制备高浓度水煤浆的影响因素探讨

第36卷第12期应用化工vl.36No.12200年12月Applied Chemical IndustDe.2007制备高浓度水煤浆的影响因素探讨袁善录,戴爱军(西北化工研究院陕西西安710600)摘要综述了煤质特性粒度分布、添加剂及制浆工艺等因素对气化用高浓度水煤浆制备的影响。制备高浓度水煤浆时,应根据不同煤种选择适宜的粒度分布、添加剂制浆工艺或配煤技术才能制备出适合工业化应用的高性能水煤浆。关键词:水煤浆;制备;高浓度;影响因素中图分类号:TQ5369文献标识码:A文章编号:1671-3206(2007)12-1242-03Discussion on the affecting factors of high concentrationcoal-water slurry preparationYUAN Shan-lu, DAI Ai-junNorthwest Research Institute of Chemical Industry, Xi'an 710600, China)Abstract: Effect of the characteristics of coal property, the particle distribution of pulverized coal, addi-tives for coal-water slurry and slurry-making process etc. on high concentration coal-water slurry for gasification is discussed. For high concentration coal-water slurry preparation, suitable particle distribution, additives, slurry-making process or coal blending are selected in according to the different coal kinds, so thehigh performance coal-water slurry for industrial application is preparedKey words: coal-water slurry i preparation; high concentration; affecting factors水煤浆加压气化技术作为一种先进的新型气化1制备高浓度水煤浆影响因素技术在我国得到了较快的发展自0世纪80年代1.1煤质特性至今,我国相继建设了数套水煤浆加压气化装置,其煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素。一般合成气用于生产合成氨、甲醇、二甲醚、烯烃等化工来说煤种制浆浓度随其内在水分含量的增大而降产品。当前,多数生产企业生产的水煤浆浓度不高,能量消耗大生产成本较高不能满负荷生产。高浓坻,较低的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆。度水煤浆具有含水量少、有效固含量高、发热量高变质程度浅的煤种,其内水含量较高、含氧官能团泵送性能好等诸多优点,水煤浆浓度高低将会影响多y,制浆浓度较低;变质程度深的煤种,其内水含水煤浆气化过程中的氧耗煤耗,而且高性能水煤浆量较低、含氧官能团少,制浆浓度较高。对于气化过程中的煤浆贮存、输送、喷嘴雾化也至关煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲水重要,提高水煤浆浓度,将会使气化过程中的消耗降性能,其量较低时说明该媒的比表面积小或吸附水低。因此,制备高浓度水煤浆对于水煤浆气化装置的能力差。因此,制浆时煤粒上能吸附的水量实现节能降耗、扩大生产能力提高企业经济效益是少,形成的水化膜也较薄,致使占用的水量较少,所至关重要的,也是势在必行的。以在水煤浆浓度相同的情况下,固定于煤粒上的水水煤浆制备技术是水煤浆加压气化的关键技术量就相对较少了,从而导致悬浮体的自由流动相增之一。