CN115785987A - 纳米碳氢燃料和其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米碳氢燃料和其制备工艺。该制备工艺包括以下步骤：步骤S1，采用机械粉碎法将原料煤进行初粉碎，得到初粉碎煤粉，初粉碎煤粉的D50为20‑40目；步骤S2，将初粉碎煤粉送入球磨设备，采用湿法进行粗粉碎，得到粗粉碎煤浆，粗粉碎煤浆的浓度为45‑55wt％；步骤S3，将粗粉碎煤粉送入超细球磨设备中进行纳米粉碎，得到纳米粉碎煤浆，纳米粉碎煤浆的浓度为48‑58wt％；步骤S4，将氢气通入纳米粉碎煤浆中，得到纳米碳氢燃料。本申请的制备方法简单，能耗低，提高粉磨生产能力的同时降低粉磨生产成本和降低设备能耗。
Description
技术领域
本发明涉及碳氢燃料领，具体而言，涉及一种纳米碳氢燃料和其制备工艺。
背景技术
我国是一个“富煤贫油少气”的国家，资源禀赋使得煤炭在我国近中期仍是能源消费的主力。现有传统煤燃烧能效低，发热量低，碳排放问题突出，且燃烧过程中会产生大量飞灰颗粒物、二氧化硫、氮化合物等大气污染物。近年来，随着我国能源消费特别是煤炭消费强劲增长，清洁高效发展更为迫切，亟需研发低成本、高燃值的新型燃料。
纳米碳氢燃料就是这样一种新型环保燃料，它是通过对原料煤进行前置处理与精细化、纳米化及附氢赋能处理后，制备的一种基本颗粒粒度为微纳米级，具有较高比表面积和表面活性的煤基流体燃料，其形态类似于水煤浆，是一种新型、高效、清洁的新型环保燃料，具有燃烧效率高、污染物排放低等特点。但是目前纳米碳氢燃料的制备，尤其是微纳米级的煤浆制备困难，制备工艺复杂，成本较高，难以进行工业化生产，严重限制了纳米碳氢燃料的推广应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纳米碳氢燃料和其制备工艺，以解决现有技术中的纳米碳氢燃料成本较高难以进行大规模生产的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纳米碳氢燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：步骤S1，采用机械粉碎法将原料煤进行初粉碎，得到初粉碎煤粉，初粉碎煤粉的D50为20-40目；步骤S2，将初粉碎煤粉送入球磨设备，采用湿法进行粗粉碎，得到粗粉碎煤浆，粗粉碎煤浆的浓度为45-55wt％；步骤S3，将粗粉碎煤粉送入超细球磨设备中进行纳米粉碎，得到纳米粉碎煤浆，纳米粉碎煤浆的浓度为48-58wt％；步骤S4，将氢气通入纳米粉碎煤浆中，得到纳米碳氢燃料。
进一步地，步骤S2中，粗粉碎的填充比为40％-50％；
优选的，粗粉碎的球料比为3:1-5:1，粗粉碎的球磨介质为钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种；
优选的，球磨介质为钢球，进一步优选球磨设备内钢球的直径分别为15mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm；
更优选的，直径为15mm的钢球的质量占比5％-8％，直径为25mm的钢球的质量占比13％-16％，直径为30mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为40mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为50mm的钢球的质量占比10％-13％，直径为60mm的钢球的质量占比6％-7％，直径为70mm的钢球的质量占比6％-7％；直径为80mm的钢球的质量占比3％-5％。
进一步地，粗粉碎煤浆中煤粉的D50为17-19μm；
优选的，球磨设备的转速为15-20r/min，研磨时长1-3h。
进一步地，步骤S2中进行粗粉碎时加入助剂，优选的，助剂包括萘磺酸钠甲醛缩聚物、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和丁醇中的任意一种或者多种；
更优选的，以浆料固体干重为基准，助剂包括2.8％-4.5％的萘磺酸钠甲醛缩聚物、0.15‰-0.35‰的山梨醇酐单油酸酯、0.15‰-0.35‰的聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和0.1‰-0.3‰丁醇。
进一步地，步骤S3中，纳米粉碎的填充比为40％-60％，优选的，超细球磨设备中球料比为2:1-1:1，粗粉碎的球磨介质为钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种；
优选的，球磨介质为钢球，进一步优选超细球磨设备中的钢球直径分别为1mm、2mm、4mm、8mm、12mm、25mm、30mm、40mm、50mm；
