CN103421559B - 一种纯净水煤浆及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生产水煤浆的方法，所述方法包括：分别采用盐酸或硫酸水溶液、氢氟酸水溶液依次浸泡原料煤以去除其中的灰份，然后将经处理的煤制成水煤浆。本发明提供的水煤浆燃烧热量高，并且经燃烧后烟气粉尘不用任何除尘设备就可达标排放，而不留下不燃的煤灰煤渣，可在环保要求高的地区使用，有助于缓解燃料紧张的问题。
Description
技术领域
本发明属于燃料制造领域，具体而言，本发明涉及一种水煤浆及其生产方法。
背景技术
煤是最重要的一次能源，目前占全世界一次能源的60%以上。目前我国的煤产量已达三十多亿吨。煤的主要用途是用作燃料，但是不同于其它燃料，如石油，可全部燃烧，煤含有较高的灰份，因而其燃烧过程会带来较严重的环境污染。为此，已经发明并应用了多种除尘降尘的设备和工艺，并且在煤灰份重或伴生煤矸石比例较高的情况下，还采用洗煤的方法除去一部分煤矸石和其它杂质，从而使煤质提高、灰份减少。然而，采用此类物理或机械方法并不能去除煤中的内在灰份。因此，煤燃烧时产生的烟尘必需采取措施处理才能达标排放。正由于此，为了保护环境，我国许多城市和地区规定不能直接烧煤，而是改用烧油、烧气等。但是，油气资源的稀缺性使得其它燃料资源价格高昂，尤其在没有天然气管网覆盖的城市和地区，如不能直接烧煤，燃料成本将极高，进而使得工农业及第三产业的生产成本高昂，不利于经济和社会的发展。
目前还已广泛采用将煤制成煤基燃料的方法，例如将煤与水及其它组分混合制成水煤浆。水煤浆是上世纪80年代发展起来的一种以煤代油的新型燃料，是通常采用煤粉、水以及分散稳定剂制成的混合物。水煤浆既保持了煤炭原有的物理特性，又具有油一样的流动性和稳定性，可用于代油或代气燃烧。但是制成的水煤浆由于灰份始终存在，其燃烧同样造成环境污染，因而限制了这种煤基燃料的使用。
因此，目前本领域迫切需要一种去除煤中的内在灰份，使其更加纯净的有效方法，以使得获得的纯净煤能够用于制备煤基燃料如水煤浆，从而降低能源消耗，同时不会带来环境污染。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种生产水煤浆的方法，该方法采用去除了灰份的纯净煤制备水煤浆，因此该水煤浆经燃烧后烟气可以不用除尘设备就可达标排放。
具体而言，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种生产水煤浆的方法，该方法包括：分别采用盐酸或硫酸水溶液、氢氟酸水溶液依次浸泡原料煤以去除其中的灰份，然后将经处理的煤制成水煤浆。
该方法具体包括以下步骤：
（1）将原料煤粉碎成颗粒或粉末，然后用盐酸或硫酸水溶液进行浸泡处理；
（2）去除步骤（1）中处理后形成的浸泡液，用水洗涤经处理的煤后用氢氟酸水溶液浸泡处理；
（3）去除步骤（2）中处理后形成的浸泡液，用水洗涤经处理的煤并用碱调pH至中性，然后去除洗涤液；以及
（4）将步骤（3）得到的经处理的煤制成水煤浆。
其中，步骤（1）中的原料煤中灰份含量≤8重量%，优选≤5重量%；优选地，原料煤中全硫含量≤0.5重量%，挥发份含量≥25重量%。
优选地，将原料煤粉碎成粒径3mm以下的颗粒或粉末，再进行酸处理；并且，所述盐酸或硫酸水溶液的浓度优选为10-20体积%，或者为4-7N浓度的盐酸，所述盐酸和/或硫酸水溶液的加入量足以去除灰份中的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO；优选浸泡处理3小时或以上；进一步优选地，浸泡处理两次或以上。本文所述的“去除”灰份中的氧化物，是指使灰份组成中的氧化物与酸反应溶解。
此外，步骤（2）中氢氟酸水溶液的浓度为10-20%体积%，或者为4-7N浓度单位，所述氢氟酸水溶液的加入量足以去除灰份中的SiO2；优选浸泡处理6小时或以上；进一步优选地，浸泡处理两次或以上。
并且，步骤（3）中的碱选自Na2CO3、NaHCO3或NaOH。
此外，所述步骤（4）包括：将步骤（3）得到的经处理的煤与水、分散稳定剂混合均匀，从而得到水煤浆。
优选地，所述步骤（4）中的分散稳定剂选自木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种。
按照制备水煤浆的常规方法，混合所述经处理的煤与水、分散稳定剂。
另一方面，本发明还提供根据上述方法生产的水煤浆。
以下是本发明的详细描述。
众所周知，煤当中不能燃烧的灰份主要组成为：氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）、氧化铁（FeO）、氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、碳酸钙（CaCO3）等，它们或单独存在，或以矿物盐类的形式存在，其中除可以用物理或机械的方法除去一部分煤矸石、劣质煤以外，煤当中的内在灰份通过一般方法是无法除去的。