本文主要从煤的性质粒度分布、添加剂及制多;也就是说欲使水煤浆具有同样的流动性,其浓浆工艺等方面对气化用高浓度水煤浆制备的影响进度必然会增高。总之煤质特性是制备高浓度水煤行探讨。浆的决定因素,而煤的内在水分含量又对这一决定因素起着明显的支配作用。因此,煤的内在水分含收稿日期:2007-09-13作者简介:袁善录(1906-)男青海乐都人,西北化工研究院工程师从事气化煤种评价、料浆制备及煤气化技术研究工作。电话:029-83870244,E-mail:yuansu@163.com12袁善录等:制备高浓度水煤浆的影响因素探讨量可以作为初步判断其能否制备成高浓度水煤浆的粒度级配越好,堆积率越髙,煤浆浓度越高。通依据。过优化研磨体级配等工艺参数获得良好的粒度分煤中的含氧极性官能团多,对水煤浆的浓度也布,使大颗粒间的空隙能被小颗粒填充,是提高水煤有很大影响。水是典型的极性物质含氧极性官能浆浓度的重要措施。图1为3个煤样不同粒度的成团多则其亲水性越强就会吸附大量的水分子,增浆性能实验曲线;表2为神木煤在不同粒度级配条大内水含量,导致在煤粒表面形成坚固的水化膜减件下的制浆结果少自由流动水量降低水煤浆浓度;另外,极性官能200占39等团含量多时,分散剂的亲水基与煤粒表面吸附,而将亲油基朝外引人水中,将会降低添加剂的作用效果2000导致添加剂用量增大3。表1列出了几个不同煤样的分析数据及制浆结果1500表1煤种分析数据及制浆结果Table 1 Analytical data and results of slurry-makingof coal kinds煤种 Mad Aad vad Cad HadOad制浆浓度席%荡%%伟%%水煤浆浓度/%图1粒度分布对成浆性能的影响63640.6476.835.136.1568.0Fig. 1 Effect of particle size distribution on property2°1.6811.2440.8463.4148610.2661.0of slurry-making6627.3032.3770.404.659.7863.0由图1可知对于同一浓度下的同一煤种粒度4°1.569.0032976.835.035.7569.0<200目含量较多的煤粉,其成浆性较粒度<200目含量较少煤粉的成浆性要差,表观粘度要高,即粒度57.1713.8331358.803.8113.5854.0较粗的煤粉粒子之间大小搭配合理填充效率较高6”1.0325.0013.176.153.174.3216.0欲使表观粘度相同,则制备的煤浆浓度较高表1中6煤内水含量低、O/C小,制备的煤浆表2神木煤堆积效率与制浆结果浓度高;2煤与5煤内水相差不大,但5"煤氧含量Tabe2 Deposition efficiency and results of slurry-making高、O/C较大,制备的煤浆浓度低,说明含氧官能团of Shenmu coal影响较大。从煤质角度考虑,要制备高浓度的水煤堆积率/%水煤浆粘度/(mPa·)水煤浆浓度/%浆选择内水含量和含氧量少的煤种为宜。I272.0对于确定的煤种而言,影响成浆性的主要因素62.12为煤粉粒度分布和煤浆添加剂。79.0012粒度级配在制浆过程中为了制备高浓度的水煤浆要求升,成浆性能好转由表2可知,随着堆积率的增大,制浆浓度上煤粉颗粒各粒径的含量要有一定的分布使大颗粒在实际生产过程中要直接通过磨机磨出符合间的空隙为小颗粒所填充以减少空隙所含水量,从上述各种粒度分布式的煤粉,几乎难以达到;而通过而提高制浆浓度。水煤浆的最佳粒度分布可以用不筛分分出各粒级的粉煤后再配制煤浆又会加大生同的数学模型来表述:①从煤粉的粒度分布数据来产成本。因此在实际制备过程中只能控制最大粒计算煤粒子的填充空隙率空隙率最低的粒度分布度和最小粒度以及它们的粗略比例。除此之外为制成的水煤浆浓度最高;②计算粒度分布指数目前了获得高浓度的水煤浆更多采用的技术方法是添最常用的粒度分布是 Rosin- Rammer函数的改进形加水煤浆添加剂。