CN105695008A - 水煤浆的制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示水煤浆的制备装置及方法，其中提供的一种水煤浆的制备装置包括：预处理装置，用来接收原煤和微波吸收剂，并用来混合所述微波吸收剂和原煤，所述微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种；微波产生装置，用来微波处理来自所述预处理装置的所述微波吸收剂和原煤的混合物；及制浆机，用来利用微波处理后的所述混合物制备水煤浆。本发明也提供了一种水煤浆制备方法。

Description

水煤浆的制备装置及方法
技术领域
本发明有关一种水煤浆制备装置及方法，尤其涉及一种利用微波改善后的煤制备水煤浆的装置及方法。
背景技术
在煤的气化领域中，通常采用两种方法将煤输入到气化炉中进行气化。一种方法是利用加压的氮气气动输送煤粉，并将其喷射进气化炉。另一种方法是先准备煤和水的浆体，即“水煤浆”，而后将该水煤浆输送到气化炉中进行气化。由于水煤浆方法比采用干煤粉的气化方法更简单可靠，更便于进料，且可用于较高的气化压力，因而其得到了广泛应用。
通常，较高的水煤浆浓度(水煤浆浓度是指煤在泥浆中的浓度)可以带来较高的气化效率以及较低的煤和氧的消耗。因此，在制备过程中，常期望制备出含有较高水煤浆浓度的水煤浆，从而可以以较经济的方式对水煤浆进行气化。一些方法已经被尝试来提高水煤浆浓度。然而，在现有的一些应用中，并没有使水煤浆浓度达到期望值，尤其在原料煤是低阶煤的时候情况更突出。
因此，有必要提供一种解决方案来解决至少一个上面提及的问题。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种水煤浆的制备装置。该水煤浆制备装置包括：预处理装置，用来接收原煤和微波吸收剂，并用来混合所述微波吸收剂和原煤，所述微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种；微波产生装置，用来微波处理来自所述预处理装置的所述微波吸收剂和原煤的混合物；及制浆机，用来利用微波处理后的所述混合物制备水煤浆。
本发明的另一个方面在于提供一种水煤浆制备方法。该水煤浆制备方法包括：混合原煤和微波吸收剂，所述微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种；微波处理所述微波吸收剂和原煤的混合物；及利用微波处理后的所述混合物制备水煤浆。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为本发明水煤浆的制备装置的一个实施例的示意图；
图2所示为本发明水煤浆的制备装置的另一个实施例的示意图；
图3所示为本发明水煤浆的制备装置的另一个实施例的示意图；
图4所示为本发明水煤浆的制备装置的另一个实施例的示意图；
图5所示为本发明水煤浆的制备装置的另一个实施例的示意图；
图6所示为本发明水煤浆制备方法的一个实施例的流程图；
图7所示为微波处理后未添加细渣的煤中的水分含量和添加有细渣的煤中的水分含量的实验对比示意图。
具体实施方式
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。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”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。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。另外，“连接”或者“相连”等类似的词语并非用来区分两个元件之间的直接或间接连接。当然，除非另行说明，此元件间可以直接或间接连接。
图1所示为一个实施例的水煤浆的制备装置10的示意图。在以下实施方式中，“水煤浆”可指一定数量的煤、水和添加剂的混合物，其可产生用于发电、加热、支持加工和制造中所使用的能量。近年来，水煤浆的使用已成为使用传统燃油和煤炭的一种替代性选择。
在一定的应用中，水煤浆可包括从55％到70％重量百分比(WeightPercentage,wt％)的煤颗粒，从30wt％到45wt％的水，和少于1wt％的添加剂。本发明的实施方式不限于可用于水煤浆中的任何特定类型的煤或添加剂。在非限制性示例中，添加剂的可包括烷基萘磺酸盐(AlkylnaphtheleneSulfonate)和聚氧化烯烷基醚(PolyoxyalkyleneAlkylEther)。有的时候也可以不放置添加剂。
