CN104371788A - 高钠煤脱钠方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高钠煤脱钠方法，其特征在于，包括：步骤一、将高钠煤破碎成一定尺寸的碎原煤，然后将碎原煤放入容器罐内，并在容器罐内添加洗涤溶液；步骤二、将容器罐放入微波设备内，对碎原煤和洗涤溶液进行微波处理，使得碎原煤和洗涤溶液的温度升至160℃～260℃，得到高温混合液，将高温混合液保温5min～30min，洗涤溶液会对碎原煤进行洗涤；微波设备具有压力控制系统，将容器罐内的气压维持在洗涤溶液的温度相对应的饱和蒸汽压的1～2倍；步骤三、将容器罐从微波设备中取出，过滤高温混合液，对过滤产物进行水洗，得到低钠煤。本发明的高钠煤脱钠方法能够有效降低高钠煤中钠含量，提高原煤的品质。

Description

高钠煤脱钠方法

技术领域

本发明涉及一种高钠煤脱钠方法，属于煤化工领域。

背景技术

一般动力原煤中的钠含量(以灰分计，以下同)都在1％以下，但是有些煤炭产区的产煤中钠含量在2％以上，甚至高达10％以上，例如新疆准东的煤，通常将这些煤称为高钠煤。高钠煤的煤灰中含钠组分会在锅炉等设备换热面管壁上凝结，并与烟气中的二氧化硫、三氧化硫等反应生成的硫酸钠等物质形成密实的粘结层。该粘结层一方面与金属管壁反应造成高温腐蚀，另一方面可以捕获烟气中的煤灰颗粒造成高温粘结性积灰。由于上述问题的存在，因此导致高温环境中利用高钠煤的锅炉等设备，在短时间运行后不得不更换换热面，造成严重的经济损失。

目前针对高钠煤的利用主要采用掺烧沾污性弱的煤种的方法，但这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。中国专利文献CN 201310460315.X，公开了一种新疆高钠煤脱钠方法，包含以下步骤：将高钠原煤破碎成一定尺寸的碎原煤；在第一温度和一定压力下使用高温洗涤溶液对碎原煤进行洗涤，得到混合液并稳定一定时间；将混合液搅拌一段时间，得到高温搅拌液；将高温搅拌液降温至第二温度，得到低温搅拌液；将低温搅拌液进行煤水分离，得到废液以及提质煤；将提质煤进行干燥，得到低钠煤。该种方法利用高温洗涤溶液洗涤煤颗粒，洗涤溶液脱除可溶性无机钠及部分有机钠(羧酸钠、配位形式的钠等)的能力随着温度的升高而增加，最终脱除煤中的部分钠。但是该方法所采用的电炉加热属于慢速升温，对煤块的结构影响比较小，钠脱除效果较差，使得钠的脱除效率低。而且提质后的湿煤表面仍会残留一些钠，并未对其进行冲洗，进一步限制了脱钠效率。此外，脱钠过程中直接对煤液进行搅拌，容易造成煤损失。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够有效降低高钠煤中钠含量，提高原煤的品质的高钠煤脱钠方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下技术方案：

本发明提供一种高钠煤脱钠方法，其特征在于，包括：

步骤一、将高钠煤破碎成一定尺寸的碎原煤，然后将碎原煤放入容器罐内，并在容器罐内添加洗涤溶液；

步骤二、将容器罐放入微波设备内，对碎原煤和洗涤溶液进行微波处理，使得碎原煤和洗涤溶液的温度升至160℃～260℃，得到高温混合液，将高温混合液保温5min～30min，洗涤溶液会对碎原煤进行洗涤；