式RRB分布:R=105-(dd)m,R是筛孔1.3水煤添加剂目前,对水煤浆添加剂的研究要多于对粒度分36.7%时的粒径n为粒度分布指数。一般认为n布的控制因为水煤浆添加剂的使用更具有实用意值越小,分布越宽填充效率就越高。但是,粒度分义,使用添加剂后不仅可以提高制浆浓度而且可布指数并非越小越好,无论是否加入分散剂,n值均在0.7~0.8的范围内煤浆的粘度最低。以降低煤浆粘度,提高流动性水煤浆添加剂主要是一些不同性能的表面活性1244应用化工第36卷剂,主要有4类:①阴离子型表面活性剂;②阳离子表观粘度要小得多。在研究中还发现,有些添加剂型表面活性剂;③非离子型表面活性剂;④高分子化在改善流动性的同时虽会使稳定性略为下降,但伴合物和无机盐(6」随流动性的改善煤浆浓度得以提高,反过来又能改由于煤的表面具有强烈的疏水性,不易被水浸善其稳定性。润,与水不能密切结合为一种浆体,尽管强力搅拌后可制备煤浆,但其浓度仍然很低。当浓度较高时,煤粒之间由于范得华力而凝聚成一种湿的浆团,造成l600体系粘度急剧增大,故需要在其中加人分散剂以改变煤的表面性质使煤粒被添加剂分子和水分子包围以降低其表观粘度,提高浆体的流动性;另一方面添加剂加入量对成浆性的影响也较为显著。当添加剂加量太少时,添加剂未能同煤粒充分作用,起不到良好的分散效果,制浆浓度较低;当添加剂加量过多时,添加剂分子之间会形成胶束,反而使其有效图2添加剂D对成浆性能的影响Fig 2 Eect of additive DT on property of slurry-making浓度相应降低,也会影响到分散效果。因此,在一般情况下,添加剂加量存在一个最佳值。而对于变质程度浅的煤种,由于其比表面大、内孔多、含氧官能团多添加剂的最佳加入量将会很大,在此情况下2DT就结合制浆经济性和成浆性来确定出适宜的添加剂的1200加量。因此,对于实际生产过程,应在兼顾成浆性及800经济性的基础上,确定出适宜的添加剂加量。表3列出了1·煤和6·煤在4种不同添加剂作444852566064687276用下的制浆结果,其中1“煤样的制浆浓度为67%,煤浆浓度/t%6煤样的制浆浓度为74%;图3为添加剂DT对成图3添加剂DT对成浆性能的影响浆性能的影响曲线Fig, 3 Efect of additive DT on property of slury-making表3不同添加剂下的成浆性能试验数据由图2和图3可知,加人添加剂后,制浆浓度显Table 3 Test data of property of slurry-making著提高,而且因煤样不同,同一添加剂的作用效果也with different additives不同在同一表观粘度下,浓度提高值存在差别。因1·煤样6·煤样此,在煤粉已制备的条件下,只有选择合适的添加剂添加剂析水率粘度流动性①析水率粘度流动性才能制备出高浓度的水煤浆。伟%/(mPa·8)/a伟%/(mPa·8)/s14制浆工艺SIN1.21565.218.72.01327812.6水煤浆制浆工艺主要是为了取得粒度组成的最H02201.1141.012162.423.2佳级配,也就是最大堆积效率,便于制备高质量的水D2.01284.31142.81192.710.8煤浆。气化用水煤浆制备主要采用一次湿法制浆工r0.41143.930.40.61935.746.8艺。在磨机选定的情况下,制浆工艺影响水煤浆浓注,①指一定体积的媒浆流经一定体积的容器所需要的时间。度的因素有入磨粒度生产能力研磨体级配。在工由表3可知对两个不同煤样而言使用D添业化生产中,由于磨机连续作业欲在达到生产能力加剂制备的煤浆表观粘度最低,流动性最好但析水条件下取得所需粒度的煤浆需控制人磨机原料的率却最高这说明能够改善煤浆流动性的添加剂常粒度大小(一般<10mm),调整研磨体级配。常会加速煤粒沉降,使煤浆的稳定性下降,且有时形1.5配煤技术成硬沉淀。有些添加剂虽能改善煤浆的稳定性,但煤种成浆性能与煤质特征密切相关,变质程度表观粘度却很大,流动性变差。