华亭煤制备高质量分数水煤浆的研究

第35卷第6期化学工程Vol 35 No 62007年6月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)华亭煤制备高质量分数水煤浆的研究范立明3,陈杰瑢!,黄传卿2,杜晓玮2,胡柏星‘,何其慧′,田晓莉(西安交通大学1.生命科学与技术学院;2.环境科学与工程系,陕西西安710049;3.陕西省渭河煤化工集陕西渭南7140004.南京大学表面和界面工程技术研究中心,江苏南京210093)摘要针对华亭煤内水质量分数高难以制备高质量分数水煤浆通过筛选了NDF系列和WHK复配型2类4种添加剂,考察了添加剂种类添加量煤粉级配粒径分布和磨机负荷对制浆质量分数的影响,其目的是探索提高制浆质量分数的有效途径。结果表明添加剂对制浆质量分数提高的顺序为NDF-10>NDF0>NF01>WHK,控制添加剂比率为0.3%一0.4%,煤粉粗细比为15-1.6,磨机负荷为30vh时,水煤浆质量分数可高达7.5%,该研究表明,通过添加剂的改性和工艺条件的优化,可在工业生产中获得高质量分数的水煤浆。关键词:华亭煤;高质量分数水煤浆;添加剂;煤粉级配;粒径分布;磨机负荷中图分类号:TQ542.4文献标识码:A文章编号:10059954(2007)06005704Study on preparation of high mass fractioncoal-water slurry from Huating coalFAN Li-ming., CHEN Jie-rong, HUANG Chuan- qingDU Xiao-wei, HU Bai-xing, HE Qi-hui, tIAN Xiao-li(1. School of Life Science Technology: 2. Department of Environmental Science Engineeing, Xi' an JiaotongUniversity, Xi an 710049, Shaanxi Province, China; 3. Shaanxi Weihe Coal Chemical Corporation Group LtdWeinan 714000, Shaanxi Province, China; 4. Research Center of Surface Interface Chemical EngineeringTechnology Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu Province, China)Abstract: Aiming at the problem for preparing high mass fraction coal-water slurry from Huating coal due to its highwater mass fraction, and based on the characteristics of Huating coal, the four types of additives in two categories ofNDF-series and WHK were selected so as to find out the influence of the additive characteristics, additive ratio coalpowder ratio, particle size distribution and mill load on the mass fraction of the slurry. The result shows that thesequence of the slurrying mass fraction with different additives is NDF-10> NDF-02 >NDF-01> WHK, the properdditive ratio is 0. 3%0 4%, the crude/ fine powder ratio is about 1. 5 to 1. 6 and the mill load is 30 th, and theslurry mass fraction can reach as high as 71. 5%. The experiment indicates that through the renovation of additive andoptimizing the operation conditions, the high mass fraction coal-water slurry can be got in the industrial productionKey words: Huating coal; high mass fraction coal-water slurry; additive; coal powder ratio; particle sizedistribution; mill load水煤浆质量分数是水煤浆加压气化装置运行的果46。