微波设备具有压力控制系统，将容器罐内的气压维持在洗涤溶液的温度相对应的饱和蒸汽压的1～2倍；

步骤三、将容器罐从微波设备中取出，过滤高温混合液，对过滤产物进行水洗，得到低钠煤。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，碎原煤的直径为3～30mm。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，洗涤溶液为纯水。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，洗涤溶液与碎原煤的质量比为2:1～5:1。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，微波处理的微波功率为600w～2000w。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，将容器罐从微波设备中取出前，需要将高温混合溶液降温至50℃～70℃，得到低温混合溶液。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征，还包括：步骤四，对低钠煤进行热风干燥处理。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，微波设备的底部设置能够顺逆时针交叉转动的托盘，容器罐放置在托盘上。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，容器罐为密封结构，内部设置有用于检测洗涤溶液温度的温度传感器和检测气压的压力传感器。

另外，在本发明的高钠煤脱钠方法中，还可以具有这样的特征：其中，温度传感器和压力控制系统均与数据处理器连接，数据处理器接收温度传感器传递过来的温度，计算出施加给容器罐的气压并传输给压力控制系统。

发明作用与效果

根据本发明的高钠煤脱钠方法，由于对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理，微波加热直接向被煤块内部辐射微波电磁场，使得煤块内部迅速受热升温产生大量蒸汽往外冲出，形成内外较高的压差，促使煤中水分流失的整体趋势连续一致向外，并冲开煤块内部的孔隙，使得孔隙增大，因此，不仅煤块内水分脱除的更加彻底，带出可溶性钠，而且也使得洗涤溶液与煤块内部孔隙的接触面积更大，更容易洗出煤块中的可溶性钠；而现有技术中的电加热方式，不会对煤块孔隙产生影响，使得洗涤溶液与煤块内部空隙接触面积小，水溶性钠不容易流出；因此本实施的高钠煤脱钠方法相比现有技术，能够更有效地脱除高钠煤中的钠。

具体实施方式

以下对本发明所涉及的高钠煤脱钠方法做详细阐述。

<实施例一>

本实施例一中的高钠煤脱钠方法，具体包括以下步骤：

(1)用破碎机将高钠煤破碎成碎原煤，并通过筛子确保碎原煤的直径为3～30mm。接着，将碎原煤放入容器罐内。容器罐为密封结构，内部设置有温度传感器和压力传感器。接着，在容器罐内添加洗涤溶液，洗涤溶液为纯水。洗涤溶液与煤的质量比为2:1。

(2)将容器罐放入微波设备内。微波设备的底部设置能够顺逆时针交叉转动的托盘，容器罐放置在托盘上。

开启微波设备的微波功能，设置微波功率为600w，对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理，使得碎原煤和洗涤溶液的温度急剧升至160℃。当温度传感器检测到洗涤溶液的温度升至160℃，停止微波处理。

将高温混合液保温5min。当洗涤溶液温度达到160℃时，微波就会自动停止，低于160℃，微波又会自动启动。托盘带动容器罐顺逆时针交叉转动，使得160℃的洗涤溶液对碎原煤进行震荡洗涤，得到高温混合液。

微波设备具有压力控制系统。温度传感器和压力控制系统均与数据处理器连接，数据处理器能够接收温度传感器传递过来的温度，计算出要施加给容器罐的气压，也即160℃相对应的水的饱和蒸汽压。数据处理器将计算出的气压传输给压力控制系统，使得容器罐内的压力升高至160℃对应的水的饱和蒸汽压。压力传感器能够检测容器罐内的气压，并反馈给压力控制系统。

(3)微波设备还具有降温功能，能够将高温混合溶液降温至50℃，得到低温混合溶液。将容器罐从微波设备中取出，过滤低温混合液。对过滤产物进行搅拌水洗10min，得到低钠煤。

(4)将低钠煤进行热风干燥处理。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法，也即微波消解-ICP-AES分析法测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为76％。

<对比例一>

取高钠煤用破碎机破碎成直径为3～30mm的原煤，将原煤放入容器罐中，并添加洗涤溶液，洗涤溶液与煤的质量比为2:1。用电炉加热至160℃，同时对碎原煤进行搅拌洗涤，容器罐的气压为160℃相对应的水的饱和蒸汽压。接着，保温5分钟。取出待冷却降温至50℃过滤，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为52％。

从实施例一和对比例一的结果可知，采用本实施例中微波处理方法能够大大降低高钠煤中钠含量，提高原煤的品质。

脱钠原理：

高钠煤中的钠主要以水溶性钠为主，孔隙结构越丰富，内水含量越高，则水溶性钠的含量越多。将高钠煤浸泡在洗涤溶液中，使得煤中水溶性钠进入洗涤溶液中。

步骤(2)中首先对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理。微波加热直接向被煤块内部辐射微波电磁场，与煤块内部的水分子相互作用，使得煤块内部的水分迅速升温，并急剧汽化，将水溶性钠带出来。而且煤内部水分迅速汽化过程，也使煤的大分子结构变得疏松，煤的孔隙结构得到扩张。

接着，随着温度和压力的提高，洗涤溶液冲洗着碎原煤中的空隙，使得煤中更多的可溶性钠将溶入到洗涤溶液中。由于在微波加热过程中，煤的碎原煤的孔隙增大，使得洗涤溶液更容易冲洗煤的孔隙，煤中可溶性钠更容易进入洗涤溶液中。

托盘带动容器罐顺逆时针交叉转动，使得高温的洗涤溶液对碎原煤进行震荡洗涤，起到了震荡搅拌的作用。采用震荡搅拌，能起到和搅拌器搅拌相同的效果，而且能避免了煤块破损严重，减少煤的损失。

高温混合液保温一定时间，高温洗涤液和煤内的孔隙接触时间足够长，使得煤内的水溶性钠更充分地被洗出。

步骤(3)中对高温混合液降温，在低温下进行过滤，从而实现煤水分离，方便取出煤块。将过滤产物进行搅拌水洗，是为了冲洗掉残留在煤块表面的水溶性钠，并且在搅拌的作用下，水和过滤产物能够更充分地混合和接触，增强冲洗效果。

本发明的碎原煤直径为3～30mm，因为如果碎原煤的直径大于30mm，与洗涤溶液的接触不充分，影响洗涤溶液冲洗煤块内部空隙。如果碎原煤的直径小于3mm，对洗涤溶液的吸附能力太强，导致过滤时洗涤溶液不容易滤出，一部分含钠的滤液仍吸附在煤块内部空隙。

微波加热具有独特的加热方式，相比较传统的加热方式而言，它不需要外部热源，而是直接向被加热材料内部辐射微波电磁场，并以每秒几亿次速度进行周期变化地透入煤块内，与煤块的极性分子相互作用，迅速升温，瞬间为煤块创造高温高压的环境。由于水是强极性分子，介电常数远远大于煤，在微波场中产生取向极化，通过驰豫作用，强烈吸收微波能，瞬间积累能量，使得大量的水分子克服分子间作用力，最终快速地汽化迁移脱除。

现有技术中煤块内部的空隙不会增大，从而使得洗涤过程中，洗涤溶液不容易加热，加热过程非常缓慢加热，煤块中水分以蒸汽的形式缓慢地离开，不会对煤块的结构产生影响，也即洗涤溶液不容易进入并冲洗煤块的孔隙，也即煤中的可溶性钠不容易被带入洗涤溶液中。

而本发明采用微波加热，使得煤块内部迅速受热升温产生大量蒸汽往外冲出，形成内外较高的压差，促使煤中水分流失的整体趋势连续一致向外，并冲开煤块内部的孔隙，使得孔隙增大，因此不仅水分脱除的更加彻底，而且也使得洗涤溶液与煤块内部孔隙的接触面积更大，更容易洗出煤块中的可溶性钠。

实施例作用与效果

根据本实施例所涉及的高钠煤脱钠方法，由于对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理，微波加热直接向被煤块内部辐射微波电磁场，使得煤块内部迅速受热升温产生大量蒸汽往外冲出，形成内外较高的压差，促使煤中水分流失的整体趋势连续一致向外，并冲开煤块内部的孔隙，使得孔隙增大，因此，不仅煤块内水分脱除的更加彻底，带出可溶性钠，而且也使得洗涤溶液与煤块内部孔隙的接触面积更大，更容易洗出煤块中的可溶性钠；而现有技术中的电加热方式，不会对煤块孔隙产生影响，使得洗涤溶液与煤块内部空隙接触面积小，水溶性钠不容易流出；因此本实施的高钠煤脱钠方法相比现有技术，能够更有效地脱除高钠煤中的钠。

另外，由于对煤水混合液的过滤产物进行搅拌水洗，冲洗掉了残留在煤块表面的水溶性钠，并且在搅拌的作用下，水和过滤产物能够更充分地混合和接触，增强冲洗效果，进一步降低了煤样中的钠含量。

另外，由于在脱钠过程中，托盘带动容器罐顺逆时针交叉转动，使得高温洗涤溶液对碎原煤进行震荡洗涤，替代了现有技术中的搅拌洗涤，能够避免煤块破损严重，减少煤的损失。

<实施例二>

(1)用破碎机将高钠煤破碎成碎原煤，并通过筛子确保碎原煤的直径为3～30mm。接着，将碎原煤放入容器罐内。容器罐为密封结构，内部设置有温度传感器和压力传感器。接着，在容器罐内添加洗涤溶液，洗涤溶液为纯水。洗涤溶液与煤的质量比为3:1。

(2)将容器罐放入微波设备内。微波设备的底部设置能够顺逆时针交叉转动的托盘，容器罐放置在托盘上。

开启微波设备的微波功能，设置微波功率为1200w，对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理，使得碎原煤和洗涤溶液的温度急剧升至210℃。当温度传感器检测到洗涤溶液的温度升至210℃，停止微波处理。

将高温混合液保温15min。当洗涤溶液温度达到210℃时，微波就会自动停止，低于210℃，微波又会自动启动。托盘带动容器罐顺逆时针交叉转动，使得210℃的洗涤溶液对碎原煤进行震荡洗涤，得到高温混合液。

微波设备具有压力控制系统。温度传感器和压力控制系统均与数据处理器连接，数据处理器能够接收温度传感器传递过来的温度，计算出要施加给容器罐的气压，也即210℃相对应的水的饱和蒸汽压的1.5倍的气压。数据处理器将计算出的气压传输给压力控制系统，使得容器罐内的压力升高至210℃对应的水的饱和蒸汽压的1.5倍的气压。压力传感器能够检测容器罐内的气压，并反馈给压力控制系统。

(3)微波设备还具有降温功能，能够将高温混合溶液降温至60℃，得到低温混合溶液。将容器罐从微波设备中取出，过滤低温混合液，对过滤产物进行搅拌水洗15min，得到低钠煤。

(4)将低钠煤进行热风干燥处理。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法，也即微波消解-ICP-AES分析法测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为82％。因此采用本实施例二中的方法，能够有效降低高钠煤中钠的含量，提高原煤的品质。

<对比例二>

取高钠煤用破碎机破碎成直径为3～30mm的原煤，将原煤放入容器罐中，并添加洗涤溶液，洗涤溶液与煤的质量比为3:1。用电炉加热至210℃，同时对碎原煤进行搅拌洗涤，容器罐的气压为210℃相对应的水的饱和蒸汽压的1.5倍的压力。接着，保温15分钟。取出待冷却降温至60℃过滤，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为65％。

从实施例二和对比例二的结果可知，采用本实施例中微波处理方法能够大大降低高钠煤中钠含量，提高原煤的品质。

<实施例三>

(1)用破碎机将高钠煤破碎成碎原煤，并通过筛子确保碎原煤的直径为3～30mm。接着，将碎原煤放入容器罐内。容器罐为密封结构，内部设置有温度传感器和压力传感器。在容器罐内添加洗涤溶液，洗涤溶液为水。洗涤溶液与煤的质量比为5:1。

(2)将容器罐放入微波设备内。微波设备的底部设置能够顺逆时针交叉转动的托盘，容器罐放置在托盘上。

开启微波设备的微波功能，设置微波功率为2000w，对容器罐内的洗涤溶液和碎原煤进行微波处理，使得碎原煤和洗涤溶液的温度急剧升至260℃。当温度传感器检测到洗涤溶液的温度升至260℃，停止微波处理。

将高温混合液保温30min。当洗涤溶液温度达到260℃时，微波就会自动停止，低于260℃，微波又会自动启动。托盘带动容器罐顺逆时针交叉转动，使得260℃的洗涤溶液对碎原煤进行震荡洗涤，得到高温混合液。

微波设备具有压力控制系统。温度传感器和压力控制系统均与数据处理器连接，数据处理器能够接收温度传感器传递过来的温度，计算出要施加给容器罐的气压，也即260℃相对应的水的饱和蒸汽压的2倍的气压。数据处理器将计算出的气压传输给压力控制系统，使得容器罐内的压力升高至260℃对应的水的饱和蒸汽压的2倍的气压。压力传感器能够检测容器罐内的气压，并反馈给压力控制系统。

(3)微波设备还具有降温功能，能够将高温混合溶液降温至70℃，得到低温混合溶液。将容器罐从微波设备中取出，过滤低温混合液，对过滤产物进行搅拌水洗10min，得到低钠煤。

(4)将低钠煤进行热风干燥处理。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法，也即微波消解-ICP-AES分析法测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为89％。因此采用本实施例三中的方法，能够有效降低高钠煤中钠的含量，提高原煤的品质。

<对比例三>

取高钠煤用破碎机破碎成直径为3～30mm的原煤，将原煤放入容器罐中，并添加洗涤溶液，洗涤溶液与煤的质量比为5:1。用电炉加热至260℃，同时对碎原煤进行搅拌洗涤，容器罐的气压为260℃相对应的水的饱和蒸汽压的2倍的压力。接着，保温30分钟。取出待冷却降温至70℃过滤，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。

用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为59％。

从实施例三和对比例三的结果可知，采用本实施例中微波处理方法能够大大降低高钠煤中钠含量，提高原煤的品质。

当然，本发明涉及的高钠煤脱钠方法并不仅仅限定于以上实施例中的描述。

Claims (10)

1.一种高钠煤脱钠方法，其特征在于，包括：

步骤一、将所述高钠煤破碎成一定尺寸的碎原煤，然后将所述碎原煤放入容器罐内，并在所述容器罐内添加洗涤溶液；

步骤二、将所述容器罐放入微波设备内，对所述碎原煤和所述洗涤溶液进行微波处理，使得所述碎原煤和所述洗涤溶液的温度升至160℃～260℃，得到高温混合液，将所述高温混合液保温5min～30min，所述洗涤溶液会对所述碎原煤进行洗涤；

所述微波设备具有压力控制系统，将所述容器罐内的气压维持在所述洗涤溶液的温度相对应的饱和蒸汽压的1～2倍；

步骤三、将所述容器罐从所述微波设备中取出，过滤所述高温混合液，对所述过滤产物进行水洗，得到所述低钠煤。

2.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述碎原煤的直径为3～30mm。

3.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述洗涤溶液为纯水。

4.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述洗涤溶液与所述碎原煤的质量比为2:1～5:1。

5.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述微波处理的微波功率为600w～2000w。

6.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述步骤三中，将所述容器罐从所述微波设备中取出前，需要将所述高温混合溶液降温至50℃～70℃，得到低温混合溶液。

7.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于，还包括：

步骤四，对所述低钠煤进行热风干燥处理。

8.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述微波设备的底部设置能够顺逆时针交叉转动的托盘，所述容器罐放置在所述托盘上。

9.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述容器罐为密封结构，内部设置有用于检测所述洗涤溶液温度的温度传感器和检测气压的压力传感器。

10.根据权利要求1或7所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于：

其中，所述温度传感器和所述压力控制系统均与数据处理器连接，所述数据处理器接收所述温度传感器传递过来的温度，计算出施加给所述容器罐的气压并传输给所述压力控制系统。