CN104164261A - 一种提高粗水煤浆浓度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高粗水煤浆浓度的方法，所述方法包括如下步骤：（1）将粗水煤浆进行预热处理，预热处理的温度为160～280℃、压力为0.6～6.4MPa；（2）将预热处理后的粗水煤浆加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为200～320℃、压力为1.5～11.3MPa；（3）将保温处理后的粗水煤浆进行停留处理，停留时间为10～90min，优选停留时间为20～60min；（4）将停留处理后的粗水煤浆进行闪蒸处理；（5）将闪蒸处理后的粗水煤浆依次通过过滤、加入添加剂、搅拌，制得提高浓度的水煤浆。

Description

一种提高粗水煤浆浓度的方法

技术领域

本发明属于煤炭处理技术领域，特别涉及一种提高粗水煤浆浓度的方法。

背景技术

我国能源资源虽较为丰富，但是结构失衡，且分布不均匀，呈现出“富煤、贫油、少气”的特点。煤炭在我国一次能源生产中约占70%，占一次能源总消费量的63%，远高于世界平均水平，而以石油为基础的汽油和柴油等资源供应紧张，石油依赖进口严重，这些能源问题成为长期制约我国经济社会发展的瓶颈。因此在未来较长的一段时间内，煤炭能源利用仍将是中国能源最主要的利用方式，无论在比例上还是在数量上，中国以煤炭为主的一次能源生产和消费结构都很难改变。

目前中国正实施洁净煤计划，因此将洁净煤技术作为提高煤炭利用效率，减少环境污染的重要手段，正在受到社会各界越来越多的关注。而水煤浆(CWM)是由约65wt.%～70wt.%不同粒度分布的原煤、30wt.%～35wt.%的水和约1wt.%的添加剂，经过一定的加工工艺制备的清洁煤基流体燃料。此技术是将固体的煤燃料变成流态的煤燃料，使其具备了类似重油的液态燃烧应用特点，这对于推动煤炭的清洁利用具有重要的现实意义，发展水煤浆技术不仅可以取得很好的环境效益，还可以取得可观的代油经济效益和节能效益。

虽然我国的煤炭资源品种比较齐全，包括了从褐煤到无烟煤各种不同煤化阶段的煤种，但是优质资源较少，且数量分布及其不均匀。褐煤和低变质的烟煤数量较大，约占查明资源储量的55%；中变质炼焦烟煤数量较少，约占查明资源储量的28%，且大多数为气煤；高变质的贫煤和无烟煤数量更少，仅占查明资源储量的17%。其中储量较多的低变质煤主要分布在内蒙古东部和云南等地，由于其发热量低，水分含量高，不适于长距离运输，在一定程度上制约了这些地区煤炭资源的开发和利用。

目前储量丰富的低阶煤主要用作动力煤和气化用煤。其自身特点导致其成浆浓度基本只能达到30wt.%～50wt.%，属于低浓度水煤浆，且很难被制备成高浓度的水煤浆，或需要采用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。水煤浆浓度的高低影响水煤浆气化过程中的氧耗、煤耗。高浓度水煤浆相对低浓度水煤浆具有含水量少、有效固含量高、发热量高和泵送性能良好等诸多优点。因此从气化和燃烧效率的角度来看，水煤浆的浓度应该越高越好。

目前，国内主要采取粒度级配和选择合适添加剂来提高水煤浆的浓度，但浓度的提高非常有限，一般仅能将粗水煤浆浓度提高3wt.%～5wt.%。因此，开发一种能够显著提高低浓度水煤浆浓度的新工艺势在必行。

发明内容

因此，本发明的目的是为了解决现有技术中提高粗水煤浆浓度技术的缺陷，提供一种提高粗水煤浆浓度的方法。

本发明的目的是通过提供以下技术方案实现的：

一种提高粗水煤浆浓度的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将粗水煤浆进行预热处理，预热处理的温度为160～280℃、压力为0.6～6.4MPa；

（2）将预热处理后的粗水煤浆加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为200～320℃、压力为1.5～11.3MPa；

