CN115851331A - 纳米碳氢燃料的生产系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米碳氢燃料的生产系统及工艺。本申请提供的生产系统包括顺次连接的粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元。本申请提供的纳米碳氢燃料生产系统，将原煤煤粉先破碎成D50为100～120目的细煤粉，再匀质制浆成煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆，然后再通过纳米粉碎成煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆，最后对纳米原浆进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，实现了原煤煤粉的一站式粉碎，不仅提高了粉碎生产能力，降低了粉碎生产成本以及降低了设备能耗，而且占地面积少，工艺流程短，无粉尘污染，在降低生产成本的同时显著提高了纳米碳氢燃料的质量以及改善了环境条件，适宜进行规模化推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及纳米碳氢燃料技术领域，具体而言，涉及一种纳米碳氢燃料的生产系统及工艺。
背景技术
煤炭是我国的基础能源和工业原料，长期一来气为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有利保障。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，低成本、高燃值的新型燃料研发成为必然。
纳米碳氢燃料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。
纳米碳氢燃料制备工艺流程中，需要将煤粉粉碎至纳米级，现有国内外煤粉粉碎要达到微纳米级效果，常用方法为气流磨法或气流磨+湿法球磨分段式粉碎方法，上述方法粉碎成本高，所采用设备结构比较复杂，质量重，安装、维护费用较大，噪音大、粉尘多，污染环境较严重，其配套设备多，占地面积大，因此影响其推广应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纳米碳氢燃料的生产系统及工艺，以解决现有国内外煤粉粉碎达到纳米级，常用方法为气流磨法或气流磨+湿法球磨分段式粉碎方法，存在粉碎成本高，所采用设备结构比较复杂，质量重，安装、维护费用较大，噪音大、粉尘多，污染环境且配套设备多，占地面积大的问题。
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染料的生产系统，该生产系统包括：粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元，该粗粉碎单元包括原煤破碎设备，该原煤破碎设备用于将原煤没分破碎成D50为100～120目的细煤粉；匀质制浆单元包括匀质机，匀质机与原煤破碎设备连接，用于将细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆；纳米粉碎单元，该纳米粉碎单元包括纳米粉碎机，纳米粉碎机与匀质机连接，用于将煤浆进行纳米粉碎处理，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；活化处理单元，该活化处理单元包括纳米活化机，纳米活化机与纳米粉碎机连接，用于将纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢附能处理，得到纳米碳氢燃料。
进一步地，粗粉碎单元还包括原煤储存装置，该原煤储存装置与原煤粉碎设备连接，用于向原煤破碎设备提供原煤煤粉；匀质制浆单元还包括储水罐和助磨剂储罐，储水罐与匀质机连接，用于向匀质机提供水，助磨剂储罐也与匀质机连接，用于向匀质机提供助磨剂；活化处理单元还包括氢气储罐和分散剂储罐，氢气储罐与纳米活化机连接，用于向纳米活化机提供氢气，分散剂储罐也与纳米活化机连接，用于向纳米活化机提供分散剂。
进一步地，原煤破碎设备包括顺次连接的第一破碎机和第二破碎机，第一破碎机用于将原煤煤粉粉碎成D50为20～30目的粗煤粉，第二破碎用于将粗煤粉破碎成细煤粉。
进一步地，生产系统还包括纳米碳氢燃料储罐，该纳米碳氢燃料储罐与纳米活化机连接，用于储存纳米碳氢染料。
根据本申请的第二个方面，本申请还提供了一种纳米碳氢燃料的生产工艺，该生产工艺包括：步骤S1，将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉；步骤S2，将细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆，且煤浆中的煤粉颗粒D50为10～100μm；步骤S3，将煤浆进行纳米粉碎，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；步骤S4，将纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