水煤浆的制备装置10能够用原煤11制备高浓度的水煤浆18。该原煤11可为低阶煤(LowRankCoal)，如次烟煤(Sub-bituminouscoal)和褐煤(Lignite)中的一种或多种。低阶煤通常是指煤级(coalrank)低于烟煤(bituminouscoal)的一类煤。因为低阶煤的成本较低，而高阶煤(HighRankCoal)，如烟煤(Bituminouscoal)和无烟煤(Anthracite)的成本较高，故使用低阶煤作为原煤可大大节省成本。但如果原煤为高阶煤时，应用本发明水煤浆的制备装置同样可以进一步提高水煤浆浓度，故根据实际需要也可以使用高阶煤作为原煤。
在图示实施例中，水煤浆的制备装置10包括粉碎机12、微波炉14和制浆机16。本实施例中，粉碎机12作为预处理装置，用来接收原煤11和微波吸收剂22，并用来粉碎原煤11且混合微波吸收剂22和粉碎的原煤11。粉碎机12将原煤11粉碎成合适的颗粒尺寸。在本实施例中，粉碎机12在粉碎原煤11的同时将微波吸收剂22和原煤11混合均匀。微波吸收剂22加入原煤11中来提高微波炉14处理的能量效率。微波吸收剂22的重量为原煤11的重量的1％至10％。
微波吸收剂22包括细渣和炭黑中的至少一种。微波吸收剂22可为细渣、炭黑或两者的混合。细渣是高于1100℃的温度下煤气化的副产物。在一个实施例中，细渣包括大约20％至40％重量百分比的碳。在一个实施例中，细渣还包括无机盐，例如氧化硅。在一个实施例中，细渣可以从煤气化设备(未图示)获得。炭黑是高于1100℃的温度下石油或者天然气气化产生的副产物。炭黑是烃类不完全燃烧产生的不纯的碳颗粒。细渣和炭黑是两类在高温过程中产生的炭材料，具有比煤高的介电常数和电解质损耗参数，因此具有更好的微波吸收性能。细渣和炭黑较容易取得且相当便宜。
在图示实施例中，微波炉14作为微波产生装置，用来微波处理来自粉碎机12的微波吸收剂22和原煤11的混合物24。在另一个实施例中，其他类型的微波产生装置用来产生微波照射混合物24来去除大部分的水分和部分二氧化碳。微波产生装置14用来在低于400℃的温度下微波处理微波吸收剂22和原煤11的混合物24。混合物24在比较低的温度下由微波产生装置14加热，由于加入微波吸收剂22，微波产生装置14的微波处理的能量效率得到提高。在微波处理过程中，氮气被输入微波炉14中。微波炉14对混合物24处理后，低阶煤在一些方面的性质得到改良，例如降低了氧碳比率、降低了固有湿度、平滑了颗粒表面等。因此，提高了最终产出的水煤浆的浓度。从而使用价格低廉的低阶煤作为原煤即可产出水煤浆浓度符合要求的水煤浆，而无需使用价格昂贵的高阶煤作为原煤，如此可大大节省成本。
制浆机16用来利用微波处理后的混合物26制备水煤浆18。在一个实施例中，可在棒磨机中加水和添加剂研磨混合物26产生水煤浆18。
图2所示为另一个实施例的水煤浆的制备装置20的示意图。图2的水煤浆的制备装置20类似于图1所示的水煤浆的制备装置10。相比于图1所示的水煤浆的制备装置10，图2的水煤浆的制备装置20进一步包括干燥装置28。干燥装置28用来干燥微波吸收剂22且提供干燥后的微波吸收剂31至粉碎机12。干燥装置28用来去除微波吸收剂22中的水分来提供水分较低的微波吸收剂31给预处理装置。
图3所示为另一个实施例的水煤浆的制备装置30的示意图。图3的水煤浆的制备装置30类似于图1所示的水煤浆的制备装置10。相比于图1所示的水煤浆的制备装置10，图3的水煤浆的制备装置30进一步包括气化炉21。气化炉21与制浆机16连通，用来气化水煤浆18来提供细渣32给预处理装置(在本实施例中为粉碎机12)。在一个实施例中，气化炉21气化水煤浆18的温度高于1100℃。气化炉21气化水煤浆18产生合成气34和细渣32。细渣32是气化的副产物，可作为微波吸收剂加入原煤11中。在图示实施例中，其他气化设备提供的微波吸收剂22(例如细渣或炭黑)可在制备水煤浆开始阶段加入粉碎机12，之后细渣32从气化炉21中产生。细渣32可循环利用。混合至原煤11中的微波吸收剂22和细渣32的总重量为原煤重量的1％至10％。
