灰分10.20%,粒径小于1mm;
煤浆分散剂:低挥发分煤浆专用分散剂。
(2)超细水煤浆的制备
将鹤壁煤粉、煤浆用分散剂和水进行混合磨矿,得到浓度为69.1%、平均粒径≤10μm的水煤浆,其中,煤浆用分散剂、鹤壁煤粉和水的质量份数比0.25:72.5:27.25。
本实施例制备的水煤浆的表观粘度为450mPa.s,稳定性大于10天,为可泵送的水煤浆。
将本实施例制备的水煤浆用于水煤浆锅炉,燃烧效率可以达到99%。
由以上实施例可知,本发明具有以下特点:
(1)可将低挥发分煤用于制备水煤浆,扩大了制浆用煤来源,并节约了制浆用煤成本。
(2)由于制备的超细煤浆比表面积大,燃烧时可以与氧充分接触,使煤粒能燃烧完全,燃烧效率高。
(3)用低挥发分煤专用分散剂添加量少,成本低,与水煤浆奈系分散剂比,可以节约40%以上制浆用分散剂成本。

Claims (5)

1.一种低挥发分煤浆专用分散剂的制备方法,包括如下步骤:亚硫酸钠和丙酮进行磺化反应;然后向该反应体系中加入甲醛和碱木素,经缩聚反应即得所述分散剂;
其特征在于:所述磺化反应中,丙酮与亚硫酸钠的摩尔份数比为1:(0.1~0.8),所述磺化反应的温度为30~60℃,时间为10分钟~1.5小时;
所述缩聚反应中,所述甲醛与所述磺化反应步骤中所加入的丙酮的摩尔份数比为1:(1.1~2.2),所述碱木素的摩尔添加量为丙酮的10%~80%,所述缩聚反应的温度为60~110℃,时间为1~8小时。
2.权利要求1所述方法制备的低挥发分煤浆专用分散剂。
3.一种超细水煤浆,由下述质量配比的组分组成:
煤粉        60~80份;
煤浆分散剂  0.1~2份;
水          15~35份;
所述煤粉为低挥发分煤粉;
所述煤粉的粒径小于1mm;所述超细水煤浆的粒径小于10μm;
所述煤浆分散剂为权利要求2所述的低挥发分煤浆专用分散剂。
4.根据权利要求3所述的超细水煤浆,其特征在于:所述低挥发分煤粉为石油焦粉、贫煤粉和瘦煤粉中至少一种。
5.权利要求3或4所述超细水煤浆的制备方法,包括如下步骤:将所述煤粉、煤浆分散剂和水进行混合,并经磨矿即得所述超细水煤浆。
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