CN103849440A

CN103849440A - 制备水煤浆的装置与方法

Info

Publication number: CN103849440A
Application number: CN201210506847.8A
Authority: CN
Inventors: 毕喜婧; 薛俊利; 汪德家
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CA2833972A1; AU2013260745B2; US20140150331A1; CN103849440B; AU2013260745A1; US9296965B2

Abstract

一种制备水煤浆的装置，其包括：用于提供粗水煤浆的第一单元；用于提供细水煤浆的第二单元；用于提供干燥的粗煤颗粒的第三单元；和用来混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒的混合单元。本发明也涉及相关方法。

Description

制备水煤浆的装置与方法

技术领域

本发明涉及制备水煤浆的装置与方法。

背景技术

水煤浆目前被广泛应用于如气化工业中。通常，具有可接受粘度的水煤浆中煤的浓度越高，越理想。但是，当前可获得的装置与方法不能提供令人满意的水煤浆，尤其是采用低阶煤作为原料时。

因此，需要新的、改进的装置与方法来制备水煤浆。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的、改进的制备水煤浆的装置与方法。

一方面，本发明涉及一种制备水煤浆的装置，其包括：用于提供粗水煤浆的第一单元；用于提供细水煤浆的第二单元；用于提供干燥的粗煤颗粒的第三单元；和用来混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒的混合单元。

另一方面，本发明涉及一种制备水煤浆的方法，其包括：制备粗水煤浆；制备细水煤浆；制备干燥的粗煤颗粒；并混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒。

附图的简要说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的制备水煤浆的装置的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的制备水煤浆的装置的示意图；

图3是根据本发明的第三实施例的制备水煤浆的装置的示意图；和

图4是根据本发明的第四实施例的制备水煤浆的装置的示意图。

具体实施方式

说明书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。

在以下的说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，单复数不加以限制。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

本申请所提及的“可”、“可能”和“可为”表示在一定环境下发生的可能性；具有指定的性质，特征或者功能的可能性；和/或通过显示一个或者多个能力、性能而适合于另一种动作，或者与该适合的动作相关的可能性。因此，用于“可”、“可能”和“可为”表示修饰的术语显然适合、能够或者适于所表示的能力，功能，或者用途，同时考虑在一些情况下，所修饰的术语可能有时不适合、不能或者不合适。例如，在一些情况下，事件或者能力可能是所期望的，而在其它情况下，该事件或者能力不能发生。这种区别通过术语“可”、“可能”和“可为”涵盖。。

本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，或20到80，或30到70，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，0.0001，0.001，0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。

本发明中提及“一个实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素（例如特征、结构和/或特点）被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或可能不出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明特征可与各种实施例和结构以任何适合的方式结合。

在下文中，将根据附图说明本发明的实施方式，将不会详细描述众所周知的功能和结构，以避免因不必要的细节而使本发明变得令人费解。

图1-4所示为根据本发明的实施例的制备水煤浆11-41的装置10-40的示意图。装置10、20、30、40包含第一单元12、22、32、42，用来提供粗水煤浆13、23、33、43；第二单元14、24、34、44，用来提供细水煤浆15、25、35、45；第三单元16、26、36、46，用来提供干燥的粗煤颗粒17、27、37、47；和混合单元18、28、38、48，用来混合粗水煤浆13、23、33、43，细水煤浆15、25、35、45与干燥的粗煤颗粒17、27、37、47。

在第一单元12、22、32、42中，煤120、220、320、420与水121、221、321、421被加入湿磨机如湿棒磨机中，以制备粗水煤浆13、23、33、43。将添加剂122、222注入第一单元12、22中，可以制备含有添加剂122、222的粗水煤浆13、23。在一些实施例中，粗水煤浆13包含最大粒径小于大约1500微米、且平均粒径（D50）大于大约100微米的煤颗粒。

在第二单元14、24、34、44中，煤140、240、340、440与水141、241、341、441被加入湿磨机中，以制备细水煤浆15、25、35、45。将添加剂142、342注入第二单元14、34中，可以制备含有添加剂142、342的细水煤浆15、35。在非限制性例子中，第二单元14、24、34、44可包含一台细磨机，包括一台振动磨机或辊式研磨机。在一例子中，第二单元14、24、34、44包含一台莱歇磨机。在一些实施例中，细水煤浆15、25、35、45包含平均粒径小于大约20微米的煤颗粒。

在第三单元16、26、36、46中，煤160、260、360、460被加入干磨机例如球磨机或干式破碎机中，以制备干燥的粗煤颗粒17、27、37、47。在一些实施例中，干燥的粗煤颗粒17、27、37、47包含最大粒径小于大约1500微米、且平均粒径大于大约100微米的煤颗粒。

在一些应用中，一台或多台磨机或破碎机可被分别用在第一单元12、22、32、42，第二单元14、24、34、44以及第三单元16、26、36、46中。

在一些应用中，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460可包含一种或多种高阶煤，诸如烟煤与无烟煤，以及低阶煤，诸如次烟煤与褐煤。在一些例子中，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460可包含低阶煤颗粒与高阶煤颗粒的混合物。在一非限制性例子中，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460包含低阶煤颗粒，诸如次烟煤与褐煤。因为低阶煤的成本较低，所以在一些例子中使用低阶煤生产煤浓度较高的水煤浆可符合成本效益。在其他例子中，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460包含高阶煤颗粒。

煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460的粒径可小于大约3毫米。或者，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460的粒径可彼此不同，且大于大约3毫米。一种或多种煤供给源（未图示）可被用于提供每一煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440、460。

在某些应用中，一种或多种煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440与460可包含一种或两种低阶煤与高阶煤，且煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440与460可彼此相同或不同。在一非限制性例子中，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440与460包含相同的低阶煤。或者，煤120、140、160、220、240、260、320、340、360、420、440与460包含相同的高阶煤。

粗水煤浆13、23、33、43，细水煤浆15、25、35、45与干燥的粗煤颗粒17、27、37、47以合适的比例在混合单元18、28、38、48中混合，以制备水煤浆11、21、31、41。在一些实施例中，粗水煤浆13、23、33、43中的煤多于水煤浆11、21、31、41中煤的大约30wt%。在一些实施例中，细水煤浆15、25、35、45中的煤少于水煤浆11、21、31、41中煤的大约30wt%。

在一些例子中，在被注入混合单元18、28、38、48之前，粗水煤浆13、23、33、43，细水煤浆15、25、35、45以及干燥的粗煤颗粒17、27、37、47中的粒径分布可通过例如激光粒径分布分析仪分析，以确定来源于第一单元12、22、32、42的粗水煤浆13、23、33、43，来源于第二单元14、24、34、44的细水煤浆15、25、35、45，以及来源于第三单元16、26、36、46的干燥的粗煤颗粒17、27、37、47的数量。

在一些实施例中，在混合过程中，混合器（未图示）可被用于在混合单元18、28、38、48中混合粗水煤浆13、23、33、43，细水煤浆15、25、35、45与干燥的粗煤颗粒17、27、37、47，并且可控制向混合单元18、28、38、48中注入粗水煤浆13、23、33、43，细水煤浆15、25、35、45与干燥的粗煤颗粒17、27、37、47的速率，以保证粗水煤浆13、23、33、43与细水煤浆15、25、35、45中的水和干燥的粗煤颗粒17、27、37、47接触，并且相对较小的煤颗粒分散在相对较大的煤颗粒之间。

本发明中提及的“水煤浆”可为特定数量的煤、水及选择性添加的添加剂的混合物，用来生产在发电、发热、支持流程与制造过程中使用的能源。

通常，水煤浆11、21、31、41可包含大约55wt%至大约70wt%的煤颗粒、大约30wt%至大约45wt%的水与一定数量（如少于大约1wt%）的选择性添加的添加剂。应当指出的是，本发明的实施例对于水煤浆不限定任何特定种类与数量的煤或添加剂。添加剂122、142、222、280、342、380、480的非限制性例子包括烷基萘磺酸盐与聚氧乙烯烷基醚。

在一些实施例中，水煤浆11、21、31、41具有下述粒径分布：第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤的大约20wt%至大约50wt%、且粒径小于44微米，第二煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤的大约20wt%至大约70wt%、且粒径的范围是从大约44微米至大约420微米，第三煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤的10wt%至大约40wt%、且粒径的范围是从大约420微米至大约1000微米。本发明中使用的wt%表示重量百分比。

在一些实施例中，第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤重量的范围可从大约25wt%至大约45wt%。第二煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤重量的范围可从大约30wt%至大约60wt%。第三煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤重量的范围可从大约20wt%至大约30wt%。在某些应用中，第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41中煤重量的范围可从大约30wt%至大约40wt%。第二煤颗粒的粒径范围可从大约75微米至大约250微米。第三煤颗粒的粒径范围可从大约600微米至大约850微米。此外，第二煤颗粒的粒径范围可从大约150微米至大约250微米。

在一些实施例中，装置10、20、30、40在混合单元18、28、38、48之后，选择性地包含过滤单元19、29、39、49，用来在将水煤浆11、21、31、41送入燃烧单元101、201、301、401，例如气化炉，之前，除去水煤浆11、21、31、41中的杂质，如石块。

在一些应用中，为了在碾磨过程中节省碾磨煤颗粒的能源，部分粗水煤浆13、23、33、43被注入第二单元14、24、34、44，以充当产生至少部分细水煤浆15、25、35、45的原料。

混合后，粒径相对较小的煤颗粒可分散在粒径相对较大的煤颗粒之间，以增加制得的水煤浆11、21、31、41的煤浓度。另外，干燥的粗煤颗粒17、27、37、47可吸收粗水煤浆13、23、33、43与细水煤浆15、25、35、45中多余的水，进一步提高水煤浆11、21、31、41的煤浓度。另一方面，细水煤浆15、25、35、45中的煤颗粒通过湿磨法制得，因此节省了在研磨与处理超细且干燥的煤颗粒过程中的防爆成本，并且消除了超细颗粒在与水混合的过程中聚结的问题。

