CN103343023A - 一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，该方法包括如下步骤：褐煤与有机溶剂混合，褐煤与有机溶剂分离；制备水煤浆；具体如下：褐煤和有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为2-8MPa，温度为150-350°C，反应时间为20-45min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用，改性后的褐煤用于制备水煤浆。本发明为褐煤脱水提供了一种新颖的化学溶剂改性方法，具有褐煤脱水效率高、有机溶剂可回收利用的特点，不产生废水和废气，工艺简单，用其所制备的水煤浆浓度高、稳定性好且不需添加分散剂和稳定剂，易于大规模推广。

Description

一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法

技术领域

本发明属于褐煤改性干燥技术领域和洁净煤领域，具体涉及一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法。 

背景技术

褐煤是煤化程度最低的一种煤，褐煤的孔隙率高，反应性强，煤中的含氧量大约为15%-30%，大部分以含氧官能团的形式存在，以酚羟基、羧基和羰基为主。褐煤的含水率较高，一般约为30%-60%，挥发分大于37%，褐煤的热值低一般为3000kcal/kg左右，易风化破碎自燃等显著特征，不适于远途运输，使得褐煤的工业应用以煤产地为主。 

褐煤属于低级煤，由于煤中富含亲水含氧官能团，内在水分、O/C和孔隙度较高及可磨性(HGI)较差，以及煤中所含可溶性高价金属离子多，导致褐煤水煤浆的颗粒间自由水分少，运动阻力大，所以难以制备高浓度低粘度的浆体，这限制了褐煤水煤浆的运用范围。 

将低阶煤进行提质处理后，其表面官能团，含水率都会有大幅度的降低，疏水性增强，这有利于提高褐煤的成浆浓度。目前，低阶煤的干燥技术分为蒸发干燥和非蒸发脱水提质。蒸发干燥工艺将煤中的水以气态的形式除去，而非蒸发干燥工艺则是将煤中的水以液态形式脱除。常用的方法有热烟气干燥（如CN101294765A、CN102965168A、CN102175030B等）、蒸汽干燥（如CN101498546）、太阳能干燥、HTD法、机械热压法干燥等手段，国内成熟的商业运营的干燥设备有回转滚筒干燥机干燥、流化床干燥等。这些方法改性处理褐煤往往成本较大，运行费用高，需要消耗大量的热源或者机械能，可操作性较差。 

本发明提出采用有机溶剂改性褐煤并用改性后的褐煤制备高浓度水煤浆的方法，从而可以有效地解决上述问题。有机溶剂经脱水干燥后可重复利用，而制备高浓度水煤浆时无需添加任何分散剂和稳定剂。有机溶剂脱除褐煤孔隙中的水分主要是由于褐煤颗粒和水分子之间以氢键的形式连接，当有机溶剂加入的时候，由于有机溶剂的极性大，煤-水氢键骨架易被水-有机溶剂氢键骨架替换掉，使得水分溶解到有机溶剂中去，从而达到脱水的目的。脱水过程中的温度越高，反应越剧烈，煤-水氢键被替换的越多，脱水效率越高。褐煤中的水分在高压下以液态的形式排除，减少了气化潜热，具有较好的经济性，并且褐煤表面含有的极性分子 可使得褐煤制备水煤浆时不需添加分散剂和稳定剂就可以制备出高浓度水煤浆。另外含有大量水的有机溶剂从液固分离装置分离出来之后可进入到常温常压的环境中释放出大量的水，使得有机溶剂可重复利用。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法。本发明有效地降低了褐煤干燥后再吸水性，且改性后的褐煤热值高、稳定性好，同时整个工艺简单、经济、便捷，易于大规模推广，改性褐煤所制备的高浓度水煤浆无需添加分散剂和稳定剂，可用作气化原料和燃料。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，该方法包括如下步骤：褐煤与有机溶剂混合，褐煤与有机溶剂分离；制备水煤浆；具体如下： 

褐煤和有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为2-8MPa，温度为150-350°C，反应时间为20-45min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用，改性后的褐煤用于制备水煤浆。 

优选的，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%，发热量在3000kcal/kg以上，含水率在30%-40%，褐煤经过有机溶剂改性后存放在褐煤仓中，有机溶剂重复使用。 

优选的，有机溶剂是1-甲基萘、二咔醚、乙酸乙酯、甲苯、乙酸、乙醇中的一种，褐煤和有机溶剂的添加比为1g/5ml-1g/10ml。 

优选的，改性方法包含以下步骤： 

步骤1：破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm； 

步骤2：将褐煤和有机溶剂按照一定的质量比例混合（1g/5ml-1g/10ml），加入反应釜中进行处理，反应釜的操作参数：压力为2-8MPa，温度为150-350°C 

