提高水煤浆成浆浓度的几种方法

第32卷第6期化学工业2014年6月CHEMICAL INDUSTRY27提高水煤浆成浆浓度的几种方法唐凤金,张宗飞,游伟,王光友,姜赛红,杨珂,章卫星(中国五环工程有限公司,武汉430223)摘要:从煤质特性、粒度分布、水煤浆添加剂三个方面分析对水煤浆成浆浓度的影响。论述了提高水煤浆成浆浓度的几种常用方法,即合适的粒度分布、高效添加剂、制浆工艺与配煤技术。关键词:水煤浆;煤质;粒度分布;添加剂;配煤文章编号:1673-9647(2014)6-0027-04中图分类号:TQ54文献标识码:A我国是一个贫油、少气但煤炭资源相对丰富化工装置关注的焦点之一3,也成为众多科研学的国家,低阶煤(长焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐者的重点研究课题之煤等)资源量丰富。我国已发现的褐煤资源量约本文从煤质特性、粒度分布、水煤浆添加剂130万亿t,古我国煤炭保有资源量的17%左右,三个方面进行重点分析,探讨其对水煤浆成浆浓主要分布在内蒙古东部、云南东部和黑龙江东部度的影响,据此论述提高水煤浆成浆浓度的几种地区。另外,在陕西北部、内蒙古部分地区存在常用方法,即粒度级配、高效添加剂、制浆工艺大量较年轻的亚烟煤,如神华煤、神木煤等。这与配煤技术。些低阶煤,尤其是褐煤,含水量大,不适合长途1影响水煤浆成浆浓度的因素运输,目前多用于坑口电厂直接燃烧发电,如云11煤质特性南的小龙潭坑口电厂以及内蒙古霍林河坑口电厂煤质特性是影响煤成浆性能的主要内因,也等是影响水煤浆成浆浓度的首要因素。煤种不同,用低阶煤制浆不仅能以较低的价格保证制浆即煤的体相、表面组成、表面形貌、内水含量用煤的供应,提高水煤浆的经济性,而且符合国矿物质种类和含量等不同,制浆难易程度有很大家合理利用煤炭资源的政策,是近年来制浆用煤差异,其中煤的灰分、挥发分、固定碳、内在水的主要研究方向。但由于低阶煤具有内水含量高、分、可磨性指数、氧碳比、氢碳比与燃料比等9含氧官能团多、可磨性差等特点,导致用常规制因素对成浆浓度均有较大影响。浆工艺制备的水煤浆浓度偏低。由于低浓度煤浆般来说,煤种成浆浓度随其内在水分含量粒度偏粗,且粒度分布不合理,浆体流变性及雾的增大而降低,较低的内水含量有利于制备较高化性能差,致使煤浆管道、泵、阀门、气化炉喷浓度的煤浆。变质程度浅的煤种,其内水含量较嘴等磨损严重,气化煤耗和氧耗偏高,气化效率高、含氧官能团多,制浆浓度较低;变质程度深降低,气化运行成本增加凹2。的媒种,其内水含量较低、含氧官能团少,制浆制浆技术的核心是在保持煤浆合适的流动性、浓度较高s稳定性和黏度的基础上,尽量提高煤浆浓度。工煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲业运行数据表明,在约60%的工业煤浆基础上水性能。内水含量较低说明该煤的比表面积小或煤浆浓度每提高1%,有效气体成分约提高04%,吸附水的能力差。因此,制浆时煤粒上能吸附的每合成100m3合成气,煤耗降低10k,氧耗中国煤化工降低10m3对于60万ta规模的装置,相当于收稿日期:201CNMHG年降低氧耗1930万m3,节煤2.1万t,增加经济作者简介:唐凤金(1986-),男,安徽省人,从事化工工程设计效益2100万元。因此,提高制浆浓度是现代煤工作。