关键控制参数之一,直接影响水煤气生产过程的氧华亭煤以其灰熔点低、灰分质量分数低的特点耗和煤耗,关系到生产的经济性。因此,设法获得高而被陕西渭河煤化工集团(以下简称渭化)淮南化质量分数水煤浆是水煤气生产中的重要课题1工集团等国内多套水煤浆加压气化装置普遍使用。水煤浆质量分数与煤种和制浆条件等因素密切相但由HH中国煤化工%,所以难以制备关,已有研究报道的均为各自特定工况下的制浆结出CNMHG耗媒耗均较高,从基金项目:陕西省自然科学基金项目(2005B11)作者简介:范立明(1962-),男,博士生,教授级高工,Emal: limingfan@263.,net;陈杰(1949),女,博士,教授,通讯联系人,电话:(029)82664818,E-mail:jochen@mailxjtu.edu.cn化学工程2007年第35卷第6期而严重制约装置的经济运行,亟需探索提高水煤浆测定。按GB/T1856.42002水煤浆表观粘度测定质量分数的有效方法。为此,本研究在剖析华亭煤方法,采用NDJB型旋转粘度计(3"转子,转速60的基本性质的基础上,筛选出与之配伍的添加剂,通r/min,1min后读数)测定水煤浆粘度,测试温度为过考察添加剂种类添加量煤粉级配粒径分布和23-25℃。按JB/T612-1994筛分法测定煤粉的磨机负荷对制浆质量分数的影响探索制浆工艺的粒径和粒径分布优化方案,为水煤浆加压气化装置经济运行提供科1.3煤的组成分析学依据和技术指导。采用 ELEMENT200型元素分析仪对煤样进行体相元素分析;用X射线光电子能谱仪1实验方法ESCALAB MK-Ⅱ型,VGCo.U.K.)测定煤样的1.1煤粉及煤浆的制备方法表面元素,真空度优于108Pa;按GBT21220011.1.1煤粉的制备法测定煤样的内水分和全水分;按GB/T2122001取一定量的华亭煤(块煤)在105℃下烘法测定煤样的灰分;用1100+2000型电感耦合等破碎至粒径小于3mm,再于105℃下烘16h,用球离子光谱仪(ICP, Jarrell Co.U.S.)分析溶出元素磨机磨制,所得煤粉经筛分后,按表1水煤浆加压气组成。化工艺包要求的粒径分布制得煤粉试样。14水煤浆成浆质量分数实验4.1添加剂对成浆质量分数的影响实验表1水煤浆煤粒径分布要求依据华亭煤的基本性质和组成测定结果,选用Table 1 Particle-size-distribution requirement of不同添加剂,以成浆质量分数为评价指标,考察添加coal-water-mixture剂种类、用量对水煤浆性能的影响。通过率粒径/目(质量分数)/%粒径/目通过率1.4.2煤粉级配对成浆性能的影响实验(质量分数)/%煤粉级配以煤粉的粗细比(粒径200目以上与98-10032-40粒径200目以下的煤粉质量之比)表征,测定煤粉95-9822-28不同粗细比对成浆质量分数的影响及磨机运行负荷(棒磨机,525kW,磨煤量28-35.7υ/h)对煤粉粗1.1.2煤浆的制备细比和水煤浆质量分数的影响。称取一定量的煤粉试样,置于400mL烧杯中控制总制浆量为250g,搅拌速度1000m/min,搅拌2结果与讨论时间5mino2.1华亭煤的基本性质和组成1.2水煤浆性质测定华亭煤的组成和溶出物组成分析结果分别如表按GB/T18856.22002水煤浆质量分数测定方法2和表3所示。表2华事煤的组成分析结果Table 2 Composition analysis result of Huating coal水分质量体相元素质量分数/%表面元素组成灰分质量分数/%0分数/%CC,0,4N,0S20内水分全水分70.01.01.0000.4280.01317.610.6①下标12p表示原子核外的电子层。表3电感耦合等离子光谱ICP测得华中国煤化工Table 3 Analysis result of solute compositiCNMHG溶出物Fe成/4.6869.0132.3230.5248.7130.324①每100g煤中所含溶出物的质量范立明等华亭煤制备高质量分数水煤浆的研究59依据对华亭煤的组成和基本结构的测定结1750果,剖析制浆过程中的添加剂与华亭煤配伍性能1550}◆NDF101350}NDF02筛选出4种供试添加剂,即南京大学表面和界面工程技术研究中心研制的NDF系列添加剂3种(NDF01、NDF02、NDF-10型)和渭化开发的复配添加剂WHK2.2添加剂对水煤浆性能的影响22.1添加剂种类对水煤浆质量分数的影响固定添加剂用量(质量分数)为0.3%,不同添水煤浆质量分数/%图1华事煤水煤浆粘度与质量分数关系图加剂的成浆性能见表4。