CN1075743A - 制备浓缩水煤悬浮液及其管道输送的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备浓缩的煤水分散体和通 过管道输送所述分散体的方法，这是通过添加分散剂 的特殊形式实现的。这种方法还能改善悬浮液的贮 存稳定性。

Description

本发明涉及制备浓缩水煤悬浮液及其通过管道输送所述悬浮液的方法。

水中的微细碎煤浓缩悬浮液（最大直径300≤μm）（称CWM），其无需初级脱水可直接供给锅炉，象例如英国专利2099451号所公开的，构成了一个为了使其转换成含煤燃料的有意义的选择，所述锅炉是用燃油工作的，因此不能使用固体燃料。

当煤被从采掘场所到使用场所长距离传输时，在采掘场所设置有悬浮液制备装置，从经济上和环境上讲使用这种悬浮液是尤其有利的。

在整个系统中，为了补偿生产和使用的周期变化，在煤炭输送管道的起始和终端站设置有水煤悬浮液的贮存罐，其贮存时间可以超过2个月。

CWM的最重要的技术性能是燃烧性能以及泵送和贮存稳定性。因此，一个最佳配方应该考虑这些性能，并且，为了保持有限的花费，同时应使附加的添加剂量最少。

使悬浮液能作为燃料的高煤浓度（≥60%，最好≥70%重量比），仅能通过使用分散剂并选择适当的颗粒分布而获得。

可作为分散剂的有，阴离子和阳离子表面活性剂，高分子非离子物（例如从烷基苯酚或亚烷基二醇或亚烷基二胺衍生的烯化氧共聚物）和聚电解质，尤其是包含多核的烷基取代的芳烃部分并且有超过300的较高的分子量的磺化表面活性剂。其中，本发明列举了与 甲醛缩合的烷基萘磺酸单价阳离子盐，和其中商品名称为Daxad15（W、R、Grace）和Fluidix05（Bozzetto）的已知化合物。

在其他条件是相同的前提下，悬浮液的粘度取决于分散剂的添加量。起初，粘度随添加量的增加而减少。因为分散剂代表出有意义的成本（约30%的悬浮液产品的成本），添加添加剂应适当的限制，直到获得最小的粘度值。

当添加剂量增加到最佳值之上时，不再能获得流动性的改善;反之在许多情况下能观察到粘度小量的增加，并且，产品的成本增加了。在不理想的配方的情况下，众所周知的长时间的泵送操作中悬浮液粘度随时间而变化，因为泵送引起添加剂的消耗，导致在水溶液中游离的添加剂浓度减少，添加剂会通过离心或过滤悬浮液而被从悬浮液中分离（参阅英国，Stratford    upon    Avon，“在管道中水力传送固体”1988第11期国际会刊）。

如果在泵送不被控制情况下，由于添加剂消耗引起的所述粘度的增加，悬浮液的粘度可以达到这样的高的程度，以致悬浮液变得难以泵送。

到目前为止已知的为改善泵送稳定性的方法（见德国专利3，621，319）包括在粉碎阶段已加入过量的分散剂，该量超过上面为获得最小粘度而定义的最佳量。由于输送所需的过量添加剂取决于许多因素，尤其是煤的物理和化学性质（例如，化学组成，表面的亲水-亲脂性平衡（HLB），吸水性，机械耐磨性，颗粒分布，颗粒形状，孔率分布），混合物性质（如固体物浓度、流变性、聚集或絮凝度）和在输送过程中流体动力学情况，包括通过泵的通道，显然这种过量仅能被近似确定。

考虑来自可能抵估造成的相当的损坏，实际上采用保守的标准，以致添加量经常超过被认为是用于输送的精确的必需量。

事实上，被要求（德国专利3621319AL）为可能获得最小粘度的量（最小粘度量）的高达800%的分散剂的量。当我们可能这样做时，甚至是在稳定添加剂的存在下，将导致在悬浮液静态稳定性方面产生明显的负作用。