此外，低阶煤可被用于生产符合成本效益的水煤浆。在某些应用中，其他合适的碳质材料也可被使用。

示例

下述示例为本技术领域内的技术人员实施本发明提供进一步的指导。示例并不限定权利要求书中界定的本发明的范围。

哈式指数为106的一种煤的属性如下列表1与表2中所示。通过使用一种传统的湿棒磨机，这种煤制得的水煤浆的最高浓度是54.63wt%，粘度为565.33厘泊，并具有如表3所示的粒径分布。

表1最终分析(wt%,干基)

碳	氢	氮	硫	灰	氧
						74.37	4.15	0.70	0.82	4.92	15.04

表2近似分析(wt%,干基)

挥发分	固定碳	灰
			30.39	64.69	4.92

表3

粒径(μm)	重量百分比(wt%)
		420-1000	10.9
250-420	19.6
		150-250	14.0
75-150	13.3
		44-75	7.9
<44	34.3

为进一步改进这种煤在水煤浆中的包括浓度与流动能力在内的性能，本发明涉及的方法的一个应用例子如后所述。制备煤的三股研磨产品：通过棒磨机制得的具有150微米的平均粒径以及如下表4所示的粒径分布的粗水煤浆；通过干式球磨机制得的具有259微米的平均粒径以及如下表5所示的粒径分布的干燥粗煤颗粒；和具有13微米的平均粒径以及如下表6所示的粒径分布的细水煤浆。

表4粗水煤浆的粒径分布

粒径(μm)	重量百分比(wt%)
		420-1000	19.0
250-420	18.7
		150-250	12.2
75-150	12.3
		44-75	7.1
<44	30.7

表5.干燥粗煤颗粒的粒径分布

粒径(μm)	重量百分比(wt%)
		420-1000	34.7
250-420	16.2
		150-250	11.6
75-150	11.6
		44-75	6.6
<44	19.3

表6.细水煤浆的粒径分布

	粒径(μm)
		D90	22.80
D50	12.52
		D10	5.015

以如下表7所示的注入量混合该三股研磨产品。在混合步骤中，注入中国上海的上海焦化有限公司的水煤浆添加剂FP（Q/GHBC202-2003），干基水煤浆添加剂FP加入量相对于干基煤加入量的比例为0.7%。均匀混合后，经水分测定仪（赛多利斯MA30）测得的水煤浆的煤浓度为59.9%，经粘度计（安东帕MCR300）测得的粘度为1000厘泊。

表7

因此，水煤浆的煤浓度达到大约59.9%，而粘度约为1000厘泊，其与传统方法获得的水煤浆的浓度相比提高幅度超过5%。

尽管在具体实施方式中对本发明的部分特征进行了详细的说明和描述，但在不脱离本发明精神的前提下，可以对本发明进行各种改变和替换。同样的，本领域熟练技术人员也可以根据常规实验获得本发明公开的其它改变和等同物。所有这些改变，替换和等同物都在本发明所定义的权利要求的构思和范围之内。

Claims

1.一种制备水煤浆的装置，其包括：

用于提供粗水煤浆的第一单元；

用于提供细水煤浆的第二单元；

用于提供干燥的粗煤颗粒的第三单元；和

用来混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒的混合单元。

2.如权利要求1所述的制备水煤浆的装置，其中第一单元包含湿磨机，第二单元包含湿磨机，第三单元包含干磨机或干式破碎机。

3.如权利要求1至2中任一权利要求所述的制备水煤浆的装置，其包含位于混合单元之后的过滤单元。

4.一种制备水煤浆的方法，其包括：

制备粗水煤浆；

制备细水煤浆；

制备干燥的粗煤颗粒；和

混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒。

5.如权利要求4所述的制备水煤浆的方法，其中粗水煤浆包含添加剂。

6.如权利要求4所述的制备水煤浆的方法，其中细水煤浆包含添加剂。

7.如权利要求4所述的制备水煤浆的方法，其包括：在混合粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒的过程中，加入添加剂。

8.如权利要求4所述的制备水煤浆的方法，其包括：过滤粗水煤浆、细水煤浆与干燥的粗煤颗粒的混合物。

9.如权利要求4至8中任一权利要求所述的制备水煤浆的方法，其中粗水煤浆包含最大粒径小于大约1500微米，且平均粒径大于大约100微米的煤颗粒。

10.如权利要求4至8中任一权利要求所述的制备水煤浆的方法，其中细水煤浆包含平均粒径小于大约20微米的煤颗粒。

11.如权利要求4至8中任一权利要求所述的制备水煤浆的方法，其中干燥的粗煤颗粒包含最大颗粒直径小于1500微米，且平均粒径大于大约100微米的煤颗粒。

12.如权利要求4至8中任一权利要求所述的制备水煤浆的方法，其中粗水煤浆中的煤多于水煤浆中煤的大约30wt％。

13.如权利要求4至8中任一权利要求所述的制备水煤浆的方法，其中细水煤浆中的煤少于水煤浆中煤的大约30wt％。