更优选的，直径为1mm的钢球的质量占比为5％-12％，直径为2mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为4mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为8mm的钢球的质量占比为12％-20％，直径为12mm的钢球的质量占比为15％-25％，直径为25mm的钢球的质量占比为8％-15％，直径为30mm的钢球的质量占比为5％-8％，直径为40mm得钢球的质量占比为5％-8％，直径为50mm的钢球的质量占比为2％-6％。
进一步地，纳米粉碎煤浆中煤粉的D50为0.8-1.2微米，
优选的，超细球磨设备的转速为10-20r/min，研磨时间为1-5h。
进一步地，在步骤S3中进行纳米粉碎时加入助剂，优选的，助剂包括萘系化合物、聚乙烯亚胺和聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种或者多种；
更优选的，以浆料固体干重为基准，助剂包括3.8％-4.2％的萘系化合物，0.25‰-0.45‰的聚乙烯亚胺和0.25‰-0.45‰的聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
进一步地，步骤S4中通入的氢气纯度大于等于90％，优选的，每1吨纳米碳氢燃料的固体导入的0.5-0.7MPa压力下的氢气量为5.0-6.0m3。
进一步地，步骤S4包括，将通入的氢气压力调至0.05-0.2MPa，导入到纳米粉碎煤浆的底部，通过微孔装置使氢气以气泡的形式通过浆料；
优选的，微孔装置的微孔间隙为0.5～20微米，优选的，浆料的上部安装负压装置。
根据本申请的另一个方面，提供了一种纳米碳氢燃料，其采用上述任一种的纳米碳氢燃料的制备工艺制备得到。
应用本发明的技术方案，利用分段法对原料煤进行纳米精细化粉碎及附氢赋能等加工处理，制备一种基本颗粒粒度为微纳米级，具有较高比表面积和表面活性的纳米碳氢燃料，而且本申请的制备方法简单，能耗低，提高粉磨生产能力的同时降低粉磨生产成本和降低设备能耗。采用本申请的制备方法得到的纳米碳氢燃料颗粒度小，表面活性高，在进入锅炉后燃烧充分，燃烧效率高、燃尽率高，与普通水煤浆相比，在同等工况下具有更高的热值，底渣排放量较低，大大减少SO2、NOx以及烟尘排放，降低发电能耗，降低污染物排放，提高锅炉燃烧效率。另一方面，通过本申请的制备方法，煤粉经过纳米化处理后其比表面积和表面能大幅提升，对燃料进行气态组分分析过程中检测到了氢气并存在缓释效应，且燃料热值较相同浓度的普通煤基燃料也有相应的提升，验证了燃料在储氢、附氢、赋能方面的巨大潜力，进一步提高了煤炭作为化工原料的综合利用效能，符合绿色低碳发展方向，为煤炭产业高端化、多元化、低碳化利用提供新的发展方向。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例1的纳米碳氢燃料制备工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中存在纳米碳氢燃料成本较高难以进行大规模生产的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种纳米碳氢燃料和其制备工艺。
根据本申请的一种典型的实施方式，提供了一种纳米碳氢燃料的制备工艺，包括以下步骤：步骤S1，采用机械粉碎法将原料煤进行初粉碎，得到初粉碎煤粉，初粉碎煤粉的D50为20-40目；步骤S2，将初粉碎煤粉送入球磨设备，采用湿法进行粗粉碎，得到粗粉碎煤浆，粗粉碎煤浆的浓度为45-55wt％；步骤S3，将粗粉碎煤粉送入超细球磨设备中进行纳米粉碎，得到纳米粉碎煤浆，纳米粉碎煤浆的浓度为48-58wt％；步骤S4，将氢气通入纳米粉碎煤浆中，得到纳米碳氢燃料。
本发明是利用分段法对原料煤进行纳米精细化粉碎及附氢赋能等加工处理，制备一种基本颗粒粒度为微纳米级，具有较高比表面积和表面活性的纳米碳氢燃料，而且本申请的制备方法简单，能耗低，提高粉磨生产能力的同时降低粉磨生产成本和降低设备能耗。采用本申请的制备方法得到的纳米碳氢燃料颗粒度小，表面活性高，在进入锅炉后燃烧充分，燃烧效率高、燃尽率高，与普通水煤浆相比，在同等工况下具有更高的热值，底渣排放量较低，大大减少SO2、NOx以及烟尘排放，降低发电能耗，降低污染物排放，提高锅炉燃烧效率。另一方面，通过本申请的制备方法，煤粉经过纳米化处理后其比表面积和表面能大幅提升，对燃料进行气态组分分析过程中检测到了氢气并存在缓释效应，且燃料热值较相同浓度的普通煤基燃料也有相应的提升，验证了燃料在储氢、附氢、赋能方面的巨大潜力，进一步提高了煤炭作为化工原料的综合利用效能，符合绿色低碳发展方向，为煤炭产业高端化、多元化、低碳化利用提供新的发展方向。
