CN103599716B - 可滤式制浆装置及利用该装置制备高浓度水煤浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤化工技术领域。具体地，本发明涉及一种新型的可滤式制浆装置，以及利用该装置制备浓度为55～70%的水煤浆的方法。所述可滤式制浆装置包括设置在其内部的搅拌器、设置在其内部且位于所述搅拌器下方的滤膜、设置在滤膜上的阀门、位于所述滤膜上方的水煤浆进料口、气体出口、反冲洗水入口和添加剂进料口，以及位于所述滤膜下方的气体入口、水出口和与所述阀门通过水煤浆中心管相连通的水煤浆出料口。本发明的可滤式制浆装置大幅改进了现有的水煤浆制浆及脱水方法，集脱水、加剂、制浆等功能于一体，使高浓度水煤浆制备在一个装置内完成，并且具有工艺流程简单，占地面积小、结构简单、易于操作和可连续工作等优点。

Description

可滤式制浆装置及利用该装置制备高浓度水煤浆的方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域。具体地，本发明涉及一种新型的可滤式制浆装置，以及利用该装置制备高浓度水煤浆的方法。

背景技术

水煤浆是一种新型低污染的煤基流体燃料，可以替代重油或燃气。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有像石油和天然气一样的特性，既可以通过管道长距离输送，也可以泵送、雾化、贮存和燃烧气化。目前水煤浆气化技术已成为运转和在建的大型煤气化装置中采用最成熟的煤气化技术。

中国能源结构的特点是缺油富煤少气，在中国的能源消费结构中，煤约占70%。在较长的时间内，中国以煤炭为主的能源结构和化工原料结构都很难改变。

虽然中国煤炭储量丰富，但主要是变质程度较低的低阶煤，由于其含氧量高，内水含量高等特点，会在煤表面形成坚固的水化膜，导致其难以获得高浓度的水煤浆或需要采用较复杂的制备工艺和付出较高成本才能制成高浓度的水煤浆。而从气化和燃烧效率的角度来看，水煤浆的浓度无疑越高越好。

目前，现有的制备高浓度水煤浆的方法是采用三个不同的装置将脱水、加剂和制浆步骤单独进行，制备复杂，生产成本较高。特别是，脱水方式主要采用的是离心脱水方式和闪蒸方式。离心方式在离心过滤时，容易堵塞且使部分煤粉损失。闪蒸脱水方式一般需要采用多级闪蒸，对设备要求较高，投入成本大。因此，开发一种新型的用于制备高浓度水煤浆的装置和方法具有重要的意义。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的一个目的是提供一种集降温减压、脱水、加剂和制浆等功能于一体的可滤式制浆装置。本发明的另一个目的是提供一种利用该可滤式制浆装置制备高浓度水煤浆的方法。

一方面，本发明提供了一种可滤式制浆装置，该可滤式制浆装置为密闭装置，包括：

设置在所述可滤式制浆装置内部的搅拌器，

设置在所述可滤式制浆装置内部且位于所述搅拌器下方的滤膜，

设置在滤膜上的阀门，用来放出水煤浆料，

位于所述滤膜上方的水煤浆进料口、气体出口和添加剂进料口，以及

位于所述滤膜下方的水出口和与所述阀门相连通的水煤浆出料口。

根据本发明的可滤式制浆装置，所述可滤式制浆装置还包括位于所述滤膜上方的反冲洗水入口；优选地，所述可滤式制浆装置还包括位于所述滤膜下方的气体入口。

根据本发明的可滤式制浆装置，所述滤膜的孔径小于700目；优选地，所述阀门为电动阀门或气动阀门，更优选地，所述阀门为电动或气动球阀；最优选地，所述阀门与水煤浆出料口通过水煤浆中心管相连通。

本发明人意外地发现，通过设置气体出口，不仅可以排出改质水煤浆所释放的大量的热，从而产生与闪蒸脱水方式相近的降温降压效果，还可以排出在一些实施方案中通过所述气体入口通入桶体内的为使添加剂与改质水煤浆作用更加充分或疏松滤饼的气体，也可以通过该气体出口在过滤之前将可滤式制浆装置抽成真空，从而制得更高浓度的水煤浆。

另一方面，本发明还提供一种利用上述可滤式制浆装置制备高浓度水煤浆的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将原煤破碎，加水，制得预处理煤浆；

（2）将步骤（1）制得的预处理煤浆进行水热处理，制得改质水煤浆；

（3）将步骤（2）制得的改质水煤浆加入到所述可滤式制浆装置内，搅拌、脱水，然后加入添加剂，搅拌，即制得所述高浓度水煤浆；其中，所述高浓度水煤浆的质量浓度为55～70%。