因此，在本发明的方法中，首先选择煤灰份尽量低的优质煤为原料煤，例如产于新疆、内蒙、山西、山西等地区灰份仅为3.5%的优质煤，一般情况下煤灰份≤8%即可。当然，考虑到最终产品的应用，在选用原料煤时，还应尽量选用低硫、高挥发份的煤炭，如全硫应≤0.5%（越低越好），其挥发份应越高越好，如≥35%等。可用的原料煤例如，产自新疆某地区的煤，煤质为：灰份约3.5%，挥发份约38%，全硫约0.18%；产自陕西某地区的煤，煤质为：灰份约5.0%，挥发份约37%，全硫约0.22%；产自内蒙某地区的煤，煤质为：灰份约3.9%，挥发份约35%，全硫约0.21%。
在分析煤的灰份全成分后即各种灰份组成后，有针对性地选用浸泡用的盐酸或硫酸水溶液等作为第一次浸泡处理的化学处理剂。在多数情况下，应用盐酸；若灰份中CaO含量很低，如≤1%，则可用盐酸或硫酸。此处理过程如下：先把选用的煤破碎成3mm以下的颗粒和粉末，再放入耐酸的池子或其它设备中，用按理论计称量相当的盐酸或硫酸水溶液浸泡该种煤，液面应完全覆盖煤，浸泡时间不低于3小时（时间越长，灰份被溶解得越多）。浸泡后，用抽滤的方法去除浸泡液。此时浸泡液的主要成分包括氯化铝、少量氯化钙、氯化铁等，浓缩后可以用作净水剂用。根据煤种、灰份成分等不同进行试验和调节，可以再加盐酸（或硫酸）水溶液浸泡一至二次，当分析发现煤灰份中可以被盐酸或硫酸溶解的灰份几乎全部溶解之后再抽滤出浸泡液，此时浸泡液可以回收用于第一次浸泡。去除浸泡液后，用清水再浸泡一次（用于洗涤煤中的酸溶液），并抽滤掉浸泡液。
之后，根据灰份剩余物中的二氧化硅的量，按理论计加入氢氟酸水溶液浸泡，此过程中，氢氟酸与灰份中的二氧化硅反应生成氟硅酸。与前述步骤相同，用氢氟酸的浸泡时间也应与试验浸泡时大部分二氧化硅被溶解的时间为准。优选浸泡时间不低于6小时（时间越长，二氧化硅被溶解得越多）。浸泡后的浸出液主要成分为氟硅酸，经过滤澄清后可以用于制成氟硅酸钠。第一次浸泡后抽滤出浸泡液，再加入氢氟酸水溶液浸泡第二次。第二次的浸泡液含大部分未反应的氢氟酸，可用于作为第一次浸泡的浸泡用氢氟酸水溶液。
当煤灰份中的二氧化硅几乎被全部溶解后，应用清水再浸泡（用于洗涤煤中的酸），并抽滤，再用清水泡。用微量碱调节pH值至中性。再次抽滤去除液体后，得到的煤即是没有灰份或灰份极少的纯净煤。
用上述方法制造出的纯净煤可以制成水煤浆。水煤浆的常规制备方法已公开于中国专利CN1597878、CN1525104等。利用本发明制造出的纯净煤，采用本领域常规方法即可制得水煤浆。其中可将步骤（3）得到的经处理的煤与水、分散稳定剂混合均匀，从而得到水煤浆。该分散稳定剂可选自木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种。优选地，所述经处理的煤与水、分散稳定剂以适当比率混合。
综上，本发明提供了一种水煤浆的生产方法，该方法采用酸处理手段将煤中内在灰份去除，从而使制造出的纯净煤几乎不含灰份（或灰份极低），经燃烧后烟气粉尘不用任何除尘设备就可达标排放，而不留下不燃的煤灰煤渣。经过上述方法制得的纯净煤中灰份含量≤0.8%或更低，煤发热量≥7500千卡/公斤，水分≤10%，形状为细颗粒及粉末。该纯净煤制成的水煤浆燃烧热量高，并且经燃烧后烟气粉尘不用任何除尘设备就可达标排放，而不留下不燃的煤灰煤渣，可在环保要求高的地区使用，有助于缓解燃料紧张的问题。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中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试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。其中，测定灰份中氧化物含量的方法为GB-7176-2008化学分析方法中有关氧化物的分析方法。在测定前，煤灰中的Mg、Ca大部分以碳酸盐的形式存在，灼烧后分析时以MgO、CaO的形式存在。
实施例1
采用产自新疆某地区的煤，根据本发明的方法生产水煤浆。
该煤质为：灰份约3.5%，挥发份约38%，全硫约0.18%。其中的灰份组成见表1。
表1. 灰份组成（以重量百分比计）
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | MgO | CaO |
| 13.5% | 46.5% | 12.3% | 1.93% | 1.93% |
首先，将原料煤粉碎成粒径3mm以下的颗粒或粉末，置于耐酸性池子中，然后根据灰份中氧化物Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO含量加入浓度为20体积%的盐酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理3.5小时。抽滤去除浸泡液，再加入该盐酸水溶液浸泡，前后加入的盐酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的上述氧化物。当分析发现煤灰份中可以被盐酸溶解的上述灰份全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。
去除洗涤液后，按理论计根据灰份剩余物中SiO2的量，加入浓度为10体积%的氢氟酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理6小时。抽滤去除浸泡液，再加入该氢氟酸水溶液浸泡，前后加入的氢氟酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的SiO2。当分析发现煤灰份中SiO2被氢氟酸全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。然后用微量碳酸钠调节pH值至中性。再次抽滤去除洗涤液，得到纯净煤。
得到的纯净煤为细颗粒及粉末状，其灰份含量为≤0.3%，燃烧发热量为≥7500Kcal/kg，水分含量≤10%。
将该种纯净煤磨成250目细度的煤粉，此煤粉经燃烧装置燃烧后经检测烟气粉尘含量≤50mg/m3。
将纯净煤与水、分散稳定剂（木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种）以适当比例混合均匀，从而得到本发明的水煤浆。
实施例2
采用产自陕西某地区的煤，根据本发明的方法生产纯净煤。
该煤质为：灰份约5.0%，挥发份约37%，全硫约0.22%。其中的灰份组成见表2。
表2. 灰份组成（以重量百分比计）
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | MgO | CaO |
| 12.8% | 46.5% | 11.8% | 2.01% | 14.11% |
首先，将原料煤粉碎成粒径3mm以下的颗粒或粉末，置于耐酸性池子中，然后根据灰份中氧化物Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO含量加入浓度为15体积%的盐酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理4.0小时。抽滤去除浸泡液，再加入该盐酸水溶液浸泡，前后加入的盐酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的上述氧化物。当分析发现煤灰份中可以被盐酸溶解的上述灰份全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。
去除洗涤液后，根据灰份剩余物中SiO2的量，按理论计加入浓度为20体积%的氢氟酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理6小时。抽滤去除浸泡液，再加入该氢氟酸水溶液浸泡，前后加入的氢氟酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的SiO2。当分析发现煤灰份中SiO2被氢氟酸全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。然后用微量碳酸氢钠调节pH值至中性。再次抽滤去除洗涤液，得到纯净煤。
得到的纯净煤为细颗粒及粉末状，其灰份含量为≤0.3%，燃烧发热量为≥7500Kcal/kg，水分含量≤10%。
将该种纯净煤磨成250目细度的煤粉，此煤粉经燃烧装置燃烧后经检测烟气粉尘含量≤50mg/m3。
将纯净煤与水、分散稳定剂（木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种）以适当比例混合均匀，从而得到本发明的水煤浆。
实施例3
采用产自内蒙某地区的煤，根据本发明的方法生产纯净煤。
该煤质为：灰份约3.9%，挥发份约35%，全硫约0.21%。其中的灰份组成见表3。
表3. 灰份组成（以重量百分比计）
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | MgO | CaO |
| 14.8% | 47.5% | 12.1% | 2.15% | 13.85% |
首先，将原料煤粉碎成粒径3mm以下的颗粒或粉末，置于耐酸性池子中，然后根据灰份中氧化物Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO含量加入浓度为10体积%的盐酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理4.1小时。抽滤去除浸泡液，再加入该盐酸水溶液浸泡，前后加入的盐酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的上述氧化物。当分析发现煤灰份中可以被盐酸溶解的上述灰份全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。
去除洗涤液后，根据灰份剩余物中SiO2的量，加入浓度为15体积%的氢氟酸水溶液，使液面完全覆盖煤，浸泡处理6小时。抽滤去除浸泡液，再加入该氢氟酸水溶液浸泡，前后加入的氢氟酸水溶液的量按理论计确保足以去除灰份中的SiO2。当分析发现煤灰份中SiO2被氢氟酸全部溶解之后再抽滤出浸泡液，加入清水洗涤。然后用微量碳酸氢钠调节pH值至中性。再次抽滤去除洗涤液，得到纯净煤。
得到的纯净煤为细颗粒及粉末状，其灰份含量为≤ 0.3%，燃烧发热量为≥ 7500Kcal/kg，水分含量≤ 10%。
将该种纯净煤磨成250目细度的煤粉，此煤粉经燃烧装置燃烧后经检测烟气粉尘含量≤50mg/m3。
将纯净煤与水、分散稳定剂（木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种）以适当比例混合均匀，从而得到本发明的水煤浆。
Claims (13)
1.一种生产水煤浆的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将原料煤粉碎成颗粒或粉末，然后用盐酸或硫酸水溶液进行浸泡处理；其中盐酸或硫酸水溶液的浓度为10-20体积％，或者为4-7N浓度的盐酸，所述盐酸和/或硫酸水溶液的加入量足以去除灰份中的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO；
(2)去除步骤(1)中处理后形成的浸泡液，用水洗涤经处理的煤后用氢氟酸水溶液浸泡处理；其中氢氟酸水溶液的浓度为10-20体积％，或者为4-7N浓度单位，所述氢氟酸水溶液的加入量足以去除灰份中的SiO2；
(3)去除步骤(2)中处理后形成的浸泡液，用水洗涤经处理的煤并用碱调pH至中性，然后去除洗涤液；以及
(4)将步骤(3)得到的经处理的煤制成水煤浆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的原料煤中灰 分含量≤8重量％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述灰分含量≤5重量％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，原料煤中全硫含量≤0.5重量％，挥发份含量≥25重量％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中将原料煤粉碎成粒径3mm以下的颗粒或粉末，再进行酸处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，浸泡处理3小时或以上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，浸泡处理两次或以上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，浸泡处理6小时或以上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，浸泡处理两次或以上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的碱选自Na2CO3、NaHCO3或NaOH。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：
将步骤(3)得到的经处理的煤与水、分散稳定剂混合均匀，从而得到水煤浆。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的分散稳定剂选自木质素磺酸盐系列、腐植酸系列、丙烯酸盐系列、萘磺酸盐系列中的一种或多种。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法生产的水煤浆。
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| CN1062921A (zh) * | 1991-01-02 | 1992-07-22 | 成都科技大学 | 原煤脱灰制造精煤的方法 |
| CN102041128A (zh) * | 2010-12-03 | 2011-05-04 | 宜宾天原集团股份有限公司 | 一种煤的化学脱灰方法 |
| CN102344839A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-02-08 | 华东理工大学 | 一种高浓度改质褐煤水煤浆及其制备方法 |
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2013
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