上述制备工艺适用于各种原料煤，比如低灰煤、褐煤等。在步骤S1中，用机械粉碎法对原料煤进行初粉碎，具体操作方法可以参考现有技术，本领域的技术人员可以容易的通过现有技术中的机械粉碎方法将原料煤粉碎至D50为20-40目，比如采用颚式破碎机、立式磨或振动磨等机械粉碎设备。
上述步骤S2采用球磨设备对初粉碎煤粉进一步研磨破碎，本申请的研究人员在实验中发现，采用不同的研磨条件对煤粉进行分阶段进行研磨，即通过粗粉碎和纳米粉碎两个阶段，有利于提高粉碎效率、减少能源消耗。适宜的工艺参数有利于进一步提高研磨的效率，以填充比为例，填充比表示物料和钢球的体积占球磨机腔体总体积的比值，优选的，在步骤S2中，粗粉碎的填充比为40％-50％，研磨效果较好，且效率较高；再比如，球料比表示球磨介质与浆料质量比，优选的，上述粗粉碎的球料比为3:1-5:1，可以更好地兼顾研磨的效果和效率。上述粗粉碎过程中的球磨介质可以从现有技术中选择，包括不限于钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种，优选球磨介质为钢球，钢球密度较大，有利于提高研磨效率，而且更耐磨损，成本低。
在本申请的一些典型的实施例中，进行粗粉碎的球磨设备内采用的钢球的直径分别为15mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm，能够进一步提高研磨效率；优选的，直径为15mm的钢球的质量占比5％-8％，直径为25mm的钢球的质量占比13％-16％，直径为30mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为40mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为50mm的钢球的质量占比10％-13％，直径为60mm的钢球的质量占比6％-7％，直径为70mm的钢球的质量占比6％-7％；直径为80mm的钢球的质量占比3％-5％，采用该配比的钢球，研磨效率提高较为显著。
在一些优选的实施例中，粗粉碎煤浆中煤粉的D50为17-19μm，有利于后续的纳米粉碎处理，降低纳米碳氢燃料制备过程的总能耗。在一些典型的实施例中，粗粉碎球磨设备的转速为15-20r/min，研磨时长1-3h。
上述采用湿法进行的粗粉碎以及纳米粉碎处理过程，对水质没有特殊要求，工业用水，普通自来水即可。
在一些实施例中，为了阻止颗粒之间的团聚，降低浆体的粘度，提高浆体流动性，进一步提高研磨效果，在粗粉碎过程中加入助剂，优选的，助剂包括萘磺酸钠甲醛缩聚物、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和丁醇中的任意一种或者多种。在一些优选的实施例中，以浆料固体干重为基准，助剂包括2.8％-4.5％的萘磺酸钠甲醛缩聚物、0.15‰-0.35‰的山梨醇酐单油酸酯、0.15‰-0.35‰的聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和0.1‰-0.3‰丁醇，对于阻止颗粒团聚、降低浆体的粘度，进而提高研磨效果的作用尤为显著，尤其是对于内蒙古准格尔矿区哈尔乌素末煤或者与其具有相似性质的煤改善效果尤其显著。上述助剂的添加方式没有特殊要求，示例性的，可以在粗粉碎初期一次性直接加入，也可以在研磨过程中分批加入。
经湿法粗粉碎处理的煤浆通过输送设备送入超细球磨设备中进行纳米粉碎，优选的，纳米粉碎的填充比为40％-60％，可以更好的兼顾纳米粉碎的效果和效率，优选的，超细球磨设备中的球料比为2:1-1:1，研磨效果较好，且效率较高，纳米粉碎过程中的球磨介质可以从现有技术中选择，包括不限于钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种，优选球磨介质同样为钢球。在本申请的一些典型的实施例中，超细球磨设备中的钢球直径分别为1mm、2mm、4mm、8mm、12mm、25mm、30mm、40mm、50mm，纳米粉碎效果改善较为明显；优选的，直径为1mm的钢球的质量占比为5％-12％，直径为2mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为4mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为8mm的钢球的质量占比为12％-20％，直径为12mm的钢球的质量占比为15％-25％，直径为25mm的钢球的质量占比为8％-15％，直径为30mm的钢球的质量占比为5％-8％，直径为40mm得钢球的质量占比为5％-8％，直径为50mm的钢球的质量占比为2％-6％，能够进一步明显提高研磨效果。在一些优选的实施例中，纳米粉碎煤浆中煤粉的D50为0.8-1.2微米，制备得到的纳米碳氢燃料，具有较高比表面积和活性，有利于进一步提高附氢量，在进入锅炉后燃烧更加充分，燃烧效率和燃尽率更高。优选的，纳米粉碎过程中，超细球磨设备的转速为10-20r/min，研磨时间为1-5h。