化学工业28CHEMICAL INDUSTRY2014年第32卷水量少,形成的水化膜也较薄,致使占用的水量13水煤浆添加剂较少,所以在水煤浆浓度相同的情况下,固定于水煤浆添加剂不仅能提高煤浆成浆浓度,而煤粒上的水量就相对较少了,从而导致悬浮体的且可以降低煤浆黏度。添加剂主要通过改变煤水自由流动相增多;也就是说,欲使水煤浆具有同界面性质,促使煤粒在水中分散,使浆体具有良样的流动性,其浓度必然会增高。煤中的含氧极好的流变性,从而提高煤浆流动性。性官能团多,对水煤浆的浓度也有很大影响。水由于煤的表面主要是疏水性物质,具有强烈是典型的极性物质,含氧极性官能团多,则其亲的疏水性,不易被水浸润。煤颗粒在水中具有热水性越强,就会吸附大量的水分子,增大内水含力学不稳定性,极易团聚,与水不能密切结合为量,导致在煤粒表面形成坚固的水化膜,减少自种浆体。尽管强力搅拌后可制备煤浆,但其浓由流动水量,降低水煤浆浓度;另外,极性官能度仍然较低。当煤浆浓度较高时,煤粒之间由于团含量多时,分散剂的亲水基与煤粒表面吸附范得华力而凝聚成一种湿的浆团,造成体系黏度而将亲油基朝外引入水中,将会降低添加剂的作急剧增大。若在制浆过程中加入水煤浆添加剂用效果,导致添加剂用量增大。总之,煤质特性添加剂分子以其疏水部分吸附在煤表面,亲水部是制备高浓度水煤浆的决定因素,而煤的内在水分朝向水溶液的定向排列方式使煤粒表面变为亲分含量又对这一决定因素起着明显的支配作用。水性,借水化膜将煤粒隔开,减少煤粒间的阻力因此,煤的内在水分含量可以作为判断其能否制起到降低黏度的作用。故在制备水煤浆时可以加备成高浓度水煤浆的初步依据6。人添加剂以改变煤的表面性质,使煤粒被添加剂12粒度分布分子和水分子包围,以降低其表观黏度,提髙浆煤质确定后,粒度分布是影响水煤浆成浆性体的流动性。能的主要因素,较佳的粒度分布要求煤粉颗粒能需要注意的是添加剂加入量对成浆性的影响达到较高的堆积效率,即要求颗粒堆积时空隙少,较为显著,表现在:当添加剂加入量较少时,添故制备煤浆时使用单一粒径的煤颗粒是不合适的。加剂不能同煤粒有效充分作用,因而不能得到良数据显示,在其它条件相同的情况下,粒度分布好的分散效果,导致制浆浓度较低;当添加剂加的好坏可以使煤浆浓度相差5%以上。入量过多时,添加剂分子之间会形成胶束,反而在水煤浆制备过程中,为了制备出高浓度的使其有效浓度相应降低,这也会影响到煤颗粒的水煤浆,要求煤粉颗粒各粒径的含量要有一定的分散效果。因此,在一般情况下,添加剂的添加分布,使大颗粒间的空隙为小颗粒所填充,以减量存在一个最佳值。对于变质程度浅的煤种,由少空隙所含水量,从而提高制浆浓度。水煤浆的于其比表面大、内孔多、含氧官能团多,添加剂最佳粒度分布可以采用不同的数学模型来表述:的最佳加入量将会很大。在此情况下,就需要结①从煤粉的粒度分布数据来计算煤粒子的填合制浆经济性和成浆性来确定出适宜的添加剂加充空隙率,空隙率最低的粒度分布制成的水煤浆量。因此,对于实际生产过程,应在兼顾成浆浓度最高性及经济性的基础上,确定出适宜的添加剂加入②计算粒度分布指数,目前最常用的粒度分量布是 Rosin- Rammer函数的改进形式R-R-B分2提高水煤浆成浆浓度的常用方法布:R=1008p[-(dd')n],R是筛孔d时的网21粒度级配上粒子质量,d为粒度特性值,相当于R=36.7%在制备水煤浆时,合理的粒度分布是减小煤时的粒径,n为粒度分布指数。一般认为n越小,粒间隙增加煤浆质量分数的重要参数。