在上述方法中，步骤（1）中所述预处理煤浆的质量浓度为30～50%。

在上述方法中，步骤（2）中所述水热处理的压力为1.5～16.5MPa，优选为3.8～9MPa；温度为200～350℃，优选为250～300℃；时间为10～60min，优选为15～30min。

在上述方法中，步骤（3）中所述的添加剂占干基煤重的0.1～1%，优选为0.2～0.7%，最优选为0.5%。

在上述方法中，所述添加剂选自分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调节剂和杀菌剂中的一种或几种。

在上述方法中，在进行步骤（2）之前，还需对所述预处理煤浆进行预热处理。

在上述方法中，所述预热处理是在环管换热器或立式加热器中进行的。

下面通过一个优选实施方案来对本发明上述方法做进一步详细描述：

首先，将原煤破碎，破碎装置可以采用本领域已知的装置来进行，例如可以采用常规的碎煤机；

然后，将破碎后的原煤送入磨煤机，加水（水煤质量比可以为大约3～3.5:1）制成预处理煤浆，由于低阶煤内含水量较高，制得的预处理煤浆的重量浓度一般为30～50%；在本领域内，若要进一步提高质量浓度接近50%的水煤浆的浓度，是必然要付出艰辛的劳动或增加巨大的成本才能实现的；

接着，将预处理煤浆通过煤浆泵送入水热处理反应器中进行水热处理，制得改质水煤浆；水热处理反应器的数量可以根据实际工况只选用一个或选用并列布置采用反应器切换方式的几个；

最后，将改质水煤浆通过水煤浆进料口加入到所述可滤式制浆装置中，膨胀、降温、降压，在搅拌器搅拌的作用下，通过滤膜实现脱水，加入添加剂，在强力搅拌作用下制浆，即制得质量浓度为55～70%的高浓度水煤浆，高浓度水煤浆通过阀门的间歇经煤浆中心管从水煤浆出料口放出、收集。

其中，上述碎煤机、磨煤机、煤浆泵和水热处理反应器等设备均是已知的，应当理解，本发明并不受这些已知设备的限制，凡是能够实现上述作用的这些已知设备均可用于本发明。

本领域技术人员可以根据实际煤种和具体工况对添加剂及其配比进行灵活选择，所述添加剂可以包括，但不限于，能提高煤表面亲水性，增强煤颗粒间静电斥力和空间隔离位阻效应的分散剂，例如萘磺酸钠，磺化腐植酸钠和磺化木质素磺酸钠等；可使已分散的固体颗粒相互交联，形成空间结构，有效阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离的稳定剂，例如无机电解质和聚高分子化合物如聚烯烃系列等；当分散剂具有较强的起泡性能时，需要加入可以消泡以促使生产顺利进行的消泡剂，例如醇类、磷酸酯类和萘磺酸甲醛缩合物调节；可以调节水煤浆体系的pH值，将水煤浆调节为弱碱性的溶液，有利于取得良好的制浆效果的pH调节剂，调节例如氨水、氢氧化钙、氢氧化钠等；由于添加剂一般都是一些有机物质，有的在长期储存中容易受到细菌的分解而失效，此时需要加入可以杀菌以保证水煤浆浆体性能的杀菌剂（也叫防霉剂），例如异噻唑啉酮。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所述的装置集脱水、加剂、制浆于一体，可实现将这三个独立步骤在一个装置内完成，而且该装置还具有结构简单、过滤效果优异、占地面积小、效率高、操作简单、设备投资少、布置合理等特点，能够以低成本制备高浓度水煤浆。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明一个优选实施方案的示意性工艺流程图；

图2为本发明所述的可滤式制浆装置的结构示意图。

附图标记说明：

1—原煤，2—破碎机，3—煤储罐，4—磨煤机，5—煤浆泵，6—换热器,7—水热处理反应器，8—可滤式制浆装置,9—水煤浆储罐，10—水煤浆进料口，11—添加剂进料口，12—阀门，13—气体入口，14—水煤浆出料口，15—水出口，16—水煤浆中心管，17—滤膜，18—搅拌器，19—反冲洗水入口，20—气体出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

在下述实施例中，所采用的原煤均为内蒙古东胜利褐煤，所采用的碎煤机、磨煤机、煤浆泵和水热处理反应器等设备均为本领域常规设备，所采用的添加剂均通过正规渠道商购获得。

实施例1

如图1所示，将储存在储煤罐3内的经过破碎机2破碎后的原煤1在磨煤机4中以3.5:1的水煤质量比来制得预处理水煤浆，预处理水煤浆经煤浆泵5加压后依次进入换热器6和并列布置的水热处理反应器7，水热处理反应器7的处理条件设置如下：温度250℃、压力3.8MPa、处理时间60min、反应釜容积500mL，制得的改质水煤浆直接进入可滤式制浆装置8并最终收集在水煤浆储罐9中。