在本申请的一些典型的实施例中，为了调节浆料的稳定性和流动性，进一步提高研磨效果，在纳米粉碎过程中加入助剂；由于纳米粉碎过程中煤粉的粒径达到微纳米级，超细颗粒表面活性与普通粒径水煤浆有明显不同，助剂的使用也与前面湿法球磨粉碎阶段有所不同，优选的，助剂包括萘系化合物、聚乙烯亚胺和聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种或者多种；更优选的，以浆料固体干重为基准，助剂包括3.8％-4.2％的萘系化合物，0.25‰-0.45‰的聚乙烯亚胺和0.25‰-0.45‰的聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，采用该组成的助剂对于纳米粉碎效果的改善尤其明显，尤其是对于内蒙古准格尔矿区哈尔乌素末煤或者与其具有相似性质的煤的纳米粉碎效果改善更加显著。上述纳米粉碎过程的助剂加入方式没有特殊要求，
经过纳米粉碎处理的煤浆由于浆体中煤粉为微纳米级超细粉体，其比表面积和表面能较大，可将通入的氢气吸附在超细粉体颗粒上，从而达成附氢的目的。对通入的氢气没有特别的限制，比如储气瓶供气或者通过制氢机供气，优选的，步骤S4中通入的氢气纯度大于等于90％。为了进一步提高纳米碳氢燃料的附氢量，同时兼顾氢气负载效率，优选每1吨纳米碳氢燃料的固体导入的0.5-0.7MPa压力下的氢气量为5.0-6.0m3。在本申请的一些典型的实施例中，步骤S4中，氢气由制氢机制备得到，将制氢机输出的氢气调节至0.05-0.2MPa，导入到纳米粉碎煤浆的底部，通过微孔装置使氢气以气泡的形式通过浆料，优选的，微孔装置的微孔间隙为0.5～20微米。示例性的，微孔装置的间隙可以为2微米、4微米、6微米、8微米、10微米、12微米、14微米、16微米、18微米或者任意二者之间的范围。为了提高附氢过程的安全性，防止浆料上方溢出的氢气发生爆炸，在浆料上安装负压装置，将从浆料中溢出的氢气排空，同时可以对氢气回收再利用。
将通过上述制备方法得到的纳米碳氢燃料成品通入到纳米碳氢燃料储存罐中，作为后续燃烧等备用即可。
根据本申请的另一种典型的实施方式，提供了一种纳米碳氢燃料，该纳米碳氢燃料采用上述任一种的纳米碳氢燃料的制备工艺制备得到。
采用上述制备方法得到的纳米碳氢燃料颗粒度小，表面活性高，在进入锅炉后燃烧充分，燃烧效率高、燃尽率高，与普通水煤浆相比，在同等工况下具有更高的热值，底渣排放量较低，大大减少SO2、NOx以及烟尘排放，降低发电能耗，降低污染物排放，提高锅炉燃烧效率。并且，煤粉德尔比表面积和表面能大幅提升，对燃料进行气态组分分析过程中检测到了氢气并存在缓释效应，且燃料热值较相同浓度的普通煤基燃料也有相应的提升，验证了燃料在储氢、附氢、赋能方面的巨大潜力。
下面将结合实施例进一步说明本申请可以实现的有益效果。
实施例1
本申请实施例采用的原料煤是内蒙古准格尔矿区哈尔乌素末煤，按照如图1所示的流程制备纳米碳氢燃料。
1、原料的初破碎
采用颚式破碎机对原煤进行粉碎，初破碎后煤粉粒径要求：D50为30目。
2、球磨粗粉碎
将初破碎后的煤粉送入球磨机中，加入工业用水，使浆料的浓度为48wt％；加入助剂，助剂的组成为：添加量以浆料固体干重为基准，3.5％的萘磺酸钠甲醛缩聚物(NSF)、0.25‰的山梨醇酐单油酸酯、0.25‰的聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、0.2‰的丁醇。
本实施例湿法球磨机内钢球直径分别为15mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm，并按如下比例进行匹配：15mm钢球的质量占比7％，25mm钢球的质量占比15％，30mm钢球的质量占比25％，40mm钢球的质量占比25％，50mm钢球的质量占比11％，60mm钢球的质量占比6.5％，70mm钢球的质量占比6.5％，80mm钢球的质量占比4％。球磨机内球料比为4:1，填充比45％；球磨转速为16r/min，研磨时长1.5h，得到粗粉碎煤浆，煤浆中煤粉的粒度D50为18μm。
3、纳米粉碎
将粗粉碎煤浆由螺杆泵送入到超细球磨机中进行纳米粉碎，浆料的浓度为50wt％，加入助剂，助剂的组成为：添加量以浆料固体干重为基准，4.0％的萘系化合物(改性ZH-1215)，0.35‰的聚乙烯亚胺和0.35‰的聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
