CN108264945A - 一种提高生物质和煤在水中含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种提高生物质和煤在水中含量的方法。本发明提供的提高生物质和煤在水中含量的方法，通过对生物质、煤进行脱水、粉碎、压缩、再粉碎、研磨制浆这一工艺流程，使得生物质和煤在水中的含量达到55‑65wt％，而浆液的粘度仅为450‑1100mPa·s，浆液的成浆性好，流动性高，便于输送，满足后续处理工艺的进料要求，提高装置的利用效率。

Description

一种提高生物质和煤在水中含量的方法
技术领域
本发明属于清洁能源技术领域，具体涉及一种提高生物质和煤在水中含量的方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人民生活水平的提高，人们对能源的需求量日益增大，能源与环境问题已日益成为国际社会关注的焦点。煤炭和石油仍然是目前全世界最主要的一次能源。随着一次能源的日益减少，开采出的石油和煤炭的品质下降，重油和低阶煤产量增加，如何更科学地开发和利用一次能源和替代能源是世界各国都在积极思考的问题。
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便等。而我国是个农业大国，农作物秸秆的年产量十分巨大，作为低品位含能物质，秸秆资源年均可收集总量超7亿吨。因此如何将生物质秸秆资源进一步高效、清洁的利用是能源利用领域的重要发展方向。
水煤浆技术是一种洁净煤技术，在我国经过几十年的发展已经日趋完善，广泛应用在工业锅炉、窑炉上，它可以像油一样的管运、储存、泵送、雾化和稳定燃烧是理想的代油燃料和气化原料。因此，如何将生物质和水煤浆高效、清洁利用技术相结合，开发出一种能够像油一样泵送和稳定燃烧的生物质-水煤浆，对提高我国秸秆的综合利用率和水煤浆技术的推广发展有着积极的作用。
为此，中国专利文献CN107312581A公开了一种生物质水煤浆，由生物质粉、煤粉和表面添加剂组成，制浆浓度为60-70％，表面添加剂的用量为干基煤粉重量的0.8％-1.2％。所述表面添加剂由木质素磺酸盐、聚乙二醇和煤焦油按一定比例混合而成，三者协同发挥作用，通过聚乙二醇和煤焦油的包裹，大幅降低了生物质秸秆粉末的吸水性，通过阴离子和非离子表面活性剂的协同作用，增强了煤粉和生物质秸秆粉末的疏水性，进而提升了其在水中的分散性，该生物质秸秆水煤浆体具有较好的流动性、较低的表观粘度。但是众所周知，表面添加剂不但成本较高，还会造成环境二次污染。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用表面添加剂提高浆料固含量、降低浆料粘度的缺陷，从而提供一种不需要外加表面添加剂的提高生物质和煤在水中含量的方法。
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
生物质预处理：收集生物质并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至D50粒径为100-300μm；
生物质压缩：将粉碎后的生物质进行压缩成型，压缩压力为2-5MPa，压缩温度为30-60℃；
生物质粉碎：将压缩成型后的生物质再次粉碎处理，粉碎至D50粒径为30-50μm，得生物质粉末；
煤预处理：收集煤并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至D50粒径为50-100μm；
煤压缩：对粉碎后的煤进行压缩成型，压缩压力为5-15MPa，压缩温度为30-60℃；
煤粉碎：对步压缩成型后的煤再次粉碎处理，粉碎至D50粒径为30-100μm，得煤粉；
制浆：将生物质粉末、煤粉与水按比例进行配比混合、研磨制浆，得到固含量为55-65wt％的浆液。
进一步地，所述生物质浓度为15-30wt％，煤粉浓度为35-50wt％。
进一步地，采用烘干脱水控制含水率，所述烘干脱水温度均为50-70℃，烘干脱水时间为3-5h。
进一步地，所述压缩成型为压块成型、压片成型或压条成型。可采用压块机、压片机或压条机进行压缩成型。
进一步地，生物质粉碎步骤将生物质粉碎至堆密度为420-510kg/m3，煤粉碎步骤粉碎至煤的堆密度为1200-1300kg/m3。
进一步地，粉碎过程为锤片式磨粉碎、球磨粉碎、棒磨粉碎、超微粉碎或气流粉碎。可采用锤片式磨机、球磨机、棒磨机、超微粉碎机或气流粉碎机等设备进行粉碎。
进一步地，研磨制浆步骤为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆、均质制浆、或胶体磨制浆。采用的设备可以为搅拌机、混合机、分散机、乳化机、剪切机、均质机、研磨机或胶体磨等。
进一步地，所述研磨制浆的时间为2-8分钟。
进一步地，所得浆液的粘度为450-1100mPa·s(50℃)。
进一步地，所述的生物质为木质废弃物、农业秸秆或藻类；所述煤为低阶煤。优选的，所述的生物质为木质废弃物、农业秸秆、藻类等，所述木质废弃物来源于废旧家具、废旧木质建材等，所述农业秸秆为粮食作物秸秆、油料作物秸秆、棉秆、烟秸秆、麻类秸秆或糖料作物秸秆等，其中粮食作物秸秆包括水稻、小麦、大麦、玉米、大豆、蚕豌豆、薯类秸秆等，油料作物秸秆包括花生、油菜籽、芝麻秸秆等、棉秆、烟秸秆、麻类秸秆和糖料作物秸秆主要为甘蔗秸秆，藻类主要为红藻、绿藻、褐藻等。所述煤为低阶煤，包括长焰煤、气煤、褐煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤等。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的提高生物质和煤在水中含量的方法，通过对生物质、煤进行脱水、粉碎、压缩、再粉碎、研磨制浆这一工艺流程，使得生物质和煤在水中的含量达到55-65wt％，而浆液的粘度仅为450-1100mPa·s(50℃)。该方法通过各步骤的配合，尤其是对各次粉碎步骤中粒度的控制和级配、以及压缩和研磨制浆步骤的控制，能够使得本发明所得浆液固含量提高的同时，浆液的粘度低、流动性好，便于输送，满足后续处理工艺的进料要求，提高装置的利用效率。而且工艺简单，不需要额外的添加剂，节约水资源，经济环保。
2.本发明的提高生物质和煤在水中含量的方法，通过控制原料压缩的温度、压力及再粉碎的粒度等参数，可是实现调整浆液的粘度。随着压缩压力和温度的提高，物料内部孔隙结构被破坏得更加彻底，所含水分大大减少，物料间结合得更为致密，压缩后物料堆密度高，更有利于运输。同时随着再粉碎粒度的控制，在配浆时固液结合更好，从而降低浆液粘度，增加浆液整体的流动性。
具体实施方式
实施例1
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的褐藻进行烘干脱水，烘干脱水温度均为50℃，烘干脱水时间为5h，然后采用球磨粉碎至D50粒径为100μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的褐藻采用压条机进行压缩成型，压缩压力为2MPa，压缩温度为60℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的褐藻再次采用球磨粉碎处理，粉碎至D50粒径为50μm，得褐藻粉末，其密度为420kg/m3；
(4)对收集的气煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为50℃，烘干脱水时间为3h，然后采用球磨粉碎至D50粒径为100μm；
(5)对步骤(4)粉碎后的气煤采用压块机进行压缩成型，压缩压力为5MPa，压缩温度为60℃；
(6)对步骤的(5)压缩成型后的气煤再次采用球磨粉碎处理，粉碎至D50粒径为50μm，得煤粉，其密度为1200kg/m3；
(7)将步骤(3)的15kg褐藻粉末、步骤(6)的50kg煤粉与35kg水按比例进行配比混合、采用均质机研磨制浆，研磨制浆的时间为6分钟，得到含量为65wt％的浆液，所述褐藻含量为15wt％，煤粉含量为50wt％。
实施例2
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的玉米秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度均为70℃，烘干脱水时间为3h，然后采用超微粉碎机粉碎至D50粒径为300μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的玉米秸秆采用压块机进行压缩成型，压缩压力为2MPa，压缩温度为60℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的玉米秸秆再次采用超微粉碎机粉碎处理，粉碎至D50粒径为30μm，得玉米秸秆粉末，其密度为510kg/m3；
(4)对收集的贫煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为50-70℃，烘干脱水时间为5h，然后采用超微粉碎机粉碎至D50粒径为50μm；
(5)对步骤(4)粉碎后的贫煤采用压块机进行压缩成型，压缩压力为15MPa，压缩温度为30℃；
(6)对步骤的(5)压缩成型后的贫煤再次采用超微粉碎机粉碎处理，粉碎至D50粒径为30μm，得煤粉，其密度为1300kg/m3；
(7)将步骤(3)的20kg玉米秸秆粉末、步骤(6)的35kg煤粉与水按比例进行配比混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆的时间为12分钟，得到含量为55wt％的浆液，所述玉米秸秆含量为20wt％，煤粉含量为35wt％。
实施例3
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的木质废旧家具进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用超微粉碎机粉碎至D50粒径为150μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的木质废旧家具采用压条机进行压缩成型，压缩压力为3MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的木质废旧家具再次采用棒磨粉碎处理，粉碎至D50粒径为40μm，得木质粉末，其密度为460kg/m3；
(4)对收集的长焰煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用棒磨粉碎至D50粒径为60μm；
(5)对步骤(4)粉碎后的长焰煤采用压条机进行压缩成型，压缩压力为10MPa，压缩温度为40℃；
(6)对步骤的(5)压缩成型后的长焰煤再次采用棒磨粉碎处理，粉碎至D50粒径为40μm，得煤粉，其密度为1250kg/m3；
(7)将步骤(3)的27kg木质粉末、步骤(6)的煤35kg粉与38kg水按比例进行配比混合、采用剪切机研磨制浆，研磨制浆的时间为10分钟，得到固含量为62wt％的浆液，所述废木质含量为27wt％，煤粉含量为35wt％。
实施例4
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的棉秆进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为200μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的棉秆采用压条机进行压缩成型，压缩压力为4MPa，压缩温度为50℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的棉秆再次采用气流粉碎机粉碎处理，粉碎至D50粒径为30μm，得棉秆粉末，其密度为510kg/m3；
(4)对收集的褐煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为50μm；
(5)对步骤(4)粉碎后的褐煤采用压块机进行压缩成型，压缩压力为15MPa，压缩温度为50℃；
(6)对步骤的(5)压缩成型后的褐煤再次采用气流粉碎机粉碎处理，粉碎至D50粒径为30μm，得煤粉，其密度为1300kg/m3；
(7)将步骤(3)的30kg棉秆粉末、步骤(6)的35kg煤粉与35kg水按比例进行配比混合、采用胶体磨研磨制浆，研磨制浆的时间为12分钟，得到含量为65wt％的浆液，所述棉秆含量为30wt％，煤粉含量为35wt％。
对比例1
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的棉秆进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为30μm，得棉秆粉末；
(2)对收集的褐煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为30μm，得煤粉；
(3)将步骤(1)的30kg棉秆粉末、步骤(2)的35kg煤粉与35kg水按比例进行配比混合、采用胶体磨研磨制浆，研磨制浆的时间为12分钟，得到含量为65wt％的浆液，所述棉秆含量为30wt％，煤粉含量为35wt％。
对比例2
一种提高生物质和煤在水中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的棉秆进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为200μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的棉秆采用压条机进行压缩成型，压缩压力为4MPa，压缩温度为50℃；
(3)对收集的褐煤进行烘干脱水，烘干脱水温度均为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用气流粉碎机粉碎至D50粒径为50μm；
(4)对步骤(3)粉碎后的褐煤采用压块机进行压缩成型，压缩压力为15MPa，压缩温度为50℃；
(5)将步骤(2)的30kg压缩后的棉秆、步骤(6)的35kg压缩后的褐煤进行粗粉碎，粉碎至粒径为1-3mm，与35kg水混合、采用胶体磨研磨制浆，研磨制浆的时间为12分钟，得到含量为65wt％的浆液，所述棉秆含量为30wt％，煤粉含量为35wt％。
粘度测试：
对本发明实施例1-4所得浆液和对比例1-2所得浆液进行粘度测试，测试方法为：使用GB/T18856.4-2008中规定的方法进行检测，采用油浴代替标准中的水浴进行加热恒温，以获得更高温度下的粘度数据，同时降低重复性限为20mPa·s。
具体测试结果见下表：
表1 样品粘度测试结果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
生物质预处理：收集生物质并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至D50粒径为100-300μm；
生物质压缩：将粉碎后的生物质进行压缩成型，压缩压力为2-5MPa，压缩温度为30-60℃；
生物质粉碎：将压缩成型后的生物质再次粉碎处理，粉碎至D50粒径为30-50μm，得生物质粉末；
煤预处理：收集煤并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至D50粒径为50-100μm；
煤压缩：对粉碎后的煤进行压缩成型，压缩压力为5-15MPa，压缩温度为30-60℃；
煤粉碎：对步压缩成型后的煤再次粉碎处理，粉碎至D50粒径为30-100μm，得煤粉；
制浆：将生物质粉末、煤粉与水按比例进行配比混合、研磨制浆，得到固含量为55-65wt％的浆液。
2.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，所述生物质浓度为15-30wt％，煤粉浓度为35-50wt％。
3.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中固含量的方法，其特征在于，采用烘干脱水控制含水率，所述烘干脱水温度均为50-70℃，烘干脱水时间为3-5h。
4.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，所述压缩成型为压块成型、压片成型或压条成型。
5.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，生物质粉碎步骤将生物质粉碎至堆密度为420-510kg/m3，煤粉碎步骤粉碎至煤的堆密度为1200-1300kg/m3。
6.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，粉碎过程为锤片式磨粉碎、球磨粉碎、棒磨粉碎、超微粉碎或气流粉碎。
7.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，研磨制浆步骤为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆、均质制浆、或胶体磨制浆。
8.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，所述研磨制浆的时间为2-8分钟。
9.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，所得浆液的粘度为450-1100mPa·s(50℃)。
10.根据权利要求1所述的提高生物质和煤在水中含量的方法，其特征在于，所述的生物质为木质废弃物、农业秸秆或藻类；所述煤为低阶煤。
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