图4所示为另一个实施例的水煤浆的制备装置40的示意图。图4的水煤浆的制备装置40类似于图1所示的水煤浆的制备装置10。相比于图1所示的水煤浆的制备装置10，图4的水煤浆的制备装置40进一步包括混合器36。粉碎机12和混合器36共同作为预处理装置38。图4所示的粉碎机12的工作方式类似于图1所示的粉碎机12的工作方式。图4的粉碎机12用来接收原煤11且粉碎原煤11，混合器36用来接收微波吸收剂22且混合微波吸收剂22和粉碎的原煤42。微波吸收剂22和粉碎的原煤42在混合器36中强烈混合。在一个实施例中，混合器36为器皿，可放入微波炉14中。在另一个实施例中，预处理装置38可包括其他装置(未图示)对原煤11或微波吸收剂22进行处理。在另一个实施例中，原煤11的颗粒大小已经符合需求，粉碎机12可以省略。
图5所示为另一个实施例的水煤浆的制备装置50的示意图。图5的水煤浆的制备装置50类似于图4所示的水煤浆的制备装置40。相比于图4所示的水煤浆的制备装置40，图5的水煤浆的制备装置50进一步包括气化炉21，其类似于图3所示的气化炉21。气化炉21用来气化水煤浆18产生细渣32，提供给混合器36。细渣32和粉碎的原煤42在混合器36中混合。在一个实施例中，其他气化设备提供的微波吸收剂22也提供给混合器36。
图6所示为一个实施例的水煤浆制备方法60的流程图。水煤浆制备方法60包括混合原煤和微波吸收剂。微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种。细渣和炭黑具有较高的微波吸收能力。细渣包括20％至40％重量百分比的碳。微波吸收剂的重量是原煤的重量的1％至10％。在图示实施例中，在步骤61中，将原煤粉碎至适当尺寸的颗粒，在步骤63中，混合微波吸收剂和粉碎的原煤。在一个实施例中，用粉碎机粉碎原煤同时混合原煤和微波吸收剂。在另一个实施例中，用粉碎机粉碎原煤，然后用混合器混合微波吸收剂和粉碎的原煤。在一个实施例中，在混合微波吸收剂和原煤之前干燥微波吸收剂。在一个实施例中，原煤为低阶煤。在另一个实施例中，原煤的颗粒大小已经符合需求，粉碎步骤可以省略。
在步骤65中，微波处理微波吸收剂和原煤的混合物。在一个实施例中，在低于400℃的温度下微波处理微波吸收剂和原煤的混合物。大部分的水分和部分二氧化碳经过微波处理被去除。由于加入微波吸收剂，微波处理的能量效率得到提高。在步骤67中，利用微波处理后的混合物制备水煤浆。在一个实施例中，微波吸收剂可以由其他气化设备提供。在图示实施例中，方法60进一步包括步骤69。在步骤69中，气化水煤浆产生合成气和细渣，将细渣提供给混合原煤和微波吸收剂的步骤63。细渣可循环利用。在一个实施例中，在高于1100℃的温度下气化水煤浆。在一些实施例中，步骤69可以省略。
图7所示为微波处理后未添加细渣的煤中的水分含量和添加有细渣的煤中的水分含量的实验对比示意图。在本实验中，第一样品为15克煤和1.5克细渣的混合物。煤和细渣的重量比为10:1。第二样品为16.5克的煤。第一样品和第二样品的煤是相同的低阶煤，其颗粒大小小于1mm，水分含量为24.77％。细渣从煤气化车间获得。为了避免细渣的水分在实验中的影响，细渣在100℃下干燥，干燥后的细渣的水分含量为1.38％。
在本实验中，第一样品和第二样品分别放入容器中，且放入微波炉内，并向容器内输入氮气。微波炉的功率设为190W，照射时间分别为3分钟、6分钟、9分钟和12分钟，来分别测量第一样品和第二样品中的水分含量。
如图7所示，曲线72显示了微波处理后第二样品的煤(即未加细渣的煤)的水分含量。曲线74显示了微波处理后第一样品中的煤(即加入细渣的煤)的水分含量。由于干燥的细渣的水分含量远远低于煤的水分含量，第一样品的水分含量因为干燥的细渣的加入而降低。曲线74显示的煤的水分含量是根据测得的第一样品的水分含量和加入细渣而降低的水分含量计算获得的，来消除加入干燥细渣对第一样品的水分含量降低的影响。如此曲线74仅反映微波处理对水分的影响。
比较曲线72和曲线74可知，微波照射相同时间后，第一样品中的煤的水分含量始终低于未加细渣的第二样品的煤的水分含量。微波照射6分钟时，第一样品的煤的水分含量相对于第二样品的煤的水分含量降低了2％。而且第一样品的煤和第二样品中的煤的水分含量达到相同百分比时，第一样品微波照射的时间相对较短。尤其是当水分含量较低时，例如图中低于7％时，细渣的加入大幅地减少了照射时间。如此说明，由于细渣的加入，微波的功率损耗明显降低，微波的功率效率提高。
在本实验中微波功率为190W，在更高功率的微波照射后功率效率会有更显著地提高。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (18)

1.一种水煤浆的制备装置，其特征在于，所述水煤浆的制备装置包括：
预处理装置，用来接收原煤和微波吸收剂，并用来混合所述微波吸收剂和原煤，所述微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种；
微波产生装置，用来微波处理来自所述预处理装置的所述微波吸收剂和原煤的混合物；及
制浆机，用来利用微波处理后的所述混合物制备水煤浆。
2.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述预处理装置包括粉碎机，所述粉碎机用来粉碎所述原煤且混合所述微波吸收剂和粉碎的原煤。
3.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述预处理装置包括粉碎机和混合器，所述粉碎机用来接收所述原煤且粉碎所述原煤，所述混合器用来接收所述微波吸收剂且混合所述微波吸收剂和粉碎的原煤。
4.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述水煤浆的制备装置进一步包括气化炉，所述气化炉与所述制浆机连通，用来气化所述水煤浆来提供细渣给所述预处理装置。
5.如权利要求4所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述气化炉气化所述水煤浆的温度高于1100℃。
6.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述微波吸收剂的重量为所述原煤的重量的1％至10％。
7.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述水煤浆的制备装置进一步包括干燥装置，所述干燥装置用来干燥所述微波吸收剂且提供干燥后的微波吸收剂至所述预处理装置。
8.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述原煤为低阶煤。
9.如权利要求1所述的水煤浆的制备装置，其特征在于：所述微波产生装置用来在低于400℃的温度下微波处理所述微波吸收剂和所述原煤的混合物。
10.一种水煤浆制备方法，其特征在于，所述水煤浆制备方法包括：
混合原煤和微波吸收剂，所述微波吸收剂包括细渣和炭黑中的至少一种；
微波处理所述微波吸收剂和原煤的混合物；及
利用微波处理后的所述混合物制备水煤浆。
11.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述水煤浆制备方法进一步包括用粉碎机粉碎所述原煤同时混合所述原煤和所述微波吸收剂。
12.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述水煤浆制备方法包括用粉碎机粉碎所述原煤且用混合器混合所述微波吸收剂和粉碎的原煤。
13.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述水煤浆制备方法进一步包括气化所述水煤浆来产生细渣给所述混合原煤和微波吸收剂的步骤。
14.如权利要求13所述的水煤浆制备方法，其特征在于：在高于1100℃的温度下气化所述水煤浆。
15.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述微波吸收剂的重量为所述原煤的重量的1％至10％。
16.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述水煤浆制备方法包括在混合微波吸收剂和原煤之前干燥所述微波吸收剂。
17.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：所述原煤为低阶煤。
18.如权利要求10所述的水煤浆制备方法，其特征在于：在低于400℃的温度下微波处理所述微波吸收剂和所述原煤的混合物。
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