（3）将保温处理后的粗水煤浆进行停留处理，停留时间为10～90min，优选停留时间为20～60min；

（4）将停留处理后的粗水煤浆进行闪蒸处理；

（5）过滤经闪蒸处理后的粗水煤浆，制得提高浓度的水煤浆。

本发明人发现，在本发明上述方法中，通过预热处理，可将粗水煤浆中的内水含量显著降低，例如可将原煤中8～12%的内水含量降至3～5%；停留处理是为了对粗水煤浆进行水热处理，从而达到进一步提高其浓度、改善其成浆性能的目的。

根据本发明所述的方法，该方法优选还包括步骤（6）：将步骤（4）中所述的闪蒸处理得到的热量回收，用于步骤（2）中所述的预热处理。

在本发明所述方法的一个优选实施方案中，该方法的步骤（5）还包括：向过滤后的粗水煤浆中加入添加剂，然后进行搅拌，以制得提高浓度的水煤浆。优选地，所述添加剂为分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调整剂或杀菌剂中的一种或几种。更优选地，所述的搅拌是在带有搅拌装置的制浆罐中进行的。

本发明人发现，在本发明上述方法中，为了使粗水煤浆在正常使用时能够既有较低的粘度和较好的流动性，又能够达到相对较高的浓度且不易产生沉淀，在制浆的过程中加入少许的添加剂是有一定作用的，它的作用主要发生在煤和水的界面，其效果与原煤自身的性质及水的性质都有密不可分的联系。

合适的分散剂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，例如萘磺酸盐、磺化腐植酸盐和磺化木质素磺酸盐等分散剂均可用于本发明。稳定剂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，例如无机电解质和高分子化合物等稳定剂均可用于本发明。消泡剂是当分散剂具有较强的起泡性能时，需要加入一定的消泡剂消泡来促使生产的顺利进行。例如醇类、磷酸酯类和萘磺酸甲醛缩合物等消泡剂均可用于本发明。pH调整剂可以调整水煤浆体系的pH值，将水煤浆调整为弱碱性的溶液，有利于取得良好的制浆效果，例如氨水、氢氧化钙和氢氧化钠等pH调整剂均可用于本发明。杀菌剂也叫防霉剂，是因为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，此时加入杀菌剂杀菌可以保证水煤浆浆体的性能，例如可选用的杀菌剂为异噻唑啉酮。

根据本发明所述的方法，所述添加剂的用量优选为干基煤重量的0.1～1%，更优选为0.2～0.7%，最优选为0.5%。

生产时，同时添加上述所有类型的添加剂不是必须的。本领域技术人员可以根据采用的煤种、原煤产地以及粗水煤浆化学性质的不同有选择性的添加适当的添加剂。例如，当粗水煤浆的分散性较差而其他化学性质较好时，可以仅添加分散剂；当粗水煤浆的分散性和稳定性均较差时，可以同时添加分散剂和稳定剂；当粗水煤浆需要长期储存或运输时，还可以添加杀菌剂。

根据本发明所述的方法，步骤（1）中所述的预热处理优选是在套管换热器中进行的，更优选地，所述套管换热器入口温度为20～70℃。

在上述方法中，可以通过煤浆泵将粗水煤浆输送至套管换热器中，并由煤浆泵提供给粗水煤浆初始压力。本发明并不受套管换热器级数的限制，本领域技术人员根据具体工况要求设置的温度，可以选择不同级数的套管换热器，以达到最优地提高粗水煤浆浓度的效果。例如，在预热温度为260℃时，可以选择级数为三级的套管换热器。

根据本发明所述的方法，步骤（2）中所述加热优选通过直接加热或间接加热来进行。进一步优选地，所述直接加热优选为蒸汽直接加热，再进一步优选地，所述间接加热优选为熔盐换热、火管加热、油浴换热或蒸汽换热。

根据本发明所述的方法，步骤（3）中所述的停留处理优选是在保温停留罐中进行的，更优选是在串联保温停留罐中进行的。进一步优选地，所述保温停留罐底部通入气体，再进一步优选地，所述气体为氮气、空气或水蒸汽。

