RU2167189C1

RU2167189C1 - Coal-water fuel production method

Info

Publication number: RU2167189C1
Application number: RU2000108726A
Authority: RU
Inventors: В.К. Артемьев; Н.И. Данченков; А.Н. Титов
Original assignee: Данченков Николай Иванович; Титов Александр Николаевич
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-05-20
Also published as: WO2001077269A1; AU5070601A

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: method involves dry grinding of basic coal preliminarily crushed into particles of at least 3 mm size in rotary vortex-type mill to produce particles of size less than 20 microns; simultaneously with grinding, separating coal from mineral components and providing hydrophobization of coal particles; mixing water with coal particles in hydraulic disperser for producing colloid hydraulic fluid containing at least 70-80 wt.% of solid phase with particles of size less than 5 microns. Method allows coal-water fuel with improved physicomechanical, structural-rheological and thermal properties to be produced. Coal-water fuel is ecologically safe fuel fit for prolonged storage and transportation, which may be combusted in different energy-producing plants, including diesel and gas-turbine plants. EFFECT: increased efficiency, prolonged storage and transportation time.

Description

Изобретение относится к области топливной энергетики, в частности к способам получения топлива на основе угля и воды, пригодного для длительного хранения, трубопроводной транспортировки и прямого сжигания в различных установках, включая дизельные и газотурбинные. The invention relates to the field of fuel energy, in particular to methods for producing fuel based on coal and water, suitable for long-term storage, pipeline transportation and direct combustion in various plants, including diesel and gas turbine ones.

Известен способ приготовления водоугольного топлива с дозированной подачей предварительно дробленного угля, воды и реагента - пластификатора на мокрое измельчение в шаровой мельнице (1). A known method of preparing water-coal fuel with a dosed feed of pre-crushed coal, water and a reagent - plasticizer for wet grinding in a ball mill (1).

Известен способ приготовления водоугольного топлива, включающий мокрое измельчение и классификацию угля, подачу воды и диспергаторов в мельницу, причем процесс ведут с предварительной электрохимической обработкой воды (2). A known method of preparing water-coal fuel, including wet grinding and classification of coal, the supply of water and dispersants to the mill, and the process is carried out with preliminary electrochemical treatment of water (2).

Известен способ получения жидкого топлива, включающий измельчение твердого углеродсодержащего вещества (угля, кокса, полукокса, лигнита и др.) до 0,15-2,0 мм в присутствии воды и/или органической (углеводородной) жидкости с помощью дробящего материала (шаров и др.), который затем отделяется. Измельчение и смешивание осуществляют с помощью механической мельницы, а полученное топливо используют в качестве дизельного или добавки к нему (3). A known method of producing liquid fuel, including grinding a solid carbon-containing substance (coal, coke, semi-coke, lignite, etc.) to 0.15-2.0 mm in the presence of water and / or organic (hydrocarbon) liquid using crushing material (balls and etc.), which is then separated. Grinding and mixing is carried out using a mechanical mill, and the resulting fuel is used as diesel or additive to it (3).

Недостатками описанных выше известных способов являются высокая энергоемкость процесса приготовления топлива вследствие того, что мокрой классификации подвергается весь объем приготавливаемой суспензии, а также значительный расход реагентов и мелящих тел и технологическая сложность аппаратурного оборудования. The disadvantages of the known methods described above are the high energy intensity of the fuel preparation process due to the fact that the entire volume of the suspension being prepared is subjected to wet classification, as well as the significant consumption of reagents and grinding media and the technological complexity of the equipment.

Известен способ получения жидкого топлива из угля, включающий окисление угля водным раствором азотной кислоты, отделение жидкой фазы и растворения твердой (4). A known method of producing liquid fuel from coal, including the oxidation of coal with an aqueous solution of nitric acid, separation of the liquid phase and dissolution of the solid (4).

Известен способ, в котором угольную пыль с размером частиц не более 20 мкм смешивают с водой и полученное топливо используют для двигателей внутреннего сгорания (5). A known method in which coal dust with a particle size of not more than 20 μm is mixed with water and the resulting fuel is used for internal combustion engines (5).

Однако эти способы достаточно трудоемки и низко производительны вследствие сложности технологических процессов химической обработки угля и получения пыли с вышеуказанным размером частиц на оборудовании известных способов. However, these methods are quite laborious and low productivity due to the complexity of the technological processes of chemical processing of coal and dust with the above particle size on the equipment of known methods.

Известен способ приготовления водоугольного топлива путем мокрого измельчения угля с водой при нагреве гидросмеси до 200 - 300^oC токами высокой частоты под давлением 1,5 - 10 МПа и введением в гидросмесь поверхностно-активных добавок (6).A known method of preparing water-coal fuel by wet grinding coal with water by heating the slurry to 200 - 300 ^o C high-frequency currents under a pressure of 1.5 - 10 MPa and the introduction of surface-active additives in the slurry (6).