反应时间为20-45min； 

步骤3：将处理后的混合物放入到液固分离装置中进行褐煤与有机溶剂的分离； 

步骤4：将分离出的有机溶剂经过滤脱水后输送回有机溶剂存储罐中待用，分离出的褐煤放入存储仓中。 

优选的，按照比例称量改性后的褐煤以及水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨 0.5-1h，形成改性褐煤水煤浆，浓度达60%-64%，作为气化和燃烧的原料。 

有益效果： 

本发明将含水率高、易自然、不易远程输送的褐煤经有机溶剂改性后制备出满足工业应用的高浓度水煤浆。本发明所采用的有机溶剂来源广泛并且可重复利用，大大减少了有机溶剂的使用费，本发明所制备的改性褐煤水煤浆浓度高、热值高、稳定性好，且无需添加分散剂和稳定剂，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。 

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。 

本发明提供的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，包括褐煤与有机溶剂混合、两者分离及制备水煤浆的三个步骤。褐煤和有机溶剂按照质量体积比1g/5ml-1g/10ml混合后，加入密闭反应釜中，在压力为2-8MPa，温度为150-350°C，反应时间为20-45min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用，改性后的褐煤用于制备水煤浆，且不需要添加分散剂及稳定剂。 

所述改性剂为1-甲基萘、二咔醚、乙酸乙酯、甲苯、乙酸、乙醇等，其中甲苯、甲基萘可由煤焦油精馏得到，来源广泛，褐煤和有机溶剂按照质量体积比1g/5ml-1g/10ml混合。 

所述褐煤为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%，发热量在3000kcal/kg以上，含水率在30-40%。 

所述改性过程为将称量一定量的褐煤和有机溶剂首先进行混合，然后放入到耐压反应釜中，反应温度为150°C-350°C，反应时间为20-45min，压力为2-8MPa。反应之后混合物进入到液固分离装置中进行分离，得到改性褐煤和有机溶剂，有机溶剂经过滤脱水后存入有机溶剂罐中备用，改性褐煤存放入褐煤仓中用于制备高浓度水煤浆。 

有机溶剂改性褐煤方法，包括以下步骤： 

（1）预破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm； 

（2）将褐煤和有机溶剂一起加入反应釜中干燥反应，反应釜内压力为2-8MPa，温度为150℃-350℃，改性时间为20-45min； 

（3）将处理后的混合物放入液固分离器中液固分离； 

（4）分离出有机溶剂经过滤脱水后输送回存储罐中待用，分离出的褐煤放入褐煤存储仓中； 

改性褐煤制备高浓度水煤浆的方法，按照比例称量改性后的褐煤以及水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨0.5-1h，形成改性褐煤水煤浆，浓度可达60-64%，无需添加任何分散剂和稳定剂，可作为气化和燃烧的原料。所述方法制备出的水煤浆浓度高、热值高、稳定性好，且不需要添加任何分散剂和稳定剂，加工工艺比以往水煤浆制备工艺简单，加工成本低，常温下可以保存5d不发生硬沉淀。 

本发明充分利用了褐煤的热值和有机溶剂来源广泛的优点，在生产过程中有机溶剂可以重复利用。由于有机溶剂的极性大，煤-水氢键骨架易被水-有机溶剂氢键骨架替换掉，导致水分溶解到有机溶剂中去，从而达到脱水的目的。在高压的条件下水以液态的形式脱除，减少了气化潜热，具有较好的经济性。该方法制备出的改性褐煤其可脱除影响煤热值的95%以上的全水、结晶水和部分含氧官能团，褐煤含水率下降至5%以下。应用改性褐煤制备水煤浆无需添加任何分散剂和稳定剂就可以制备出浓度高达60-64%的高浓度水煤浆。 

实施例1 

一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，包括褐煤与有机溶剂混合、两者分离及制备水煤浆三个步骤，褐煤和有机溶剂按照质量体积比1g/5ml混合后，加入密闭反应釜中，在一定的操作条件下反应；反应结束后经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用。本实施案例采用的褐煤的含水率为40%，热值为3000kcal/kg。 

具体的步骤为： 

（1）预破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm； 

（2）将褐煤和有机溶剂按照1g/5ml的质量比例混合，加入反应釜中进行处理，反应釜的操作参数：压力为2MPa，温度为150°C，反应时间为20min； 

（3）将处理后的混合物放入到液固分离装置中进行褐煤与有机溶剂的分离； 

（4）将分离出的有机溶剂经过滤脱水后输送回有机溶剂存储罐中待用，分离出的褐煤放入存储仓中； 

（5）脱水改性后的褐煤的含水率下降至5%，热值为4500Kcal/kg，脱水率达到97.5%； 

（6）按照重量比例称量64%改性后的褐煤以及36%的水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨0.5h，形成改性褐煤水煤浆，质量浓度可达60%±0.5%，表观粘度在1000mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化。 