进一步地，步骤S1，原煤破碎包括：先将原煤煤粉破碎成D50为20～30目的粗煤粉，再将粗煤粉破碎成细煤粉。
进一步地，步骤S2，助磨剂的用量为细煤粉质量的0.5～5‰；以质量百分比计，优选助磨剂包括六偏磷酸钠20～50％，硝酸钙10～30％和脂肪酸30～60％。
进一步地，匀质制浆在匀质机中进行，匀质机的转速为1500～8000r/min，水的用量为3.5～7吨/小时，细煤粉的用量为4.5～5.5吨/小时。
进一步地，步骤S2，煤浆的质量浓度为45～55％。
进一步地，步骤S3，纳米粉碎在纳米粉碎机中进行，优选纳米粉碎机的频率为15～48.5Hz，煤浆加压至0.2～0.45MPa再加入纳米粉碎机中；
进一步地，煤浆的用量为5～12吨/小时。
进一步地，纳米原浆的质量浓度为45～55％。
进一步地，步骤S4，分散剂包括萘磺酸甲醛缩合物、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和柠檬酸钠。
进一步地，以纳米原浆的固体干重为基准计，萘磺酸甲醛缩合物的添加量为3.6～4.5％，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的添加量为0.5～0.8‰，柠檬酸钠的添加量为0.3～0.6‰；
进一步地，以纳米原浆的固体干重为基准计，氢气的用量为5.0～6.0m3/吨，且氢气的浓度＞90％；
进一步地，附氢赋能处理在纳米活化机中进行，纳米原浆的用量为1.5～2.5吨/小时，氢气加压至0.5～0.7MPa再输送至纳米活化机中；
进一步地，纳米原浆与氢气以及分散剂混合的压力为0.1～0.25MPa。
进一步地，原煤煤粉包括低灰煤煤粉或褐煤煤粉中的至少一种。
应用本申请的技术方案，本申请提供的纳米碳氢燃料生产系统通过依次连接的粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元，将原煤煤粉先破碎成D50为100～120目的细煤粉，再匀质制浆成煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆，然后再通过纳米粉碎成煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆，最后对纳米原浆进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，实现了原煤煤粉的一站式粉碎，不仅提高了粉碎生产能力，降低了粉碎生产成本以及降低了设备能耗，而且占地面积少，工艺流程短，无粉尘污染，在降低生产成本的同时显著提高了纳米碳氢燃料的质量以及改善了环境条件，适宜进行规模化推广应用。
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1提供的纳米碳氢燃料的生产系统的流程示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、原煤煤粉储存装置；11、第一破碎机；12、第二破碎机；21、匀质机；22、储水罐；23、助磨剂储罐；31、纳米粉碎机；41、纳米活化机；42、氢气储罐；43、分散剂储罐；50、纳米碳氢燃料储罐。
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，现有国内外煤粉粉碎达到纳米级，常用方法为气流磨法或气流磨+湿法球磨分段式粉碎方法，存在粉碎成本高，所采用设备结构比较复杂，质量重，安装、维护费用较大，噪音大、粉尘多，污染环境且配套设备多，占地面积大的问题。为了解决该问题，本申请提供了一种纳米碳氢燃料的生产系统及工艺。
在本申请的一种典型实施方式中，提供了一种纳米碳氢燃料的生产系统，如图1所示，该生产系统包括粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元，其中，粗粉碎单元包括原煤破碎设备，该原煤破碎设备用于将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉；匀质制浆单元，该匀质制浆单元包括匀质机21，该匀质机21与原煤破碎设备连接，用于将细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆；纳米粉碎单元包括纳米粉碎机31，该纳米粉碎机31与匀质机21连接，用于将煤浆进行纳米粉碎处理，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；活化处理单元包括纳米活化机41，该纳米活化机41与纳米粉碎机31连接，用于将纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
应用本申请的技术方案，本申请提供的纳米碳氢燃料生产系统通过依次连接的粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元，将原煤煤粉先破碎成D50为100～120目的细煤粉，再匀质制浆成煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆，然后再通过纳米粉碎成煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆，最后对纳米原浆进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，实现了原煤煤粉的一站式粉碎，不仅提高了粉碎生产能力，降低了粉碎生产成本以及降低了设备能耗，而且占地面积少，工艺流程短，无粉尘污染，在降低生产成本的同时显著提高了纳米碳氢燃料的质量以及改善了环境条件，适宜进行规模化推广应用。
为了进一步提高粗粉碎的生产效率，优选粗粉碎单元还包括原煤煤粉储存装置10，该原煤粉煤储存装置与原煤粉碎设备连接，用于向原煤破碎设备提供原煤煤粉。
为了进一步提高匀质制浆的效率，优选匀质制浆单元还包括储水罐22和助磨剂储罐23，其中，储水罐22和助磨剂储罐23分别与匀质机21连接，储水罐22用于向匀质机21提供水，助磨剂储罐23用于向匀质机21提供助磨剂。
为了进一步提高活化处理的效率，优选活化处理单元还包括氢气储罐42和分散剂储罐42，氢气储罐42和分散剂储罐42分别与纳米活化机41连接，氢气储罐42用于向纳米活化机41提供氢气，分散剂储罐42用于向纳米活化机41提供分散剂。
为了进一步降低设备能耗，在本申请的一些实施例中，原煤破碎设备包括顺次连接的第一破碎机11和第二破碎机12，该第一破碎机11用于将原煤煤粉破碎成D50为20～30目的粗煤粉，第二破碎机12用于将粗煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉。
上述第一破碎机11和第二破碎机12各自独立地包括但不限于颚式破碎机、旋回破碎机、锟式破碎机等。
在本申请的另一些实施例中，上述原煤破碎设备为工业制砂设备，通过该工业制砂设备直接将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉。
上述原煤煤粉的粒径不作具体限制，优选为5～6mm。
在本申请的一些实施例中，细煤粉的粒度分布为D50为100～120目，小于300目的粉体小于5wt％；大于60目的粉体小于5wt％；大于40目的粉体为0。
上述匀质制浆单元中，细煤粉与水和助磨剂在匀质机21中混合并通过特定加工成性能稳定的煤浆(煤粉颗粒悬浮液)。优选匀质机21具有三个物料倒入口，其中第一入口向匀质机21通入水，第二入口向匀质机21中通入细煤粉，第三入口通入助磨剂，匀质机21的炉腔高速旋转形成强烈、往复的液力剪切、摩擦、离心挤压、液流碰撞等综合效应，有效改善煤粉亲水性，使细煤粉、水和助磨剂均匀的相互混合，形成稳定的悬浮液(煤浆)。
上述纳米粉碎单元中，煤浆通入纳米粉碎机31中进行纳米粉碎处理，优选纳米粉碎机31的主体内腔形状特殊的容器，腔体中间有一根异形轴，轴与腔体横截面曲线不直接接触，异形轴转动360度，形成的有效空间发生系列有规则变化，类似某种特殊的渐开线结构，与机壳形成可放大与缩小的内部空间腔道。轴在实际作业过程中高速旋转，通过变频，调整浆料在整个管腔内不断发生容积的巨大变化。使浆料在腔体内不断处于压缩和膨胀状态，在内应力和外应力差的不断变化过程中，煤粉颗粒在空化效应下晶格畸变发生破裂，从而达到粉碎目的。
为了进一步提高纳米粉碎效率，优选纳米粉碎单元中，纳米粉碎机31为多台，多台纳米粉碎机31依次连接，优选为5～80台，或者纳米原粉碎单元中，纳米粉碎机31为单台，单台粉碎机进行多次纳米粉碎，优选为5～80次，以制备得到煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆。
上述活化处理单元中，纳米活化机41中，纳米原浆在纳米活化机41中高速旋转，其中的煤粉颗粒在高速剪切作用下与氢气充分发生接触反应，完成附氢赋能工艺，同时纳米原浆在活化处理过程中与分散剂混合，以保证制备得到的纳米碳氢燃料浆料具有优异的流动性。
为了便于存储上述活化处理单元制备得到的纳米碳氢燃料，优选上述纳米碳氢燃料的生产系统还包括纳米碳氢燃料储罐50，以便于储存纳米碳氢燃料备用。