Известен способ приготовления водоугольного топлива из бурых углей, включающий сухое измельчение, дегазацию и смешивание с водой и добавками в гомогенизаторе, причем сухое измельчение угля ведут одновременно с его гидрофобизацией в струйной мельнице в инертной среде при 600 - 1000^oC (7).There is a method of preparing water-coal fuel from brown coals, including dry grinding, degassing and mixing with water and additives in a homogenizer, and dry grinding of coal is carried out simultaneously with its hydrophobization in a jet mill in an inert medium at 600 - 1000 ^o C (7).

Недостатками этих известных способов является повышенные энергетические затраты, сложность аппаратурного оборудования, большие расходы поверхностно-активных и диспергирующих добавок. The disadvantages of these known methods are the increased energy costs, the complexity of the equipment, high costs of surface-active and dispersing additives.

Наиболее близким к предложенному является способ получения топлива, создаваемого на основе углеводородного сырья, воды и других химических ингредиентов (8). Топливо по этому способу представляет собой систему коллоидного типа со средним поверхностным размером частиц дисперсной фазы не более 3 мкм и определенным элементным балансом химических элементов топлива. Closest to the proposed is a method for producing fuel created on the basis of hydrocarbon raw materials, water and other chemical ingredients (8). Fuel according to this method is a colloidal type system with an average surface particle size of the dispersed phase of not more than 3 μm and a certain elemental balance of the chemical elements of the fuel.

Основные недостатки способа получения такого топлива следующие: топливо на основе угля имеет низкий энергетический потенциал; производство требует сравнительно больших затрат на интерактивные аппараты для механохимической обработки угля и эксплуатационных затрат на химические ингредиенты. The main disadvantages of the method for producing such fuel are as follows: coal-based fuel has a low energy potential; production requires a relatively high cost for interactive devices for mechanochemical processing of coal and operating costs for chemical ingredients.

Главными недостатками всех вышеприведенных известных способов являются:
низкий энергетический потенциал водоугольного топлива вследствие его высокой зольности, сопоставимой с зольностью исходного угля, и недостаточной концентрацией твердой фазы;
относительно высокая стоимость водоугольного топлива вследствие значительных затрат на его приготовление.The main disadvantages of all of the above known methods are:
low energy potential of coal-water fuel due to its high ash content, comparable with the ash content of the initial coal, and insufficient concentration of the solid phase;
the relatively high cost of coal water fuel due to the significant costs of its preparation.

Целью настоящего изобретения является получение водоугольного топлива, обладающего высоким энергетическим потенциалом, экологической чистотой, низкой себестоимостью и широкой сферой применения. The aim of the present invention is to obtain water-coal fuel with high energy potential, environmental friendliness, low cost and a wide scope.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно дробленный до менее 3 мм уголь измельчается до менее 20 мкм в роторно-вихревой мельнице с одновременной сепарацией измельченного угля от минеральных компонентов и его гидрофобизацией в процессе измельчения. Далее измельченный уголь подается вместе с водой в гидравлический диспергатор для получения коллоидной гидросмеси с содержанием 70-80 и более мас.% твердой фазы с частицами менее 5 мкм. This goal is achieved by the fact that pre-crushed to less than 3 mm coal is crushed to less than 20 microns in a rotary vortex mill with the simultaneous separation of crushed coal from mineral components and its hydrophobization in the grinding process. Next, the crushed coal is supplied together with water to a hydraulic dispersant to obtain a colloidal slurry with a content of 70-80 and more wt.% Solid phase with particles less than 5 microns.

Таким образом, новым в способе является:
максимальная очистка водоугольного топлива от минеральных компонентов, позволяющая значительно повысить энергетический потенциал топлива и его экологическую чистоту;
относительно низкая себестоимость получения водоугольного топлива вследствие наличия лишь двух высокопроизводительных основных технологических аппаратов (роторно-вихревая мельница и гидравлический диспергатор), а также отсутствия в топливе различных поверхностно-активных и диспергирующих добавок.Thus, a new method is:
maximum cleaning of coal-water fuel from mineral components, which can significantly increase the energy potential of the fuel and its environmental cleanliness;
the relatively low cost of producing coal-water fuel due to the presence of only two high-performance main technological devices (rotary vortex mill and hydraulic dispersant), as well as the absence of various surface-active and dispersant additives in the fuel.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Рядовые угли составляют смесь мацералов и минералов в различных соотношениях. Минеральная часть угля представлена различными соединениями неорганических компонентов. Во всех углях содержится определенное количество минеральных веществ, которые тесно связаны с органической массой и не могут быть отделены механическим способом от нее. Доля таких компонентов составляет 1,5 - 7%. Большая часть минералов не связана с угольным веществом, представляет собой агрегаты из нескольких минералов, либо минералов, сросшихся с углем. При высокоскоростном ударном разрушении частиц в помольной камере роторно-вихревой мельнице происходит селективное раскрытие сросшихся частиц минералов и углей. Минеральные частицы, имеющие более высокую плотность и твердость по отношению к органической составляющей угля, имеют на выходе из помольной камеры и большие, чем у переизмельченных частиц угля размеры и под действием гравитационных сил подвергаются отделению от основного потока измельченных частиц. В результате этого процесса остаточная зольность водоугольного топлива не превышает 2 - 8 мас.%. Ordinary coals form a mixture of macerals and minerals in various proportions. The mineral part of coal is represented by various compounds of inorganic components. All coals contain a certain amount of mineral substances, which are closely related to the organic mass and cannot be mechanically separated from it. The proportion of such components is 1.5 - 7%. Most of the minerals are not associated with coal matter, they are aggregates of several minerals, or minerals fused with coal. During high-speed impact destruction of particles in the grinding chamber of a rotary vortex mill, selective fusion of fused particles of minerals and coal occurs. Mineral particles having a higher density and hardness with respect to the organic component of coal are at the exit from the grinding chamber and are larger than those of over-crushed coal particles and, under the influence of gravitational forces, are separated from the main stream of crushed particles. As a result of this process, the residual ash content of coal-water fuel does not exceed 2 - 8 wt.%.

Для получения высококонцентрированного водоугольного топлива, особенно из влажных бурых углей, необходима гидрофобизация поверхности частиц. Кроме того, необходимо не только удаление воздуха из пор, но и удаление гигроскопической влажности. При ультратонком (менее 20 мкм) высокоскоростном ударном измельчении частицы угля, проходя через помольную камеру роторно-вихревой мельницы, раскрывают свои поры и подвергаются высушиванию до влажности менее 0,5%, что и обеспечивает необходимую гидрофобность поверхности частиц. В результате этого существенно уменьшается способность частиц к связыванию воды и образующееся водоугольное топливо имеет высокую концентрацию твердой фазы. To obtain highly concentrated water-coal fuel, especially from moist brown coal, hydrophobization of the surface of the particles is necessary. In addition, it is necessary not only to remove air from the pores, but also to remove hygroscopic moisture. With ultrafine (less than 20 microns) high-speed impact grinding, coal particles passing through the grinding chamber of a rotary vortex mill open their pores and are dried to a moisture content of less than 0.5%, which ensures the necessary hydrophobicity of the particle surface. As a result of this, the ability of particles to bind water is significantly reduced, and the resulting water-coal fuel has a high concentration of solid phase.

Дальнейшая обработка гидравлической смеси в диспергаторе позволяет создать коллоидную систему с твердыми частицами размером менее 5 мкм, в результате чего получается водоугольное топливо с улучшенными физико-механическими, структурно-реологическими, теплофизическими и экологическими свойствами для его длительного хранения, транспортирования и сжигания в различных энергетических установках, включая дизельные и газотурбинные. Further processing of the hydraulic mixture in the dispersant allows you to create a colloidal system with solid particles less than 5 microns in size, resulting in a water-coal fuel with improved physico-mechanical, structural-rheological, thermophysical and environmental properties for its long-term storage, transportation and burning in various power plants including diesel and gas turbine.

Источники информации
1. Патент RU N 2027744, кл. C 10 L 1/32, 1995 г.Sources of information
1. Patent RU N 2027744, cl. C 10 L 1/32, 1995

2. Патент RU N 2080354, кл. C 10 L 1/32, 1997 г. 2. Patent RU N 2080354, cl. C 10 L 1/32, 1997

3. Патент Великобритании N 2047267, кл. C 01 L 1/02, 1979 г. 3. British patent N 2047267, CL C 01 L 1/02, 1979

4. Европатент EP N 0021555, кл. C 01 L 1/02, 1980 г. 4. Europatent EP N 0021555, CL C 01 L 1/02, 1980

5. Патент Великобритании N 1600865, кл. C 01 L 1/00, 1978 г. 5. UK patent N 1600865, CL C 01 L 1/00, 1978

6. Патент RU N 2054455, кл. C 10 L 1/32, 1996 г. 6. Patent RU N 2054455, cl. C 10 L 1/32, 1996

7. Патент RU N 2036955, кл. C 10 L 1/32, 1995 г. 7. Patent RU N 2036955, cl. C 10 L 1/32, 1995

8. Патент RU N 2144059, кл. C 10 L 1/32, 2000 г. 8. Patent RU N 2144059, cl. C 10 L 1/32, 2000

Claims

A method of producing water-coal fuel, including dry grinding of coal and mixing with water, characterized in that the dry grinding of pre-crushed to less than 3 mm of the source coal is carried out in a rotary-vortex mill to particles smaller than 20 microns simultaneously with its separation from mineral components and hydrophobization with subsequent mixing with water and obtaining in the hydraulic dispersant a colloidal slurry containing 70 - 80 wt.% and more solid phase with particles less than 5 microns.