实施例2 

一种有机溶剂改性褐煤的方法，包括褐煤与有机溶剂混合及两者分离两个步骤，褐煤和有机溶剂按照质量体积比1g/10ml混合后，加入密闭反应釜中，在一定的操作条件下反应；反应结束后经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用。本实施案例采用的褐煤的含水率为30%，热值为3900kcal。 

具体的步骤为： 

（1）预破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm； 

（2）将褐煤和有机溶剂按照一定的质量比例混合（1g/10ml），加入反应釜中进行处理，反应釜的操作参数：压力为8MPa，温度为350°C，反应时间为45min； 

（3）将处理后的混合物放入到液固分离装置中进行褐煤与有机溶剂的分离； 

（4）将分离出的有机溶剂经过滤脱水后输送回有机溶剂存储罐中待用，分离出的褐煤放入存储仓中。 

（5）脱水改性后的褐煤的热值为5300kcal/kg，含水率为2.5%，脱水率达到91.67% 

（6）按照重量比例称量68%改性后的褐煤以及32%的水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨1h，形成改性褐煤水煤浆，质量浓度可达64%±0.5%，表观粘度在900mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化。 

实施例3 

一种有机溶剂改性褐煤的方法，包括褐煤与有机溶剂混合及两者分离两个步骤，褐煤和有机溶剂按照质量体积比1g/7ml混合后，加入密闭反应釜中，在一定的操作条件下反应；反应结束后经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用。本实施案例采用的褐煤的含水率为35%，热值为3500kcal。 

具体的步骤为： 

（1）预破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm； 

（2）将褐煤和有机溶剂按照一定的质量比例混合（1g/7ml），加入反应釜中进行处理，反应釜的操作参数：压力为5MPa，温度为250°C，反应时间为30min； 

（3）将处理后的混合物放入到液固分离装置中进行褐煤与有机溶剂的分离； 

（4）将分离出的有机溶剂经过滤脱水后输送回有机溶剂存储罐中待用，分离出的褐煤放入存储仓中。 

（5）脱水改性后的褐煤的热值为4900kcal/kg，含水率为4.0%，脱水率达到88.57%按照重量比例称量66%改性后的褐煤以及34%的水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨 0.75h，形成改性褐煤水煤浆，质量浓度可达62%±0.5%，表观粘度在1000mPa.s以下，流动性良好，可输送、雾化。 

本发明提供的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，该方法首先将高含水率褐煤与有机溶剂进行充分混合，然后送入到反应釜中在高压中温（操作压力控制在2MPa-8MPa、温度控制在150°C-350°C）的操作条件下对褐煤进行改性处理，处理后的褐煤进入到液固分离机中经分离后有机溶剂可回收再利用，而褐煤经过处理后可脱除影响褐煤热值的95%以上的全水、结晶水和部分含氧官能团，使褐煤的发热量上升到4500Kcal/kg以上，水分含量低于5%。改性后的褐煤表面呈现出较强的疏水特性，吸水性很弱，用其制备的水煤浆浓度高、稳定性好，且不需要添加分散剂和稳定剂。本发明为褐煤脱水提供了一种新颖的化学溶剂改性方法，具有褐煤脱水效率高、有机溶剂可回收利用的特点，不产生废水和废气，工艺简单，用其所制备的水煤浆浓度高、稳定性好且不需添加分散剂和稳定剂，易于大规模推广。 

Claims (5)

1.一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：褐煤与有机溶剂混合，褐煤与有机溶剂分离；制备水煤浆；具体如下：

褐煤和有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为2-8MPa，温度为150-350°C，反应时间为20-45min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用，改性后的褐煤用于制备水煤浆。

2.如权利要求1所述的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，其特征在于：

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%，发热量在3000kcal/kg以上，含水率在30%-40%，褐煤经过有机溶剂改性后存放在褐煤仓中，有机溶剂重复使用。

3.如权利1要求所述的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，其特征在于：有机溶剂是1-甲基萘、二咔醚、乙酸乙酯、甲苯、乙酸、乙醇中的一种，褐煤和有机溶剂的添加比为1g/5ml-1g/10ml。

4.如权利1要求所述的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，其特征在于，改性方法包含以下步骤：

步骤1：破碎褐煤，使其粒径不超过0.5mm；

步骤2：将褐煤和有机溶剂按照一定的质量比例混合（1g/5ml-1g/10ml），加入反应釜

中进行处理，反应釜的操作参数：压力为2-8MPa，温度为150-350°C

反应时间为20-45min；

步骤3：将处理后的混合物放入到液固分离装置中进行褐煤与有机溶剂的分离；

步骤4：将分离出的有机溶剂经过滤脱水后输送回有机溶剂存储罐中待用，分离出的褐煤放入存储仓中。

5.如权利要求1所述的有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法，其特征在于，按照比例称量改性后的褐煤以及水，将其加入球磨机中球磨湿法制浆，球磨0.5-1h，形成改性褐煤水煤浆，浓度达60%-64%，作为气化和燃烧的原料。