对添加剂HG而言,较浅的煤种属较难成浆煤种较难制备高浓度水煤1°煤样的最高浓度只有67%,因其表观粘度已经很浆;而变质程度较深的煤种属易成浆煤种可制备出高,已失去流动性;而对添加剂DT来说最高浓度较高浓度的水煤浆。因此,对于难成浆煤种改善其应>67%;对6煤样,使用添加剂DT要比添加剂成浆性能的途径,除了从原料煤种粒度级配制浆工FX浓度上升的幅度要大,因在同一浓度下,前者的艺及添加剂技术等方面加以解决外还可通过配人(下转第1251页)第12期周彦峰等:3-氯4[1,1,2·三氟2-(三氟甲氧基)乙氧基]苯胺的合成研究12513结论zoyl-ureas having insectide activity EP, 0203618[P]以34二氯硝基苯为原料,经过高压水解制得1986-1203.2氯4硝基苯酚,再经还原反应,合成了2氯4[2]冒德寿林军刘复初苯甲酰脲类几丁质合成抑制剂的研究进展[J]农药,2001,40(4):612基苯酚,再与全氟甲基乙烯基醚加成合成3氯4[3]李秀峰,庄佩君,唐振华昆虫几丁质合成抑制剂及其[1,1,2-三氟2-(三氟甲氧基)乙氧基]苯胺,反应总作用机理[].世界农药,2001,23(1):21-23收率达到72.0%。该合成方法操作简单,反应条件[4]吴毓林姚祝军.现代有机合成化学一选择性有机温和原料易得,达到了工业化生产的要求。合成反应和复杂有机分子合成设计[M].北京:科学出版社,2001:7.参考文献[5]刘贵志,刘长源二氯四氟乙氧基苯胺的开发及应用[1] Massardo Pietro, Piccardi Paolo, Rama Franco, et al.Ben[打].化工中间体2002(20):23-24.(上接第1244页)一定比例的易成浆煤种,达到改善其成浆性能的目2)大颗粒间的空隙能被小颗粒填充,将有利的。不仅如此,配煤技术的实施还可扩大原料煤种于制成高浓度水煤浆。但随着粗粒子含量增加,尽的适用范围,实现原料多样化及资源的合理利用管其煤浆表观粘度降低但因其流动性变差仍然不目前国内运行的几套水煤浆加压气化制合成气能制成高浓度的、可供泵送的水煤浆装置受原料煤质的限制,为了提高生产能力、降低(3)适宜的添加剂及加量能降低煤浆的表观粘气化过程中的能耗、氧耗和煤耗,大都采用配煤技术度改善流动性提高制浆浓度。来改善原料煤种的成浆性能提高制浆浓度,实现水因此对于制备高浓度水煤浆,需要综合考虑上煤浆加压气化装置的长周期安全稳定、经济运行。述各因素。根据不同的煤质选择合适的粒度分布、因此通过配煤技术来提高水煤浆制浆浓度,对于气添加剂制浆工艺或配煤技术,才能制备出适合工业化装置经济稳定运行以及煤炭资源的合理配置具有化应用的高性能水煤浆。很强的实用意义。1.6添加助熔剂参考文献:在相同固含量情况下,水煤浆制备过程中助熔[1]邹立壮朱书全王晓玲等不同水煤浆分散剂与煤剂的加入,会使煤浆流动性和稳定性均有所改善。之间的相互作用规律研究:X分散剂在煤粒表面上的因此,对于制浆过程而言,助熔剂的加入并没有负面吸附作用特征[]燃料化学学报,006,34(1):10-14影响,对成浆性还有一定的改善作用。[2]周明松邱学青王卫星.分散剂在煤水界面吸附的影1.7pH值选择响因素评述[门]现代化工,2004,24(9):2225水煤浆pH值在8~10时,煤浆表现出良好的[3]尉迟唯李保庆中国不同变质程度煤制备水煤浆的性质研究[门]燃料化学学报,2005,33(2):155-160成浆性能在这一范围内随着pH值升高煤浆流[4]王村彦高浓度水煤浆基础研究及其进展[冂煤炭学动性有所改善。为克服实际应用过程中对设备、管报,1995,20(5):551-555道的酸性腐蚀,工业化制浆一般要求煤浆pH值[5〕郝临山.洁净煤技术[M].北京:化学工业出版社2005:65662结论[6]尹宝华水煤浆分散剂的研制和性能评价[D]北京(1)煤质是制备高浓度水煤浆的首要因素。煤北京化工大学,2003制浆浓度随其内在水分含量的增大而降低,较低)明学青2王卫水分胶剂的街究进腰的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆。