CN105038878B - 一种制备水煤浆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备水煤浆的方法，所述方法通过分步将难成浆干煤粉碎，之后分部分进行粗磨、脱水、细磨、超细磨等步骤，采用特定的比例混合后，完美的填充了煤颗粒堆积时的空隙，提高了堆积效率，从而提高了水煤浆的浓度，制备得到的水煤浆可满足气化和燃烧应用需求；本发明提供的制备水煤浆的方法具有煤种适应范围广、可长周期连续生产、参数调整方便的特点。

Description

一种制备水煤浆的方法
技术领域
本发明属于水煤浆制备领域，涉及一种制备水煤浆的方法，具体涉及一种由低阶煤制备水煤浆的方法，特别涉及一种由褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等难成浆性煤制备水煤浆的方法。
背景技术
我国能源结构具有富煤、贫油、少气的特点，煤炭约占我国能源消费的70％，且在以后较长的时间内，煤炭作为我国主要能源仍将无法改变。
水煤浆是用一定级配细度的煤粉与水混合而成的，具有一定稳定性和流动性，可长距离泵送的浆状煤炭产品，是一种清洁煤基流体燃料和原料，具有制备、储存、输送和使用方便的优点，已在我国大规模推广应用。水煤浆含有大约60～70％的煤、30～40％的水和少量的添加剂通过物理加工得到，它能够像油一样运输、储存、雾化和稳定着火燃烧，热值相当于燃料油的一半。
我国的煤炭储量丰富，但以变质程度较低的低阶煤为主，且集中分布在我国煤化工发展地区——陕西、内蒙古、新疆等地。低阶煤变质程度低，内部水分含量大，孔隙发达，含氧官能团多，热值低，属于难成浆煤。煤的成浆性是用煤制备水煤浆难易程度及制成的水煤浆性能优劣程度的量度。
难成浆煤的自身特点导致很难将其制备成符合煤化工和燃烧需要的水煤浆。水煤浆的质量浓度直接影响其着火性能和热值，浓度越大，含水量越小，越容易点燃且热值高，但流动性变差。
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，所以如何开发一种由难成浆性的低阶煤制备得到高浓度水煤浆的方法在本领域是亟待解决的问题。
级配是制备高浓度水煤浆的关键技术，尤其对于难制浆煤种更加重要。高浓度水煤浆分散体系在某种意义上可以看作是由各种粒度级粉构成的粒子床，其孔隙度为0.4左右，理想状况下，当这些空隙被谁完全填充时，水煤浆浓度可以高达65％，高于此浓度时，拥挤条件下粉颗粒之间的强烈摩擦作用会使体系粘度急剧增大。而通过最优化粒度组合，能够尽可能调整颗粒间相互作用的位置和环境。虽然现有技术公开了很多公式来辅助计算何种粒度分布更加有利于难成浆煤的成浆效果，但是公式大多受到各种实际条件的限定，如原料煤颗粒的不规则性和各级粒度的不均一性，各级粒度组成比例与理论分析结论有一定的差距，无法满足实际的需要。
而煤的成浆浓度与煤的性质密切相关，对于褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等难成浆性煤，理想状况下，这类难成浆煤的成浆浓度在50％～60％变化。
因此，本领域亟需开发一种将难成浆制备成高浓度水煤浆的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种制备水煤浆的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将低阶煤进行破碎至13mm以下，得到第一浆料；
(2)将部分第一浆料与水按质量比3～4:4～2混合，得到第二浆料；将剩余的第一浆料干燥，并进行选择性筛分，得到粒径为150～1000μm的第八浆料；
(3)将第二浆料湿法整形粗磨得到第三浆料；
(4)将部分的第三浆料脱水提质得到第四浆料；将剩余的第三浆料与水按质量比1:0～2混合进行细磨，得到第五浆料；
(5)将部分的第四浆料计作第六浆料；将剩余的第四浆料返回湿法整形粗磨与第三浆料混合，和/或返回细磨阶段与第五浆料混合；
(6)将部分第五浆料计作第七浆料；将剩余的第五浆料进行超细研磨，得到第九浆料；
(7)将第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比6～9:3～1:2～1:1混合，经捏混、强剪切处理后，即可得到水煤浆产品；
其中，第三浆料粒径≤2.4mm，且小于或等于75μm物料占到总物料的30％以上；第五浆料粒径≤0.5mm，且小于75μm物料占到总物料的95％以上；第九浆料粒径≤0.3mm，且小于45μm物料占到总物料的95％以上。
图1是本发明制备水煤浆的工艺流程图。
本发明通过分步将难成浆干煤粉碎，之后分部分进行粗磨、脱水、细磨、超细磨等步骤，采用特定的比例混合后，完美的填充了煤颗粒堆积时的空隙，提高了堆积效率，从而提高了水煤浆的浓度。
在本发明步骤(2)和步骤(4)中，与水混合过程中添加有添加剂，所述添加剂的添加量为干煤质量的0.1～2wt％。
在制备水煤浆过程中，添加剂能够起到改变煤颗粒的表面性质，提高其在水中的分散程度的作用，使水煤浆有良好的流变特性和稳定性。
优选地，所述添加剂选自木质素磺酸盐、腐植酸盐和萘磺酸甲醛缩合物中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，步骤(3)所述湿法整形湿磨为整形搅拌研磨，搅拌研磨温度为10～30℃，搅拌研磨的速度为10～25m/s。
优选地，所述脱水提质为机械力脱水；
优选地，经过脱水提质后，物料的含固量由30％～55％提高至65％～80％。
优选地，步骤(2)所述第二浆料干煤占第一浆料干煤的70～90wt％。
优选地，步骤(4)所述第四浆料干煤占第三浆料干煤的55～95wt％，例如56wt％、66wt％、73wt％、78wt％、85wt％、92wt％等。
优选地，步骤(5)所述第六浆料干煤占第四浆料干煤的65～85wt％，例如66wt％、76wt％、83wt％等。
优选地，步骤(6)所述第七浆料干煤占第五浆料干煤的50～70wt％。
优选地，所述低阶煤选自褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述捏混、强剪切处理的剪切率为50r/s～120r/s。
所述方法中使用的水为生产用清水，或者为化工生产中产生的废水。
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
(1)本发明提供的制备水煤浆的方法，通过分步将难成浆干煤粉碎，之后分部分进行粗磨、脱水、细磨、超细磨等步骤，采用特定的比例混合后，完美的填充了煤颗粒堆积时的空隙，提高了堆积效率，从而提高了水煤浆的浓度，制备得到的水煤浆可满足气化和燃烧应用需求；
(2)本发明提供的制备水煤浆的方法具有煤种适应范围广、可长周期连续生产、参数调整方便的特点。
附图说明
图1是本发明制备水煤浆的工艺流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种由蒙东褐煤制备水煤浆的方法，所述蒙东褐煤为内蒙古海拉尔地区东明煤矿褐煤，分析水为14.8％，全水为32％，灰分为12.4％，粒径小于50mm；所述方法包括如下步骤：
(1)将蒙东褐煤进行破碎至13mm以下，得到第一浆料；
(2)将75wt％第一浆料与生产用水按照3.5:2质量比混合，然后添加0.2wt％的腐植酸钠得到第二浆料；将剩余的第一浆料干燥，并进行选择性筛分，得到粒径为150～1000μm的第八浆料；
(3)将第二浆料在19℃下，在20m/s的搅拌研磨速度下，整形搅拌研磨至球形颗粒，得到第三浆料，所述第三浆料固体含量为35％，最大颗粒小于2.4mm，D38为75μm；
(4)将80wt％的第三浆料进行脱水提质得到第四浆料；将剩余的5～45wt％的第三浆料与水按质量比1:0.2混合，然后添加0.2wt％的腐植酸钠进行细磨，得到第五浆料；所述第五浆料最大颗粒小于0.5mm，D96为75μm；
(5)将70wt％的第四浆料计作第六浆料；将剩余的第四浆料返回湿法整形粗磨与第三浆料混合，和/或返回细磨阶段与第五浆料混合；
(6)将65wt％第五浆料计作第七浆料；将剩余的第五浆料进行超细研磨，得到第九浆料；所述第九浆料最大颗粒小于0.3mm，D97为45μm；
(7)将第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比7:1:1:1混合，然后添加0.1wt％的腐植酸钠，在剪切率85r/s下进行捏混、强剪切处理后，即可得到浓度为60％的水煤浆产品，所述水煤浆的粘度<1200mpa·s(100S-1)。
实施例2
一种由新疆准噶尔地区五彩湾煤矿的煤制备水煤浆的方法，所述新疆准噶尔地区煤，分析水为11.3％，全水为18.6％，灰分为13.1％，粒径小于50mm；所述方法包括如下步骤：
(1)将新疆准噶尔地区煤进行破碎至13mm以下，得到第一浆料；
(2)将85wt％第一浆料与生产用水按照3.8:2质量比混合，然后添加0.1wt％的木质素磺酸盐得到第二浆料；将剩余的第一浆料干燥，并进行选择性筛分，得到粒径为150～1000μm的第八浆料；
(3)将第二浆料在22℃下，在20m/s的搅拌研磨速度下，整形搅拌研磨至球形颗粒，得到第三浆料，所述第三浆料固体含量为40％，最大颗粒小于2.4mm，D38为75μm；
(4)将84wt％的第三浆料进行脱水提质得到第四浆料；将剩余的16wt％的第三浆料与水按质量比1:0.4混合，然后添加0.1wt％的木质素磺酸盐进行细磨，得到第五浆料；所述第五浆料最大颗粒小于0.5mm，D97为75μm；
(5)将75wt％的第四浆料计作第六浆料；将剩余的第四浆料返回湿法整形粗磨与第三浆料混合，和/或返回细磨阶段与第五浆料混合；
(6)将70wt％第五浆料计作第七浆料；将剩余的第五浆料进行超细研磨，得到第九浆料；所述第九浆料最大颗粒小于0.3mm，D98为45μm；
(7)将第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比6:2:1:1混合，然后添加0.1wt％的木质素磺酸盐，在剪切率85r/s下经捏混、强剪切处理后，即可得到浓度为62％的水煤浆产品，所述水煤浆的粘度<1200mpa·s(100S-1)。
实施例3
一种由内蒙古鄂尔多斯神府地区煤制备水煤浆的方法，所述内蒙古鄂尔多斯神府地区煤，分析水为5.7％，全水为13.6％，灰分为6.9％，粒径小于50mm；所述方法包括如下步骤：
(1)将内蒙古鄂尔多斯神府地区煤进行破碎至13mm以下，得到第一浆料；
(2)将80wt％第一浆料与生产用水按照4:2质量比混合，然后添加0.1wt％的木质素磺酸盐得到第二浆料；将剩余的第一浆料干燥，并进行选择性筛分，得到粒径为150～1000μm的第八浆料；
(3)将第二浆料在22℃下，在20m/s的搅拌研磨速度下，整形搅拌研磨至球形颗粒，得到第三浆料，所述第三浆料固体含量为44％，最大颗粒小于2.4mm，D40为75μm；
(4)将87wt％的第三浆料进行脱水提质得到第四浆料；将剩余的13wt％的第三浆料与水按质量比1:0.4混合，然后添加0.1wt％的木质素磺酸盐进行细磨，得到第五浆料；所述第五浆料最大颗粒小于0.5mm，D97为75μm；
(5)将78wt％的第四浆料计作第六浆料；将剩余的第四浆料返回湿法整形粗磨与第三浆料混合，和/或返回细磨阶段与第五浆料混合；
(6)将70wt％第五浆料计作第七浆料；将剩余的第五浆料进行超细研磨，得到第九浆料；所述第九浆料最大颗粒小于0.3mm，D98为45μm；
(7)将第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比7.5:0.5:1:1混合，在剪切率85r/s下，经捏混、强剪切处理后，即可得到浓度为66％的水煤浆产品，所述水煤浆的粘度<1200mpa·s(100S-1)。
实施例4
与实施例1的区别仅在于步骤(7)第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比6:1:1:1，制备得到的水煤浆浓度为68％，粘度<1200mpa·s(100S-1)。
实施例5
与实施例1的区别仅在于步骤(7)第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比9:3:2:1，制备得到的水煤浆浓度为66％，粘度<1200mpa·s(100S-1)。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (13)

1.一种制备水煤浆的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将低阶煤进行破碎至13mm以下，得到第一浆料；
(2)将部分第一浆料与水按质量比3～4:4～2混合，得到第二浆料；将剩余的第一浆料干燥，并进行选择性筛分，得到粒径为150～1000μm的第八浆料；
(3)将第二浆料湿法整形粗磨得到第三浆料；
(4)将部分的第三浆料脱水提质得到第四浆料；将剩余的第三浆料与水按质量比1:0～2混合进行细磨，得到第五浆料；
(5)将部分的第四浆料计作第六浆料；将剩余的第四浆料返回湿法整形粗磨与第三浆料混合，和/或返回细磨阶段与第五浆料混合；
(6)将部分第五浆料计作第七浆料；将剩余的第五浆料进行超细研磨，得到第九浆料；
(7)将第八浆料、第六浆料、第七浆料和第九浆料按质量比6～9:3～1:2～1:1混合，经捏混、强剪切处理后，即可得到水煤浆产品；
其中，第三浆料粒径≤2.4mm，且小于或等于75μm物料占到总物料的30％以上；第五浆料粒径≤0.5mm，且小于75μm物料占到总物料的95％以上；第九浆料粒径≤0.3mm，且小于45μm物料占到总物料的95％以上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)中，与水混合过程中添加有添加剂，所述添加剂的添加量为干煤质量的0.1～2wt％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加剂选自木质素磺酸盐、腐植酸盐和萘磺酸甲醛缩合物中的任意1种或至少2种的组合。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述湿法整形粗磨为整形搅拌研磨，搅拌研磨温度为10～30℃，搅拌研磨的速度为10～25m/s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱水提质为机械力脱水。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经过脱水提质后，物料的含固量由30％～55％提高至65％～80％。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述第二浆料干煤占第一浆料干煤的70～90wt％。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述第四浆料干煤占第三浆料干煤的55～95wt％。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述第六浆料干煤占第四浆料干煤的65～85wt％。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述第七浆料干煤占第五浆料干煤的50～70wt％。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低阶煤选自褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤中的任意1种或至少2种的组合。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述捏混、强剪切处理的剪切率为50r/s～120r/s。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中使用的水为生产用清水，或者为化工生产中产生的废水。
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