如图2所示，本发明的可滤式制浆装置8为密闭装置，包括：设置在其内部的搅拌器18、设置在其内部且位于所述搅拌器18下方的滤膜17、设置在滤膜17上的阀门12（例如电动或气动球阀）、位于所述滤膜17上方的水煤浆进料口10、气体出口20、反冲洗水入口19和添加剂进料口11，以及位于所述滤膜17下方的气体入口13、水出口15和与所述阀门12通过水煤浆中心管16相连通的水煤浆出料口14。

当利用如图2所示的可滤式制浆装置8制备高浓度水煤浆时，先将改质水煤浆通过水煤浆进料口10进入可滤式制浆装置8内，释放的热量通过气体出口20排出，以达到降温降压的作用；再开启搅拌器18，改质水煤浆在搅拌器18和孔径小于700目的滤膜17的作用下进行脱水处理，脱出的水经水出口15排出；然后通过添加剂进料口11添加占干基煤重0.5%的萘磺酸钠，在搅拌（搅拌速率可以为100～1500转/分钟）作用下制得高浓度水煤浆；最后间歇地开启阀门12，将高浓度水煤浆经水煤浆中心管16从水煤浆出料口14放出，收集在如图1所述的水煤浆储罐9中。经测，该高浓度水煤浆的质量浓度为57%。

另外，还可以通过反冲洗水入口19通入清洗液来对可滤式制浆装置8进行检修或者解决其堵塞问题。当遇到过滤后滤饼过于紧实，搅拌器18无法正常转动时，可以间歇地通过气体入口13吹入反吹气体来使滤饼疏松，从而实现搅拌制浆的过程。

实施例2

采用实施例1所述的方法来制备高浓度水煤浆，不同的是，在本实施例中，水煤质量比为3:1，所用添加剂为占干基煤重1%的萘磺酸钠、聚烯烃类消泡剂、萘磺酸甲醛缩合物、氨水和异噻唑啉酮，水热处理反应器7的处理条件设置如下：温度300℃、压力9MPa、处理时间30min、反应釜容积10L。经测，制得的高浓度水煤浆的质量浓度为61%。

实施例3

采用实施例1所述的方法来制备高浓度水煤浆，不同的是，在本实施例中，水煤质量比为3:1，所用添加剂为占干基煤重1%的萘磺酸钠、聚烯烃类消泡剂、萘磺酸甲醛缩合物、氨水和异噻唑啉酮，水热处理反应器7的处理条件设置如下：温度350℃、压力16.5MPa、处理时间10min、反应釜容积10L。经测，制得的高浓度水煤浆的质量浓度为67.7%。

尽管本发明已进行了详细的描述，但应当理解，上述描述并非用以限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种可滤式制浆装置，该可滤式制浆装置为密闭装置，包括：

设置在所述可滤式制浆装置内部的搅拌器，

设置在所述可滤式制浆装置内部且位于所述搅拌器下方的滤膜，

设置在滤膜上的阀门，用来放出水煤浆料，

位于所述滤膜上方的水煤浆进料口、气体出口和添加剂进料口，以及

位于所述滤膜下方的水出口和与所述阀门相连通的水煤浆出料口。

2.根据权利要求1所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述可滤式制浆装置还包括位于所述滤膜上方的反冲洗水入口。

3.根据权利要求1所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述可滤式制浆装置还包括位于所述滤膜下方的气体入口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述滤膜的孔径小于700目。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述阀门为电动阀门或气动阀门。

6.根据权利要求5所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述阀门为电动或气动球阀。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的可滤式制浆装置，其特征在于，所述阀门与水煤浆出料口通过水煤浆中心管相连通。

8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的可滤式制浆装置制备高浓度水煤浆的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将原煤破碎，加水，制得预处理煤浆；

(2)将步骤(1)制得的预处理煤浆进行水热处理，制得改质水煤浆；

(3)将步骤(2)制得的改质水煤浆加入到所述可滤式制浆装置内，搅拌、脱水，然后加入添加剂，搅拌，即制得所述高浓度水煤浆；其中，所述高浓度水煤浆的质量浓度为55～70％。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述预处理煤浆的质量浓度为30～50％。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的压力为1.5～16.5MPa。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的压力为3.8～9MPa。

12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的温度为200～350℃。

13.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的温度为250～300℃。

14.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的时间为10～60min。

15.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热处理的时间为15～30min。

16.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的添加剂占干基煤重的0.1～1％。

17.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的添加剂占干基煤重的0.2～0.7％。

18.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的添加剂占干基煤重的0.5％。

19.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述添加剂选自分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调节剂和杀菌剂中的一种或几种。

20.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在进行步骤(2)之前，还需对所述预处理煤浆进行预热处理。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述预热处理是在环管换热器或立式加热器中进行的。