超细球磨机内钢球直径分别为1mm、2mm、4mm、8mm、12mm、25mm、30mm、40mm、50mm，按如下比例进行匹配：1mm钢球的质量占比10％，2mm钢球的质量占比10％，4mm钢球的质量占比10％，8mm钢球的质量占比20％，12mm钢球的质量占比20％，25mm钢球的质量占比12％，30mm钢球的质量占比6.5％，40mm钢球的质量占比6.5％，50mm钢球的质量占比5％。超细球磨机内球料比为1.5:1，填充比为50％；球磨转速为14r/min，研磨时长4小时10分钟，得到纳米粉碎煤浆，煤粉粒径D50为1.0微米。
4、附氢
将制氢机制备的氢气通入浆料中，制备的氢气浓度93％；以纳米碳氢燃料固体干重为基准，每1吨干基导入氢气量为5.3m3(初始氢气压力为0.55MPa)；通入方式为微气泡法，把制氢机制备的氢气首先通过调压装置降压到0.15MPa，然后导入到浆料最底部，通入微孔装置(微孔间隙为2微米)，使氢气以微气泡形式通过浆料，同时浆料上部安装负压装置，将溢出的氢气排空。将制得的纳米碳氢燃料成品通入到纳米碳氢燃料储存罐中备用(即储浆)。
实施例2
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，球磨粗粉碎过程中，球料比为5:1，得到的粗粉碎煤浆中煤粉的粒度D50为23μm。
将上述煤粉采用与实施例1相同的工艺指标进行纳米粉碎，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为微米。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例3
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，球磨粗粉碎过程中，球料比为2:1，得到的粗粉碎煤浆中煤粉的粒度D50为31μm。
将上述煤粉采用与实施例1相同的工艺指标进行纳米粉碎，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.5微米。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例4
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，球磨粗粉碎过程中，填充比为60％，得到的粗粉碎煤浆中煤粉的粒度D50为24μm。
将上述煤粉采用与实施例1相同的工艺指标进行纳米粉碎，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.4微米。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例5
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，球磨粗粉碎过程中，填充比为35％，得到的粗粉碎煤浆中煤粉的粒度D50为18μm。
实施例6
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，纳米粉碎的填充比为70％，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.6μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例7
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，纳米粉碎的填充比为40％，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为0.8μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例8
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，纳米粉碎的球料比为1:1，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为0.8μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例9
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，纳米粉碎的球料比为2:1，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.2μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例10
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，纳米粉碎的球料比为2:3，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.7μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例11