由表4可知,无论何种添Fig 1 Diagram of viscosity vg mass fraction of加剂的情况,水煤浆质量分数随成浆粘度的增大而coal-water slurry from Huating渐增,当粘度大于1000mPa·s以上时,质量分数虽仍有提高,但流动性却降低,故控制成浆粘度在2.2.2添加剂质量分数对水煤浆性能的影响1000mPa·s左右即可根据上述结果,添加剂质量分数对水煤浆性能的影响实验选用NDF10型,并以渭化现场使用的表4不同添加剂对华亭煤成浆性能的影响WHK添加剂为参比。在煤浆粘度为(1000±50)Table 4 Influence on the mass fraction of the slurrymPas的条件下,改变体系中添加剂质量分数分别with respect to the different additive为0.15%,0.20%,0.25%,0.30%,0.40%,测定成添加剂煤样流动性①粘度/(mPas)质量分数/%浆质量分数,结果列于表5123AAA62.92表5添加剂质量分数对煤浆成浆性能的影响Table 5 Effect of additive mass fraction on the64.02al-water slurry mass fraction138064.60NDF-02 138063.76添加剂煤样流动性添加剂质量质量分数分数/%65.37NDF-10 164.402A0.2064.7865.010.3065.1033063.6065.8535064.52WHK 161.2265.750.4061.4261.540.50WHK2341234561234557.58幸粘度为(1000±50)mPa·s58.55从表5中结果可以看出增大添加剂的质量分数可以提高成浆质量分数,对成浆质量分数的提高A′61.70NDF-10型明显优于WHK添加剂,这表明NDF-10型1650添加剂与华亭煤配伍性良好。从煤浆制备的经济性无添加剂水煤浆质量分数0%,添加剂质量分数0.3%;①A:考虑,一般控制添加剂质量分数在030%0.40%。流动性好,A:流动性较好B:流动性一般B':流动性不好。2.3煤粉级配对成浆性能的影响2.3.1煤粉的粗细比对水煤浆质量分数的影响图1是华亭煤水煤浆粘度与质量分数关系图煤粉的粗细比对水煤浆质量分数的影响结果如由图1可以看出,在同样粘度条件下不同添加剂制得图2所示中图?田显可回水煤浆质量分数起初的煤浆质量分数相差悬殊水煤浆质量分数的提高顺随煤中国煤化工煤粉粗细比增大至序由高到低依次为NDF-10>NDF02>NDF01>1.5CNMHG极大值(715%),WHK。这表明添加剂的种类对华亭煤的成浆质量随后煤粉粗细比再增大,成浆质量分数反而下降,当分数有较大影响开发和使用性能优良的添加剂是煤粉粗细比增大至1.7以上时,成浆质量分数趋于制得高质量分数水煤浆的有效途径。稳定。因此,确定煤粉粗细比1.5-1.6为宜。化学工程2007年第35卷第6期现场实测结果表明,在30h投煤量工况下实测的煤粉粒径分布接近实验室标配值。兼关3结论(1)配伍适当的添加剂是提高华亭煤制浆质量分数的简便易行的方法。添加剂的种类、用量是影响水煤浆质量分数的主要因素。实验条件下添加剂1,41.51.61.71.81.92.0煤粉粗细比对制浆质量分数的提高顺序依次为NDF-10>NDF图2水煤浆质量分数与煤粉粗细比关系图02>NDF01>WHK。从经济性考虑控制适宜的添Fig 2 Relation of coal-water slurry mass fraction to加剂质量分数为0.3%-0.4%。2)煤粉的级配对成浆质量分数有显著影响。当煤粉粗细比在1.5-1.6时,水煤浆质量分数可高2.3.2磨机负荷对煤粉粗细比的影响达71.5%。在工况下控制磨机负荷为30U/h时,可工况下试验结果表明,控制磨机负荷30∽h,则获得高质量分数水媒浆,其适宜的煤粉粗细比为1可获得理想的煤粉级配(粗细比1.5),相应制备出5-1.6水煤浆质量分数最高可达71.5%。表6所示为磨机负荷30th时煤粉的粒径及其分布参考文献:[1]冉宁庆戴郁箐沈键,等.水煤浆分散剂的研究和应表630t/h负荷下磨机出口煤粉的粒径分布用进展[J]精细化工,1998,15(增刊):63-66.Table 6 Particle size distribution from coal mill[2]郝临山,彭建喜.水煤浆制备与应用技术[M]北京:discharge at the load of 30 th煤炭工业出版社,2003.粒径范围/目煤粉的粒径分布/%[3] Ryui Chi K, Yasushi M, Keizo 0, et al. 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