在上述方法中，本发明并不受保温停留罐级数的限制，本领域技术人员根据具体工况要求的停留时间，可以选择不同级数的保温停留罐，以达到最优地提高粗水煤浆浓度的效果。例如，在保温处理的温度为300℃、停留时间为30min时，可以选择级数为十级的保温停留罐。

在上述方法中，通入气体是用于定时吹扫，防止粗水煤浆沉降。

根据本发明所述的方法，步骤（4）中所述的闪蒸处理优选是在闪蒸罐中进行的，更优选地，所述闪蒸罐的出口温度为100～120℃。

在上述方法中，本发明并不受闪蒸罐级数的限制，一般情况下，闪蒸罐的级数与上述套管换热器的级数相同。

在上述方法中，将每一级闪蒸罐内的闪蒸汽进入套管预热器，对粗水煤浆的预热，以实现热量回收，并将回收的热量用于步骤（2）中所述的预热。

根据本发明提供的方法，步骤（5）中所述过滤优选是通过采用压滤机或采用真空过滤机进行的。

根据本发明提供的方法，步骤（5）中所述的制得提高浓度的水煤浆的浓度优选为52～65wt.%。

除非另有说明，在本发明中，单位符号“wt.%”是指重量百分比。

除非另有说明，本发明所述的“粗水煤浆”是指浓度一般为30～50wt.%的低浓度水煤浆，该低浓度水煤浆可以为煤与水直接混合的未经任何处理制得的水煤浆，也可以为传统水煤浆制浆工艺或粒度级配制浆等工艺制得的水煤浆。其中，传统制浆工艺是指原煤经研磨后加入适当的添加剂后制备成水煤浆；粒度级配制浆工艺是指采用不同粒度的原煤进行混配后制备水煤浆的工艺，主要是将原煤磨制成具有较高的堆积效率的煤粉，使得其堆积孔隙最小，大颗粒间的孔隙被较小颗粒充填，小颗粒间的孔隙又被更小的颗粒充填，以此减少孔隙的含水量，提高其制浆浓度，改善水煤浆的流动性和成浆性能。也就是说，本发明可以在现有技术的基础上，采用现有技术提高过浓度的水煤浆为原料，将其浓度进一步提高。具体制备时，例如，可以将原煤采用破碎机进行初步粉碎，然后加入适量水，送入磨煤机进行初步湿磨，即制得上述粗水煤浆。

除非另有说明，本发明并不限制粗水煤浆所用原煤的煤种及产地。应当理解，本发明适用于各种煤种制得的粗水煤浆，例如褐煤或成浆浓度较低的烟煤等煤种；本发明还适用于产自不同产地的原煤制得的粗水煤浆，例如产自河南鹤壁、山东兖州、山西彬县或内蒙古锡林浩特等地的原煤。

本发明工艺流程简单，成本低廉，节约能源，可以将粗水煤浆的浓度显著地提高至52～65wt.%。在工业应用方面，粗水煤浆的浓度每提高一个百分点便带来显著的经济效益，因而，本发明还能产生巨大经济效益。

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为本发明采用火管加热来提高粗水煤浆浓度的流程图；

图2为本发明采用蒸汽直接加热来提高粗水煤浆浓度的流程图；

图3为本发明采用蒸汽换热来提高低浓度水煤浆浓度的流程图。

附图中，1、粉碎机，2、磨煤机，3、煤浆泵，4、套管换热器，5、火管加热器，6、串联保温停留罐，7、闪蒸罐，8、煤浆槽，9、煤浆泵，10、压滤机，11、制浆罐，12、蒸汽加热器，13、真空过滤机，14、蒸汽换热器。

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。

本发明的下述实施例中采用的原煤均为内蒙古锡林浩特东胜利褐煤，采用的添加剂均为通过正规渠道采购获得的同一种萘磺酸盐。

实施例1

如图1所示，当采用火管加热器5来提高粗水煤浆浓度时，其具体工艺步骤是：

（1）将褐煤用粉碎机1粉碎至粒度<6mm，加水送入磨煤机2进行初步湿磨制成粗水煤浆，制得煤与水直接混合的未经任何处理的粗水煤浆，该粗水煤浆中水煤重量比约为3:1；