现在我们已找到克服现有技术存在的缺点的方法。实际上按照本发明方法，煤水混合物不需使用过量分散剂即可泵送和稳定的贮存。

因此，本发明涉及制备和通过管道输送浓缩的水煤混合物的方法，其包括：

-通过在一种或多种分散剂存在下湿磨制浆的步骤;

-通过一个或多个泵站经管道的输送步骤;其特征在于：

-在制浆步骤中，添加为了获得最小粘度所必需的分散剂的最小添加量，最小粘度在流动剪切速率为10秒^-1下为0.8至1.5泊（Pas）。

-在泵送步骤中，以一定数量一份或多份地添加更多的分散剂，以限制粘度的增加低于初始煤浆粘度值的30%。

在较佳实施例里，在泵送步骤添加的添加剂要使煤浆粘度的增加能够限制到小于初始煤浆粘度值的20%。

在煤浆泵送步骤中添加剂的添加可用安装在管道上的粘度计控制，当粘度超过预先限定值时粘度计启动添加剂计量装置，最好管道上的粘度计和添加剂计量装置被安置在泵站：通过泵通道引起的湍流使添加到悬浮流中的分散剂获得良好的分散。

术语“煤水浓缩混合物”指的是微细的碎固体燃料的液态悬浮液，其中所述固体燃料为褐煤、次烟煤、低级无烟煤、无烟煤、焦煤和通过煤的热处理而得到的其他产品、石油产品焦碳、石墨和其他高碳含量的化合物。

煤也可以来自脱矿质和/或脱硫过程，尤其是经选择性附聚过程得到（参见美国专利4，776，859）。本发明的悬浮液能包含，例如从40%至85%，最好从55%到80%的固体燃料，其有平均直径≤200μm，最好≤50μm的颗粒分布，尤其优选由两组不同平均尺寸的颗粒构成两峰颗粒分布，其中第一颗组平均尺寸在200至50μ的范围内，第二颗粒组的平均尺寸在1至40μm范围内。

然而本发明的特殊目的是分散剂的添加的形式，据此在制浆步骤中仅添加一部分添加剂，即，该部分相应于由在悬浮液中的固体成份类型和浓度确定的最小粘度值，添加剂的剩余部分随后在泵送步骤中并作为较多的部分添加，并且仅仅在粘度超过了流动泵送粘度的5%至50%的预定量时才添加。

在泵送过程所加的分散剂的量是根据上面提到的参数而变化。

作为分散剂，可使用阴离子的、阳离子的、非离子的和两性的化合物，它们或者作为单独的化合物，或者作为混合物。较好是可作为碱金属或铵盐使用的阴离子磺化分散剂，更好的是与甲醛缩合的萘磺酸铵盐或烷基萘磺酸盐的碱金属盐或铵盐。

在CWM制备步骤中，为了有最高的流动性所必需的最小量是许多参数，尤其是煤的类型、其在煤浆中的浓度、添加剂类型的函数。

为了所述的目的，为了在浓缩煤浆的制备阶段获得最高的流动性，所必需的与甲醛缩合的萘磺酸盐类型的磺化添加剂的最低浓度 相对于整个煤浆重量而言是在0.4%至1.5%。

为了举例的目的，为了获得以煤的重量计含量为62%的悬浮液的最小粘度所必需的Daxad15的最低浓度为1.0%（重量）（以悬浮体重量为基础），所述的煤有如表1所述的特征。

除了水，固体燃料和分散剂之外，本发明的悬浮液可以包括水溶混有机物质（如，象甲醇、乙醇等那样的C₁-C₆的脂族醇）、防泡剂、稳定添加剂（如意大利专利20456A/85所公开的膨润土、多糖、黄源胶和聚丙烯酰胺）、生物杀伤剂和其他流体或半流体燃料（如燃油、石油残渣、石脑油、粗柴油等等）。