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，超细球磨机内不同直径钢球的比例为：1mm钢球的质量占比15％，2mm钢球的质量占比10％，4mm钢球的质量占比10％，8mm钢球的质量占比22％，12mm钢球的质量占比12％，25mm钢球的质量占比10％，30mm钢球的质量占比9％，40mm钢球的质量占比7％，50mm钢球的质量占比5％。
得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为2.0μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例12
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，超细球磨机内使用的钢球为20％的1mm钢球、20％的4mm钢球、30％的12mm钢球，20％的30mm钢球和10％的50mm钢球。得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为2.3μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
实施例13
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，将制氢机制备的氢气首先通过调压装置降压到0.3MPa。
实施例14
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，将制氢机制备的氢气首先通过调压装置降压到0.05MPa。
实施例15
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，每1吨干基导入氢气量为6m3(初始氢气压力为0.55MPa)。
对比例1
参照实施例1的步骤进行，与实施例1的不同在于，粗粉碎煤浆的浓度为57％，得到的粗粉碎煤浆中煤粉的粒度D50为24μm。
粗粉碎后得到的煤浆浓度为59％，将该浓度的上述煤粉采用与实施例1相同的工艺指标进行纳米粉碎，得到的纳米粉碎煤浆煤粉粒径D50为1.4μm。将该纳米粉碎煤浆按照实施例1相同的方法附氢，得到纳米碳氢燃料成品。
测试例
分别测试上述实施例和对比例制备的纳米碳氢燃料的黏度、燃尽率、热值提升幅度进行测试，测试方法如下，测试结果列于表1。
黏度测试：采用德国哈克VT550型旋转黏度计测得。
燃尽率：在浙江大学专门进行浆体燃料、液体燃料和固态粉体燃料燃烧特性试验而设计建造的1MW卧式筒形试验炉上进行实验。
热值提升幅度：通过采用热弹法对纳米碳氢燃料的固相、液相、气相三者进行全态检测，各实施例的纳米碳氢原料与燃料中所含相同重量的原料煤相比热值增加幅度。
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明是利用分段法对原料煤进行纳米精细化粉碎及附氢赋能等加工处理，制备一种基本颗粒粒度为微纳米级，具有较高比表面积和表面活性的纳米碳氢燃料，而且本申请的制备方法简单，能耗低，提高粉磨生产能力的同时降低粉磨生产成本和降低设备能耗。采用本申请的制备方法得到的纳米碳氢燃料颗粒度小，表面活性高，在进入锅炉后燃烧充分，燃烧效率高、燃尽率高，与普通水煤浆相比，在同等工况下具有更高的热值，底渣排放量较低，大大减少SO2、NOx以及烟尘排放，降低发电能耗，降低污染物排放，提高锅炉燃烧效率。另一方面，通过本申请的制备方法，煤粉经过纳米化处理后其比表面积和表面能大幅提升，对燃料进行气态组分分析过程中检测到了氢气并存在缓释效应，且燃料热值较相同浓度的普通煤基燃料也有相应的提升，验证了燃料在储氢、附氢、赋能方面的巨大潜力，进一步提高了煤炭作为化工原料的综合利用效能，符合绿色低碳发展方向，为煤炭产业高端化、多元化、低碳化利用提供新的发展方向。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米碳氢燃料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采用机械粉碎法将原料煤进行初粉碎，得到初粉碎煤粉，所述初粉碎煤粉的D50为20-40目；
步骤S2，将所述初粉碎煤粉送入球磨设备，采用湿法进行粗粉碎，得到粗粉碎煤浆，所述粗粉碎煤浆的浓度为45-55wt％；
步骤S3，将所述粗粉碎煤粉送入超细球磨设备中进行纳米粉碎，得到纳米粉碎煤浆，所述纳米粉碎煤浆的浓度为48-58wt％；
步骤S4，将氢气通入所述纳米粉碎煤浆中，得到纳米碳氢燃料。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述粗粉碎的填充比为40％-50％；
