CN111849570B - 一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法及水煤浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法及水煤浆，属于水煤浆的技术领域，该制备方法包括如下步骤：将原料煤、高粘危废与水进行混合、研磨，得初煤浆，高粘危废中含有某些升高水煤浆粘度的物质，被优先吸附在原料煤的内部；然后加入添加剂，继续混合，筛选，添加剂的一端通过疏水基吸附在原料煤的表面，而另一端亲水基朝向水溶液定向排列把水分子吸附在原料煤的表面，借助水化膜将原料煤颗粒之间隔离开，减少原料煤颗粒间的阻力。经该方法制得的水煤浆具有较低的粘度和较高的浓度，方便在管道内储存和运输。

Description

一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法及水煤浆

技术领域

本发明涉及水煤浆的技术领域，尤其是涉及一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法及水煤浆。

背景技术

水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，它是由65％～70％不同粒度分布的煤、29～34％的水和0.3～1.0％的化学添加剂制成的混合物。水煤浆具有石油一样的流动性，热值大致相当于油的一半，被称为液态煤炭产品；水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧以及各种建筑物供暖和生活热水，在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。

目前，申请公布号为CN1538110的中国发明专利公开了水煤浆制备压磨工艺，包括预破碎、粉碎和搅拌制浆工序，辊压机将原料煤于粉碎后直接送入球磨机，同时球磨机加水和添加剂进行磨浆，工艺流程简单、设备少，创出高产低耗的水煤浆压磨制备工艺，实现了水煤浆厂的大型化；上述水煤浆的粘度为1000cp左右，浓度为60～62％。

随着近些年节能环保要求越来越高，合理处置危废是各行业面临的难题。若在制备水煤浆时，加入含较高热值的危废取代部分煤粉，可实现对危废的合理处置，但很多品种的危废加入后，会大大提高水煤浆的粘度，极不利于水煤浆在管道内运输和储存。现有技术中通常采用增大添加剂的使用量、改变添加剂的配方等方法以达到降低粘度的目的。但是实际生产时，由于危废品种繁多、物性不明、数量变化快等因素，生产一线无法根据危废的品种和数量实时更换添加剂配方，导致实用效果不佳。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法，采用高粘危废取代部分原料煤，通过改变添加剂的加入顺序，制得粘度较低的水煤浆，方便水煤浆在管道内运输和储存；本发明的目的之二是提供一种水煤浆，具有较低的粘度和较高的浓度。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法，主要包括如下步骤：

(1)将原料煤、高粘危废与水进行混合、研磨，得初煤浆；

(2)然后加入添加剂，继续混合，筛选，得低粘度的水煤浆。

通过采用上述技术方案，原料煤的主体是有机质，它是结构十分复杂的大分子碳氢化合物，原料煤的内部有疏松多孔结构，具有良好的吸附性能，磨制成粉煤后表面具有很大的比表面能。

危废一般是工业废物，如副产物、不合格品、污水处理污泥、脱色活性炭、精馏残渣等等，每个工厂的危废性质都不同，部分品种如废油、废有机溶剂、废分散剂等可以降低水煤浆的粘度，但更多危废品种如污水处理污泥、精馏残渣、聚合物等会使水煤浆的粘度大大提升。

添加剂属于表面活性剂，一端是非极性的亲油基，另一端是极性的亲水基，添加剂能够显著降低原料煤的表面能，促使原料煤在水中均匀分散，使得水煤浆具有良好的流变性和稳定性。

传统水煤浆制备工艺中，为有效计量添加剂，将添加剂预先分散在水中后与原料煤、高粘危废混合磨浆，由于高粘危废中含有的高粘物质会优先结合添加剂，使得添加剂失效，为了保证水煤浆的流动性，企业只能不断增加水的用量，得到不合格的低浓度的水煤浆。

在本申请中，将原料煤、高粘危废与水混合、研磨，制得初煤浆，高粘危废中含有某些升高水煤浆粘度的物质，被原料煤吸附；再加入添加剂后，添加剂的一端通过疏水基吸附在原料煤的表面，而另一端亲水基朝向水溶液定向排列把水分子吸附在原料煤的表面，借助水化膜将原料煤颗粒之间隔离开，减少原料煤颗粒间的阻力，从而起到降低粘度的作用，制备出具有较低粘度和较高浓度的水煤浆，方便水煤浆在管道内储存和运输。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述方法中涉及的原料，按照重量百分含量计，称量原料煤45～55％、高粘危废5～15％、添加剂0.2～0.8％、余量为水。

通过采用上述技术方案，限定原料煤的重量百分含量为45～55％，高粘危废5～15％，添加剂0.2～0.8％，余量为水，在本申请配方中，减少原料煤的使用量，采用高粘危废取代部分原料煤，配方设计合理，制得的水煤浆具有较低的粘度和较高的浓度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述方法中涉及的原料，按照重量百分含量计，称量原料煤50％、高粘危废8％、添加剂0.3％、余量为水。

通过采用上述技术方案，进一步优选水煤浆中各个组分含量，优选出各个组分含量的最佳组合，从而实现制备具有更低粘度和更高浓度的水煤浆。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(1)中高粘危废选用高分子浮渣、污水处理污泥、精馏残渣焦油中的一种或者任意组合。

通过采用上述技术方案，高分子浮渣主要成分为高分子聚合物，有一定集聚性；污水处理污泥的组分复杂，变异性大，组成絮体为水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成，通常含有氯化铝聚合剂和丙烯酰胺高分子凝聚剂；精馏残渣焦油是各种有机物受热分解聚合产物，具有较高的粘稠度和聚合性；将高分子浮渣、污水处理污泥、精馏残渣焦油中至少一种应用于水煤浆法处理，会极大提高水煤浆的粘度，不利于水煤浆在管道内的储存和运输。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述添加剂选用阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种或复配混合物。

通过采用上述技术方案，阴离子型分散剂大部分是非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成，2种基团分别处在分子的两端，形成不对称的亲水亲油分子结构；非离子型分散剂不显电荷也不电离，分散性能弱于阴阳离子，但是对于很多对电荷和pH敏感的分散介质，更适合于使用非离子型分散剂，因其亲水性好，分子量、质量易调节、控制，不受水质及煤中可溶性物质的影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述添加剂选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为(2～5):1复配。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠分散剂分子中含有磺酸根及羟基等亲水基团，因而具有较好的水溶性，能够降低水的表面张力，在水中不会形成胶团；辛烷基苯酚聚氧乙烯醚为非离子型分散剂的一种，具有较高的HLB值，能有效降低表面张力，在本申请中，选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为(2～5):1复配，二者产生协同作用，可显著降低原料煤的表面张力，并且可防止在混合过程中水煤浆出现泡沫。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述初煤浆的粘度为3000～6000cp。

通过采用上述技术方案，将原料煤、高粘危废和水进行混合后，制得初煤浆，由于添加高粘危废，高粘危废中含有某些升高水煤浆粘度的物质，原料煤、高粘危废和水混合后，初煤浆的粘度会升高到3000～6000cp。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种水煤浆，采用上述的一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法制成。

通过采用上述技术方案，采用高粘危废取代部分原料煤，改变添加剂的加入顺序，制得低粘度、高浓度的水煤浆。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述水煤浆的粘度为1500cp以下。

通过采用上述技术方案，经本申请制备的水煤浆，粘度降为1500cp以下，在管道内实现快速、稳定输送。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述水煤浆的浓度为54～60％。

通过采用上述技术方案，采用本申请的制备方法制得的水煤浆具有较高的浓度，有效增加效气产量，提高产气率；但是如果水煤浆的浓度高于60％，则会大大提高水煤浆的粘度，从而不利于水煤浆在管道内的稳定输送。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.经本申请的制备方法制备的水煤浆，合理对高粘危废进行利用，制备同时兼具有较低粘度和较高浓度的水煤浆；

2.本申请的水煤浆无需预先知道高粘危废的性质和组成、无需挑剔添加剂的种类，仅改变添加剂的添加顺序即可显著降粘；

3.本申请的水煤浆在改变添加剂加入顺序后，微调添加剂的用量，可进一步降低水煤浆的粘度；

4.本申请的水煤浆工艺无需消耗额外动力，仅改变添加剂的添加顺序和微调添加剂用量，即可适应不同品种危废的制浆要求，适合车间实际生产需要；

5.本申请的高粘危废选自高分子浮渣、污水处理污泥、精馏残渣焦油中至少一种，都是来自各行各业的难处理危废，充分再利用废旧资源，符合节能环保的要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

原料煤购自山西神华能源有限公司的特低灰煤炭；高分子浮渣选用宁波LG甬兴化工出售的苯乙烯聚合的接枝浮渣；污水处理污泥选用漂莱特(中国)有限公司的高分子树脂污水处理得到的污泥；精馏残渣焦油选自宁波天衡制药的精馏残渣焦油；萘磺酸盐系阴离子分散剂购自南京天脉化工有限公司的水煤浆添加剂；磨煤机、圆筛机为山东济南重工有限公司制造。

实施例一：

一种水煤浆，采用如下方法制备：

(1)备料：按照重量百分比计，称量原料煤45％、高粘危废5％、添加剂0.2％、余量为水；其中高粘危废选用高分子浮渣，添加剂选用萘磺酸盐系阴离子分散剂；

(2)通过磨煤机将原料煤、高粘危废与水进行混合、研磨，得初煤浆；

(3)然后加入添加剂，通过圆筛机继续混合，筛选，得低粘度的水煤浆。

实施例二：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤45％、高粘危废8％、添加剂0.3％、余量为水。

实施例三：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤45％、高粘危废15％、添加剂0.5％、余量为水。

实施例四：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤50％、高粘危废8％、添加剂0.3％、余量为水。

实施例五：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤50％、高粘危废15％、添加剂0.6％、余量为水。

实施例六：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤55％、高粘危废10％、添加剂0.7％、余量为水。

实施例七：

一种水煤浆，与实施例一的区别之处在于配方含量不同，称量原料煤55％、高粘危废15％、添加剂0.8％、余量为水。

实施例八：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于高粘危废选用污水处理污泥。

实施例九：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于高粘危废选用精馏残渣焦油。

实施例十：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于高粘危废选用高分子浮渣与污水处理污泥以重量比为1:1混合。

实施例十一：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于高粘危废选用高分子浮渣与精馏残渣焦油以重量比为1:1混合。

实施例十二：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于高粘危废选用精馏残渣焦油与污水处理污泥以重量比为1:1混合。

实施例十三：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于添加剂选用木质素磺酸钠分散剂。

实施例十四：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于添加剂选用辛烷基苯酚聚氧乙烯醚。

实施例十五：

一种水煤浆，与实施例四的区别之处在于添加剂选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为2:1复配。

实施例十六：

一种水煤浆，与实施例十五的区别之处在于添加剂选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为3:1复配。

实施例十七：

一种水煤浆，与实施例十五的区别之处在于添加剂选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为5:1复配。

对比例一：

一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法，与实施例四的区别之处在于添加剂加入次序不同，具体步骤包括：(1)备料；(2)将原料煤、高粘危废、添加剂和水进行混合、研磨，得水煤浆。

检测手段：

(1)粘度：采用转子粘度计，按照GB/T18856.4-2008标准进行测试；

(2)浓度：采用105℃烘干失重法，在105℃下烘去水分和部分有热值的低沸物，称量烘干后占烘干前的重量百分比；

(3)筛分试验：按照GB/T18856.3-2008标准做筛分试验。

分别对各实施例与对比例做粘度和浓度检测，检测结果如下表：

通过上表可知，各实施例与对比例一相比，改变添加剂的加入顺序，可显著降低含有高粘危废的水煤浆的粘度，制备兼具有较低粘度和较高浓度的水煤浆；从实施例四、实施例十三、十四可知，选取阴离子分散剂或者非离子型分散剂作为添加剂、微调添加剂的用量，均可降低水煤浆的粘度，根据实施例十五～实施例十七可知，当采用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚复配时，可显著降低水煤浆的粘度。

筛分试验检测结果如下表所示：

通过上表可知，水煤浆内的粒度分布为：＜14目的固体颗粒的wt％为100％、小于20目的固体颗粒的wt％为98～100％、＜40目的固体颗粒的wt％为94～98％、＜120目的固体颗粒的wt％为54～60％、＜200目的固体颗粒的wt％为40～45％、＜320目的固体颗粒的wt％为28～35％，实施例与对比例的水煤浆的细度接近，由此可见，本申请的工艺并不改变水煤浆内磨煤浆料的颗粒分布，因此不需消耗额外的动力。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

（1）将原料煤、高粘危废与水进行混合、研磨，得初煤浆；所述初煤浆的粘度为3000~6000cp；其中涉及的原料，按照重量百分含量计，称量原料煤45~55%、高粘危废 5~15%、添加剂 0.2~0.8%、余量为水；

（2）然后向初煤浆中加入添加剂，继续混合，筛选，得低粘度的水煤浆；所述低粘度的水煤浆的粘度为1500cp以下，所述低粘度的水煤浆的浓度为54~60%；

其中，所述步骤（1）中高粘危废选用高分子浮渣、污水处理污泥、精馏残渣焦油中的一种或者任意组合；所述添加剂选用木质素磺酸钠分散剂与辛烷基苯酚聚氧乙烯醚以重量比为（2~5）:1复配；

所述步骤（1）和步骤（2）中的粘度采用转子粘度计，按照GB/T18856.4-2008标准进行测试得到。

2.根据权利要求1所述的一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法，其特征在于，所述方法中涉及的原料，按照重量百分含量计，称量原料煤50%、高粘危废 8%、添加剂 0.3%、余量为水。

3.一种水煤浆，其特征在于：采用权利要求1~2任意一项所述的一种含有高粘危废的水煤浆的制备方法制成。