本发明的悬浮液的生产方法能通过不同步骤进行，最好象英国专利2，099，451号公开的采用两步湿磨步骤。

与在煤浆制备阶段由一次添加分散剂构成的溶液相比，本发明提供方法的优点是在相同的泵送性能条件下，煤浆有较高的静态稳定性，能够在起始站和终点站长期贮存。

下面的例子用于更好的说明本发明。

实施例

哥伦比亚烟煤（其性质见表1）的各种含水悬浮液用两步湿磨法制备（如英国专利2，099，451公开的）-使用Daxad15作为分散添加剂（以下简称“D15”），并且在同样情况下膨润土作为稳定添加剂。研磨时间被如此控制以致达到对于所有悬浮液具有同样的颗粒分布，其特征是具有20±1μm的平均直径和具有7.0±0.5%的超过200μm的筛上部分。

悬浮液的粘度用以10秒^-1为长距离输送剪切速率的标准运转的旋转粘度计测量。

悬浮液泵送性能由实验室试验模拟（来源于AICHE杂志1957年卷3第1号第3页Metzner和Otto提供的方法和在过去已描述过，即“在管中用水力传输固体”的第11届国际会刊），在该试验中悬浮液被以恒定的旋转速度处理，这样相当的剪切速率是10秒^-1，并且连续测量扭矩。通过用公知的粘度流体适当校准，扭矩信号被转换成粘度。

实验结果用为达到初始粘度值的两倍的粘度值所需的时间或用在预定搅拌时间之后，相对于最初粘度值的粘度增加的百分率来指示性地概括。

在低剪切速率值下泵送性能象上面那样模拟，但在相当于剪切速率是1秒^-1的旋转速度下运转。在搅拌试验的结束时的沉降物高度通过用15克重的刚性有机玻璃棒穿透所述沉降物被评价（“棒穿透试验”），该高度用于评价煤悬浮液的稳定性（如英国化工杂志1985年31卷第175页）。

试验结果由支持棒重的沉降物的高度来概括。

通过在20℃恒温下在玻璃管（内径40mm，使用高度450mm）内的沉降试验评价静态稳定性。在固定的60天的贮存时间结束时，管内物被细分成三部分：头、中间和底部，并且对于每一部分，固体物质的浓度用重力法来确定。该试验结果用参数“沉降百分率”%S指示，如下计算：

%S＝（C_F-C^平均）×100/（C^最大-C^平均）

C^平均＝（C_T+C_M+C_F）/3

其中C_T、C_M、C_F分别是固体物在头、中间和底部的浓度;C^最大是固体物的最大堆集浓度，其通过以每分钟20.000转离心分离悬浮液20分钟而在测试管的底部区域获得的（等效于49.000倍的重力加速度）。

当被如此限定时，沉淀物百分率%可以在0到100范围变化，0表示具有均匀浓度分布（C_T＝C_M＝C_F）的完全稳定的悬浮液，100表示完全不稳定的悬浮液，C_F＝C^最大。在后一种情况下，沉降物的性能象固体，显然不再可泵送。

表1

煤的特性水份    6.1%-W

挥发物    36.4%-W

灰份    6.6%-W

固定碳(不同的)    50.9%-W

碳    69.9%-W

氢    5.4%-W

氮    1.5%-W

硫    0.6-W

氧(不同的)    16.0%-W

总热值    28,800千焦/千克

＊%-W＝重量百分比

实例1：

制备包括62.0%的哥伦比亚煤和变量的D15的五种含水悬浮液，该煤有表1表示的特征。为了获得最小粘度值D15的最佳量是1.0%（见表2）。

表2悬浮液编号 D15浓度 在10秒^-1

(基于悬浮液和重量%)    的粘度(泊)

1    0.5    10

2    0.7    2.8

3    1.0    1.20

4    1.2    1.21

5    1.5    1.29

实例2

对悬浮液编号2、3、4和5进行泵的稳定性和沉降试验。用使粘度值达到两倍于最初粘度值所需时间表示的泵送稳定性在相同的搅拌条件下随D15量的增加而增加。相反，静态稳定性随D15的增加而减少（见表3）

表3悬浮液编号    泵送稳定性    沉降物

(小时)    (%)