优选的，所述粗粉碎的球料比为3:1-5:1，所述粗粉碎的球磨介质为钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种；
优选的，所述球磨介质为钢球，进一步优选所述球磨设备内钢球的直径分别为15mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm；
更优选的，直径为15mm的钢球的质量占比5％-8％，直径为25mm的钢球的质量占比13％-16％，直径为30mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为40mm的钢球的质量占比23％-28％，直径为50mm的钢球的质量占比10％-13％，直径为60mm的钢球的质量占比6％-7％，直径为70mm的钢球的质量占比6％-7％；直径为80mm的钢球的质量占比3％-5％。
3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述粗粉碎煤浆中煤粉的D50为17-19μm；
优选的，所述球磨设备的转速为15-20r/min，研磨时长1-3h。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中进行所述粗粉碎时加入助剂，优选的，所述助剂包括萘磺酸钠甲醛缩聚物、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和丁醇中的任意一种或者多种；
更优选的，以浆料固体干重为基准，所述助剂包括2.8％-4.5％的萘磺酸钠甲醛缩聚物、0.15‰-0.35‰的山梨醇酐单油酸酯、0.15‰-0.35‰的聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯和0.1‰-0.3‰丁醇。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，所述纳米粉碎的填充比为40％-60％，优选的，所述超细球磨设备中球料比为2:1-1:1，所述粗粉碎的球磨介质为钢球、氧化锆球和硬质合金球中的任意一种或者多种；
优选的，所述球磨介质为钢球，进一步优选所述超细球磨设备中的钢球直径分别为1mm、2mm、4mm、8mm、12mm、25mm、30mm、40mm、50mm；
更优选的，直径为1mm的钢球的质量占比为5％-12％，直径为2mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为4mm的钢球的质量占比为8％-12％，直径为8mm的钢球的质量占比为12％-20％，直径为12mm的钢球的质量占比为15％-25％，直径为25mm的钢球的质量占比为8％-15％，直径为30mm的钢球的质量占比为5％-8％，直径为40mm得钢球的质量占比为5％-8％，直径为50mm的钢球的质量占比为2％-6％。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述纳米粉碎煤浆中煤粉的D50为0.8-1.2微米，
优选的，所述超细球磨设备的转速为10-20r/min，研磨时间为1-5h。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，在所述步骤S3中进行所述纳米粉碎时加入助剂，优选的，所述助剂包括萘系化合物、聚乙烯亚胺和聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种或者多种；
更优选的，以浆料固体干重为基准，所述助剂包括3.8％-4.2％的萘系化合物，0.25‰-0.45‰的聚乙烯亚胺和0.25‰-0.45‰的聚1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S4中通入的氢气纯度大于等于90％，
优选的，每1吨所述纳米碳氢燃料的固体导入的0.5-0.7MPa压力下的氢气量为5.0-6.0m3。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S4包括，将通入的氢气压力调至0.05-0.2MPa，导入到所述纳米粉碎煤浆的底部，通过微孔装置使氢气以气泡的形式通过浆料；
优选的，所述微孔装置的微孔间隙为0.5～20微米，优选的，所述浆料的上部安装负压装置。
10.一种纳米碳氢燃料，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的纳米碳氢燃料的制备工艺制备得到。
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