（2）在常温下将粗水煤浆用煤浆泵3送至套管换热器4中进行预热处理，预热处理的温度为160℃、压力为0.6MPa，套管换热器D的入口温度为20℃；预热时，粗水煤浆流经套管换热器4的管层、水蒸气通过套管换热器4的壳层对粗水煤浆进行预热；

（3）经过预热处理的粗水煤浆经火管加热器5加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为200℃、压力保持在1.5MPa；

（4）将保温处理后的粗水煤浆送入串联保温停留罐6中停留90min，串联保温停留罐6的底部通入氮气，用于定时吹扫，防止粗水煤浆沉降；

（5）将粗水煤浆送入闪蒸罐7中进行闪蒸处理，闪蒸罐7的出口温度为100℃，热量经回收后用于套管换热器4的预热；

（6）经闪蒸降温降压后的粗水煤浆送入煤浆槽8，经煤浆泵9送至压滤机10，然后加入占干基煤重量0.5%的添加剂后送入带有搅拌装置的制浆罐11中搅拌制浆，得到浓度提高至52wt.%的水煤浆。

实施例2

如图2所示，当采用蒸汽加热器12来直接加热提高粗水煤浆浓度时，其具体工艺步骤是：

（1）将褐煤用粉碎机1粉碎至粒度<6mm，加入水和占干基煤重量0.5%的添加剂，送入磨煤机2进行初步湿磨制成粗水煤浆，测得该粗水煤浆的浓度约为43wt.%；

（2）在常温下将粗水煤浆用煤浆泵3送至套管换热器4中进行预热处理，预热处理的温度为280℃、压力为6.4MPa，套管换热器4的入口温度为30℃；预热时，粗水煤浆流经套管换热器4的管层、水蒸气通过套管换热器4的壳层对粗水煤浆进行预热；

（3）新蒸汽通入蒸汽加热器12的管路中使经过预热处理的粗水煤浆加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为320℃、压力保持在11.3MPa；

（4）将保温处理后的粗水煤浆送入串联保温停留罐6中停留10min，串联保温停留罐6的底部通入空气，用于定时吹扫，防止粗水煤浆沉降；

（5）将粗水煤浆送入闪蒸罐7中进行闪蒸处理，闪蒸罐7的出口温度为120℃，热量经回收后用于套管换热器4的预热；

（6）经闪蒸降温降压后的粗水煤浆送入煤浆槽8，经煤浆泵9送至真空过滤机13，然后加入占干基煤重量0.5%的添加剂后送入带有搅拌装置的制浆罐11中搅拌制浆，得到浓度提高至60wt.%的水煤浆。

实施例3

如图3所示，当采用蒸汽换热器14来提高粗水煤浆浓度时，其本发明的具体工艺步骤是：

（1）将褐煤用粉碎机1粉碎，得到占总重量70%左右的粒度<6mm和占总重量30%左右的粒度＞6mm的煤粉，将两种粒度的煤粉混合、加入水送入磨煤机2进行初步湿磨制成粗水煤浆，测得该粗水煤浆的浓度约为41wt.%；

（2）在常温下将粗水煤浆用煤浆泵3送至套管换热器4中进行预热处理，预热处理的温度为260℃、压力为4.7MPa，套管换热器4的入口温度为70℃；预热时，粗水煤浆流经套管换热器4的管层、水蒸气通过套管换热器4的壳层对粗水煤浆进行预热；

（3）经过预热处理的粗水煤浆经蒸汽换热器加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为300℃、压力保持在8.7MPa；

（4）将加热后的粗水煤浆送入串联保温停留罐6中停留60min，串联保温停留罐6的底部通入水蒸汽，用于定时吹扫，防止粗水煤浆沉降；

（5）将粗水煤浆送入闪蒸罐7中闪蒸，闪蒸罐7的出口温度为110℃，热量经回收后用于套管换热器4的预热；

（6）经闪蒸降温降压后的粗水煤浆送入煤浆槽8，经煤浆泵9送至压滤机10，然后加入占干基煤重量0.5%的添加剂后送入带有搅拌装置的制浆罐11中搅拌制浆，得到浓度提高至62wt.%的水煤浆。

实施例4

将图3中所示的蒸汽换热器改为熔盐换热器或油浴换热器来提高粗水煤浆浓度时，其具体工艺步骤是：

（1）将褐煤用粉碎机1粉碎，得到占总重量70%左右的粒度<6mm和占总重量30%左右的粒度＞6mm的煤粉，将两种粒度的煤粉混合、加入水和占干基煤重量0.5%的添加剂后送入磨煤机2进行初步湿磨制成粗水煤浆，测得该粗水煤浆的浓度约为48wt.%；

（2）在常温下将粗水煤浆用煤浆泵3送至套管换热器4中进行预热处理，预热处理的温度为260℃、压力为4.7MPa，套管换热器4的入口温度为70℃；预热时，粗水煤浆流经套管换热器4的管层、水蒸气通过套管换热器4的壳层对粗水煤浆进行预热；

（3）经过预热处理的粗水煤浆经熔盐换热或油浴换热器加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为300℃、压力保持在8.7MPa；（4）将加热后的粗水煤浆送入串联保温停留罐6中停留60min，串联保温停留罐6的底部通入水蒸汽，用于定时吹扫，防止粗水煤浆沉降；

（5）将粗水煤浆送入闪蒸罐7中闪蒸，闪蒸罐7的出口温度为110℃，热量经回收后用于套管换热器4的预热；

（6）经闪蒸降温降压后的粗水煤浆送入煤浆槽8，经煤浆泵9送至压滤机10，然后加入占干基煤重量0.5%的添加剂后送入带有搅拌装置的制浆罐11中搅拌制浆，制得的水煤浆的浓度为65wt.%。

在上述实施例中，尽管各实施例采用的加热方式不同，但所采用的加热方式并不仅限于特定的实施例，应当理解的是，每种加热方式均能用于其它实施例，并产生相同或相近的结果。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，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 (10)

1.一种提高粗水煤浆浓度的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将粗水煤浆进行预热处理，预热处理的温度为160～280℃、压力为0.6～6.4MPa；

（2）将预热处理后的粗水煤浆加热至保温温度进行保温处理，保温处理的温度为200～320℃、压力为1.5～11.3MPa；

（3）将保温处理后的粗水煤浆进行停留处理，停留时间为10～90min，优选停留时间为20～60min；

（4）将停留处理后的粗水煤浆进行闪蒸处理；

（5）过滤经闪蒸处理后的粗水煤浆，制得提高浓度的水煤浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤（6）：将步骤（4）中所述的闪蒸处理得到的热量回收，用于步骤（2）中所述的预热处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤（5）中还包括：向过滤后的粗水煤浆中加入添加剂，然后进行搅拌，制得提高浓度的水煤浆；优选地，所述添加剂为分散剂、稳定剂、消泡剂、pH调整剂或杀菌剂中的一种或几种；更优选地，所述搅拌是在带有搅拌装置的制浆罐中进行的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述添加剂的用量为干基煤重量的0.1～1%，优选为0.2～0.7%，更优选为0.5%。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的预热处理是在套管换热器中进行的，优选地，所述套管换热器入口温度为20～70℃。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的加热通过直接加热或间接加热来进行；优选地，所述直接加热为蒸汽直接加热；更优选地，所述间接加热为熔盐换热、火管加热、油浴换热或蒸汽换热。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的停留处理是在保温停留罐中进行的，优选是在串联保温停留罐中进行的；优选地，所述保温停留罐底部通入气体，更优选地，所述气体为氮气、空气或水蒸汽。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的闪蒸处理是在闪蒸罐中进行的，优选地，所述闪蒸罐的出口温度为100～120℃。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述的过滤是通过采用压滤机或采用真空过滤机进行的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述的制得提高浓度的水煤浆的浓度为52～65wt.%。