2    31    12

3    270    18

4    430    75

5    673    89

实例3

相应于最小粘度值的悬浮液3号（见表2）经过模拟泵送试验，其中，一旦粘度相对于最初粘度值增加5%时，通过滴定管在悬浮液中加入另外一份分散剂。这个试验在预定的270小时中进行，相等于实 施例2的没添加分散剂的同一悬浮液3号（表3）的试验时间。D15的总量（即，制备阶段D15的添加量，加上试验期间D15的添加量）以悬浮液的重量计为1.2%。

具有相同搅拌时间的结果在表4中报道，其中包括由实例2（其中所有添加剂在制备步骤添加）得到的那些结果。在表4的第三栏表述了搅拌270小时后粘度百分率的增加。在D15的总量是相同的前提下（1.2%的重量），获得等效的搅拌稳定性。

表4悬浮液编号    D15的总浓度(重量百分比)    粘度的增加量

3    1.0    100%

3+附加物    1.2    5%

4    1.2    5%

5    1.5    0%

实例4：

对已经过如例3的270小时模拟泵送试验的试样进行静态稳定性试验，其结果表述于表5。

D15总量相同，得到等效的静态稳定值。

我们提醒，在泵送步骤之前，与悬浮液4号相比，悬浮液3号显示出较高的沉降稳定性（见表3）。

表5悬浮液号    D15总浓度(重量百分比)    搅拌试验之后的

沉降百分率

3+附加物    1.2    16%

4    1.2    18%

5    1.5    85%

具有大量的D15的悬浮液5号相反比悬浮液3和4号得到小得多的稳定性。

实例5（比较实例）

对悬浮液3、4和5号，进行270小时预定时间的低剪切速率泵送的模拟试验，所得结果表述于表6。

具有大过量的D15的悬浮液5号，显示沉降迹象。

表6悬浮液编号    D15浓度(重量百分比)    沉降高度(毫米)

3    1.0    0

4    1.2    0

5    1.5    8

实例6（比较实例）

四种相同粘度（在10秒^-1时1.20泊）和同样含量的D15（1.2重量）的悬浮液用不同量的煤和起稳定剂作用的膨润土制备。用基于悬浮液约1.5%的膨润土含量，但以煤含量大量下降（按重量计从62降低至57%）为代价才能得到悬浮液3号，即具备最小粘度值（参见表2）的悬浮液的相同的静态稳定性。对于仅有57%重量的煤的悬浮液，由于其的低热值，将难以产生燃烧。

其结果表示在表7中。

表7悬浮液编号    煤浓度(重量百分比)    膨润土浓度    沉淀(%)

(重量百分比)

3*    62.0    没有    18

6    60.5    0.5    50

7    58.9    1.0    25

8    57.2    1.5    15

9    55.5    2.0    9

＊D15＝1.0（重量），以悬浮液为基准

（与1.2%（重量的其他悬浮液6、7、8和9号相比较）

Claims (6)

1、制备和通过管道输送浓缩的煤水混合物的方法，其包括：

-通过在一种或多种分散剂存在下湿磨的制浆步骤；

-通过一个或多个泵站，通过管道输送的步骤；

其特征在于：

-在制浆步骤中，添加对于得到最小粘度是必需的最少量的分散剂，该最小粘度在剪切速率为10秒^-1的情况下为0.8至1.5泊；

-在泵送步骤，一部分或多部分地加入添加分散剂，其数量要限制粘度的增加低于最初煤浆粘度的30%。

2、根据权利要求1的方法，其中在泵送阶段，相对于最初煤浆粘度添加的添加剂使得煤浆粘度的增加，被限制到低于20%。

3、根据权利要求1至2的方法，其中分散剂或分散剂的混合物为磺化分散剂及其碱金属或铵盐。

4、根据权利要求3的方法，其中分散剂为与甲醛缩合的萘磺酸盐或烷基萘磺酸盐的碱金属或铵盐。

5、根据权利要求1至4的方法，其中，在煤浆泵送步骤中分散剂的添加由安装在管道上的粘度计控制，当预定的粘度值被超过时，粘度计启动添加剂计量装置。

6、根据权利要求5的方法，其中，管道上的粘度计和添加剂计量装置安装在泵站内。