在本申请的另一种典型实施方式中，提供了一种纳米碳氢燃料的生产工艺，该生产工艺包括：步骤S1，将原煤煤粉粉碎成D50为100～120目的细煤粉；步骤S2，将细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质处理，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆；步骤S3，将煤浆进行纳米粉碎，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；步骤S4，纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
本申请提供的纳米碳氢燃料的生产工艺将原煤煤粉先破碎成D50为100～120目的细煤粉，再匀质制浆成煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆，然后再纳米粉碎成煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆，最后对纳米原浆进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，实现了原煤煤粉的一站式粉碎，不仅提高了粉碎生产能力，降低了粉碎生产成本以及降低了设备能耗，而且占地面积少，工艺流程短，无粉尘污染，在降低生产成本的同时显著提高了纳米碳氢燃料的质量以及改善了环境条件，适宜进行规模化推广应用。
本申请以原煤煤粉为原料，结合纳米粉碎技术开创性地提出了一种新型煤基特种燃料的生产工艺，制备得到的纳米碳氢燃料属于超细颗粒燃料，具有较高比表面积和活性，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。并且纳米碳氢燃料中的煤粉颗粒经过纳米化粉碎处理后的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，为传统能源向新兴能源的转化提供了新思路。
此外，本申请提供的纳米碳氢燃料的生产工艺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。
上述步骤S1中，原煤破碎既可以通过制砂设备一次性将粒径为5～6mm的原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉，也可以先将粒径为5～6mm的原煤煤粉破碎成D50为20～30目的粗煤粉，再将粗煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉。
上述步骤S2中，为了进一步提高匀质制浆的效率，优选助磨剂的用量为细煤粉质量的0.5～5‰。助磨剂的具体组成不作具体限制，本领域常用助磨剂均可，优选该助磨剂包括六偏磷酸钠、硝酸钙和脂肪酸，以质量百分比计，该助磨剂包括六偏磷酸钠20～50％，硝酸钙10～30％，脂肪酸30～60％。
在本申请的一些实施例中，匀质制浆在匀质机21中进行，优选匀质机21的转速为1500～8000r/min；水的用量为3.5～7吨/小时，细煤粉的用量为4.5～5.5吨/小时，助磨剂的用量为细煤粉质量的0.5～5‰，以进一步提高匀质制浆的效率。
为了进一步提高后续纳米粉碎的效率，优选煤浆的质量浓度为45～55％。在本申请中，煤浆的质量浓度指的是煤浆的固含量，即煤粉颗粒和助磨剂的质量之和与煤浆质量的比值。
步骤S3中，为了进一步提高纳米粉碎的效率，优选纳米粉碎在纳米粉碎机31中进行，优选纳米粉碎机31的频率为15～48.5Hz，煤浆在纳米粉碎机31入口加压至0.2～0.4MPa再加入到纳米粉碎机31中。
为了进一步降低能耗，优选煤浆的用量为5～12吨/小时。如前所述纳米粉碎机31可以为多台依次连接，或单台纳米粉碎机31多次循环使用，优选为5～80台纳米粉碎机31依次串联或单台纳米粉碎机31循环使用5～80次以制备得到煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆。
为了进一步提高附氢赋能处理的效率，优选纳米原浆的质量浓度为45～55％。在本申请中，纳米原浆的质量浓度指的是纳米原浆的固含量，即煤粉颗粒和助磨剂的质量之和与纳米原浆质量的比值。
上述步骤S4中，分散剂的具体类型不作具体限制，本领域常用的分散剂均可，为了进一步提高纳米碳氢燃料的流动性，优选分散剂包括萘磺酸甲醛缩合物(NSF)，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([HMIm][PF6])和柠檬酸钠。尤其是以纳米原浆的固体干重为基准计，萘磺酸甲醛缩合物的添加剂为2.5～4.5％，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的添加量为0.5～0.8‰，柠檬酸钠的添加量为0.3～0.6‰时，制备得到的纳米碳氢燃料具备更为优异的分散稳定性和流动性。
为了进一步提高纳米碳氢燃料的附氢赋能效率，优选以纳米原浆的固体干重为基准基，氢气的用量为5.0～6.0m3/吨，且氢气的浓度＞90％。
为了进一步提高附氢赋能处理效率，优选该附氢赋能在纳米活化机41中进行，且纳米原浆的用量为1.5～2.5吨/小时。
为了进一步提高纳米碳氢燃料中氢气的含量，优选氢气加压至0.5～0.7MPa再输送至所述纳米活化机41中，优选纳米原浆与氢气以及分散剂在0.1～0.25MPa下混合进行附氢赋能处理。
在本申请中，上述原煤煤粉的具体类型不作限制，包括但不限于低灰煤煤粉或褐煤煤粉等中的任意一种或多种形成的混合原煤煤粉。
下面将结合实施例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种纳米碳氢燃料的生产系统，该生产系统包括粗粉碎单元、匀质制浆单元、纳米粉碎单元和活化处理单元，其中，粗粉碎单元包括原煤破碎设备，该原煤破碎设备用于将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉；匀质制浆单元，该匀质制浆单元包括匀质机21，该匀质机21与原煤破碎设备连接，用于将细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆；纳米粉碎单元包括纳米粉碎机31，该纳米粉碎机31与匀质机21连接，用于将煤浆进行纳米粉碎处理，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；活化处理单元包括纳米活化机41，该纳米活化机41与纳米粉碎机31连接，用于将纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
为了进一步提高粗粉碎的生产效率，粗粉碎单元还包括原煤煤粉储存装置10，该原煤粉煤储存装置与原煤粉碎设备连接，用于向原煤破碎设备提供原煤煤粉。
为了进一步提高匀质制浆的效率，匀质制浆单元还包括储水罐22和助磨剂储罐23，其中，储水罐22和助磨剂储罐23分别与匀质机21连接，储水罐22用于向匀质机21提供水，助磨剂储罐23用于向匀质机21提供助磨剂。
为了进一步提高活化处理的效率，活化处理单元还包括氢气储罐42和分散剂储罐42，氢气储罐42和分散剂储罐42分别与纳米活化机41连接，氢气储罐42用于向纳米活化机41提供氢气，分散剂储罐42用于向纳米活化机41提供分散剂。
为了进一步降低设备能耗，原煤破碎设备包括顺次连接的第一破碎机11和第二破碎机12，该第一破碎机11用于将原煤煤粉破碎成的D50为20～30目的粗煤粉，第二破碎机12用于将粗煤粉破碎成D50为100～120目的所述细煤粉。优选第一破碎机11为颚式破碎机，第二破碎机12为立式粉碎机。
如图1所示，上述纳米碳氢燃料生产系统还包括纳米碳氢燃料储罐50，以便于储存纳米碳氢燃料备用。
实施例2
本实施例提供了一种纳米碳氢燃料的生产工艺，其采用上述实施例1提供的纳米碳氢燃料的生产系统进行纳米碳氢燃料的制备，具体按照如下步骤进行：
(1)将粒径为5～6mm的原煤煤粉加入到第一破碎机11破碎成D50为25目的粗煤粉，再将粗煤粉加入到第二破碎机12破碎成D50为110目的细煤粉，且该细煤粉中，小于300目的粉体小于5wt％；大于60目的粉体小于5wt％；大于40目的粉体为0；
(2)将细煤粉、助磨剂和水加入到匀质机21中进行匀质制浆得到质量浓度为50％的煤浆，且煤粉颗粒稳定悬浮在煤浆中；其中，匀质机21的转速为5500r/min，水的用量为5吨/小时，细煤粉的用量为5吨/小时，助磨剂的用量为细煤粉质量的3‰；以质量百分比计，该助磨剂包括六偏磷酸钠35％，硝酸钙25％，脂肪酸45％。
(3)将煤浆通入纳米粉碎机31中进行纳米粉碎得到质量浓度为50％纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒的D50为0.8μm，其中，纳米粉碎机31的频率为40Hz，煤浆在纳米粉碎机31入口加压至0.4MPa再加入到纳米粉碎机31中，且煤浆的用量为10吨/小时，且纳米粉碎机31循环粉碎60次。
(4)将纳米原浆、分散剂以及氢气通入纳米活化机41中进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，其中，纳米原浆的用量为2吨/小时，纳米原浆的固体干重为基准计，氢气的用量为5.5m3/吨，且氢气的浓度为96％，且氢气加压至0.6MPa再输送至所述纳米活化机41中，在0.2MPa压力下与纳米原浆以及分散剂混合进行附氢赋能处理；分散剂包括萘磺酸甲醛所何物(NSF)，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([HMIm][PF6])和柠檬酸钠，以纳米原浆的固体干重为基准计，萘磺酸甲醛缩合物的添加剂为3.5％，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的添加量为0.6‰，柠檬酸钠的添加量为0.5‰。
实施例3
本实施例提供了一种纳米碳氢燃料的生产工艺，其与实施例2的不同之处在于，步骤(3)制备得到的纳米原浆中煤粉颗粒的D50为1.0μm；步骤(4)中，氢气的用量为6m3/吨，氢气加压至0.7MPa再输送至纳米活化机41中，在0.25MPa压力下与纳米原浆以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
实施例4
本实施例提供了一种纳米碳氢燃料的生产工艺，其与实施例2的不同之处在于，步骤(3)制备得到的纳米原浆中煤粉颗粒的D50为0.2μm；步骤(4)中，氢气的用量为5m3/吨，氢气加压至0.5MPa再输送至纳米活化机41中，在0.1MPa压力下与纳米原浆以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于，步骤(4)中，氢气的用量为2m3/吨。
实施例6
本实施例与实施例2的不同之处在于，步骤(4)中，纳米原浆、分散剂以及氢气在0.08MPa下混合进行附氢赋能处理。
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于，步骤(4)中未加入分散剂。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于，步骤(3)采用气流磨替换纳米粉碎机进行纳米粉碎，且得到的纳米原浆中煤粉颗粒D50为20μm。
对比例3
本对比例与实施例2的不同之处在于，步骤(4)中，纳米活化机中未通入氢气，直接将纳米原浆与分散剂混合，得到纳米燃料。
试验例
分别测定上述实施例2～6以及对比例1～4制备得到的纳米燃料进行固体热值、燃尽率以及表观粘度检测，结果如下表1所示。
表1
| 固体热值(cal/kg) | 燃尽率(％) | 表观粘度(mPa.s) | |
| 实施例2 | 4767 | 99.39 | 317 |
| 实施例3 | 4773 | 99.36 | 308 |
| 实施例4 | 4801 | 99.42 | 351 |
| 实施例5 | 4103 | 99.27 | 309 |
| 实施例6 | 4092 | 99.21 | 311 |
| 对比例1 | 4758 | 99.40 | 898 |
| 对比例2 | 3725 | 98.82 | 890 |
| 对比例3 | 3803 | 98.93 | 318 |
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：
本申请提供的纳米碳氢燃料的生产工艺将原煤煤粉先破碎成D50为100～120目的细煤粉，再匀质制浆成煤粉颗粒D50为10～100μm的煤浆，然后再纳米粉碎成煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm的纳米原浆，最后对纳米原浆进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料，实现了原煤煤粉的一站式粉碎，不仅提高了粉碎生产能力，降低了粉碎生产成本以及将死了设备能耗，而且占地面积少，工艺流程短，无粉尘污染，在降低生产成本的同时显著提高了纳米碳氢燃料的质量以及改善了环境条件，适宜进行规模化推广应用。
本申请以原煤煤粉为原料，结合纳米粉碎技术开创性地提出了一种新型煤基特种燃料的生产工艺，制备得到的纳米碳氢燃料属于超细颗粒燃料，具有较高比表面积和活性，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。并且纳米碳氢燃料中的煤粉颗粒经过纳米化粉碎处理后的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，为传统能源向新兴能源的转化提供了新思路。
此外，本申请提供的纳米碳氢燃料的生产工艺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生产系统，其特征在于，所述生产系统包括：
粗粉碎单元，所述粗粉碎单元包括原煤破碎设备，所述原煤破碎设备用于将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉；
匀质制浆单元，所述匀质制浆单元包括均质机(21)，所述匀质机(21)与所述原煤破碎设备连接，用于将所述细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤浆；
纳米粉碎单元，所述纳米粉碎单元包括纳米粉碎机(31)，所述纳米粉碎机(31)与所述匀质机(21)连接，用于将所述煤浆进行纳米粉碎处理，得到纳米原浆，且所述纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；
活化处理单元，所述活化处理单元包括纳米活化机(41)，所述纳米活化机(41)与所述纳米粉碎机(31)连接，用于将所述纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到纳米碳氢燃料。
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述粗粉碎单元还包括原煤煤粉储存装置(10)，所述原煤煤粉储存装置(10)与所述原煤粉碎设备连接，用于向所述原煤破碎设备提供原煤煤粉；
所述匀质制浆单元还包括储水罐(22)和助磨剂储罐(23)，所述储水罐(22)与所述匀质机(21)连接，用于向所述匀质机(21)提供水；所述助磨剂储罐(23)也与所述匀质机(21)连接，用于向所述匀质机(21)提供助磨剂；
所述活化处理单元还包括氢气储罐(42)和分散剂储罐(43)，所述氢气储罐(42)与所述纳米活化机(41)连接，用于向所述纳米活化机(41)提供氢气；所述分散剂储罐(43)也与所述纳米活化机(41)连接，用于向所述纳米活化机(41)提供分散剂。
3.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述原煤破碎设备包括顺次连接的第一破碎机(11)和第二破碎机(12)，所述第一破碎机(11)用于将原煤煤粉破碎成D50为20～30目的粗煤粉，所述第二破碎机(12)用于将所述粗煤粉破碎成所述细煤粉。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述生产系统还包括纳米碳氢燃料储罐(50)，所述纳米碳氢燃料储罐(50)与所述纳米活化机(41)连接，用于储存所述纳米碳氢燃料。
5.一种纳米碳氢燃料的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括：
步骤S1，将原煤煤粉破碎成D50为100～120目的细煤粉；
步骤S2，将所述细煤粉与水以及助磨剂混合进行匀质制浆，得到煤粉颗粒稳定悬浮的煤浆；
步骤S3，将所述煤浆进行纳米粉碎，得到纳米原浆，且纳米原浆中煤粉颗粒D50为0.2～1.0μm；
步骤S4，将所述纳米原浆与氢气以及分散剂混合进行附氢赋能处理，得到所述纳米碳氢燃料。
6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1，所述原煤破碎包括：先将所述原煤煤粉破碎成D50为20～30目的粗煤粉，再将所述粗煤粉破碎成所述细煤粉。
7.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S2，所述助磨剂的用量为所述细煤粉质量的0.5～5‰；以质量百分比计，优选所述助磨剂包括六偏磷酸钠20～50％，硝酸钙10～30％和脂肪酸30～60％；
优选地，所述匀质制浆在匀质机(21)中进行，所述匀质机(21)的转速为1500～8000r/min；所述水的用量为3.5～7吨/小时，所述细煤粉的用量为4.5～5.5吨/小时；
优选地，所述煤浆的质量浓度为45～55％。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S3，所述纳米粉碎在纳米粉碎机(31)中进行，优选纳米粉碎机(31)的频率为15～48.5Hz，所述煤浆加压至0.2～0.45MPa再加入所述纳米粉碎机(31)中；
优选地，所述煤浆的用量为5～12吨/小时；
优选地，所述纳米原浆的质量浓度为45～55％。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S4，所述分散剂包括萘磺酸甲醛缩合物、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和柠檬酸钠；
优选地，以所述纳米原浆的固体干重为基准计，所述萘磺酸甲醛缩合物的添加量为3.6～4.5％，所述1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的添加量为0.5～0.8‰，所述柠檬酸钠的添加量为0.3～0.6‰；
优选地，以所述纳米原浆的固体干重为基准计，所述氢气的用量为5.0～6.0m3/吨，且所述氢气的浓度＞90％；
优选地，所述附氢赋能处理在纳米活化机(41)中进行，所述纳米原浆的用量为1.5～2.5吨/小时，所述氢气加压至0.5～0.7MPa再输送至所述纳米活化机(41)中；
优选地，所述纳米原浆与所述氢气以及所述分散剂混合的压力为0.1～0.25MPa。
10.根据权利要求5至7中任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述原煤煤粉包括低灰煤煤粉或褐煤煤粉中的至少一种。
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