研究煤粒分布越宽,填充效率就越高。但是,粒度分布指分布与堆积效率之间关系的级配技术是水煤浆制数并非越小越好,无论是否加入水煤浆添加剂,n备技术的基V凵中国煤化工求水煤浆的粒均在07-0.86范围内煤浆的黏度最低6。因此,度分布堆积CNMH〔高。粒度级配制备高浓度水煤浆时应综合考虑粒度分布与煤浆越好,堆积率越高,煤浆浓度越高。通过优化研黏度。磨体级配等工艺参数获得良好的粒度分布,使大第6期唐凤金等:提高水煤浆成浆浓度的几种方法颗粒间的空隙能被小颗粒填充,是提高水煤浆浓达到生产能力条件下取得所需粒度的煤浆,需控度的重要措施。通过控制煤的粒径和粒度分布不制入磨机原料的粒度(一般<10mm),调整研磨仅能降低水煤浆的黏度,还能增强其稳定性,故体级配。控制粒度级配是制备水煤浆的关键技术之一。在煤化工装置大部分采用常规的单磨机工艺工业生产水煤浆时,可通过实验的方法获得最佳成浆浓度较低,通常在55%以下。针对常规制浆的煤粉粒度分布。实际生产中,通过筛分的方式工艺制浆浓度低的问题,以少破多磨、分级研磨得到各粒级的煤粉后,再配制成浆。目前,国内和优化粒度级配为理论指导,煤炭科学研究总院外大多采用双峰级配制浆。小颗粒的煤可填充在国家水煤浆工程技术研究中心自2004年起致力于大颗粒煤的缝隙之间,降低了浆体的空隙率,提低阶煤制高浓度水煤浆技术的研究,历时3年开高浆体中煤粉的质量分数叩。发出分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术及设22高效添加剂备。该技术可使低阶煤的制浆质量分数提高3%-水煤浆添加剂属于表面活性剂范畴,可以分5%,且煤浆的粒度级配趋于合理,平均粒径降为4类:(1)阴离子型表面活性剂;(2)阳离低,流动性能与雾化性能明显提高。因此,开子型表面活性剂;(3)非离子型表面活性剂;发新型提高水煤浆成浆浓度的制浆工艺,也是今(4)高分子化合物和无机盐类。后水煤浆制备的一个研究方向。制浆用添加剂主要有分散剂、稳定剂和其他24配煤技术辅助药剂,其中分散剂起关键作用。目前的水煤煤种成浆性能与煤质特征密切相关,变质程浆分散剂主要有萘系、腐殖酸系、木质素系、聚度较浅的煤种属较难成浆煤种,较难制备高浓度烯烃系、丙烯酸系以及相关复配产品。国内不少水煤浆;而变质程度较深的煤种属易成浆煤种,企业和研究机构都对水煤浆分散剂的研究做了很可制备出较高浓度的水煤浆。从煤质角度考虑,多工作,开发出很多具有竞争力的产品,如迪昆要制备高浓度的水煤浆,选择内水含量和含氧量精细化工公司侧重于研究高效的水煤浆分散剂少的煤种为宜。而对于确定的煤种而言,影响成主要品种有CWF-15和WCS-AC;南京大学冉宁浆性的主要因素为煤粉粒度分布和煤浆添加剂。庆等科研人员开发的NDF型分散剂适用煤种宽,因此,对于难成浆的煤种,改善其成浆性能的途性能好,占有大量的水煤浆添加剂市场;还有径,除了从原料煤种粒度级配、添加剂及制浆工淮南矿业集团合成材料有限责任公司开发的HNF艺等方面加以解决外,还可通过配入一定比例的型分散剂可以同时兼顾水煤浆的分散性和稳定易成浆煤种,达到改善其成浆性能的目的。不仅性。国外比较突出的有 Nippon油脂公司、Kao公如此,配煤技术的实施,还可扩大原料煤种的适司、Lion公司等。日本研究人员开发的一系列性用范围,实现原料多样化及资源的合理利用。能优良的分散剂如NSF(萘磺酸盐聚合物)、PSS目前,国内运行的几套水煤浆加压气化制合聚苯乙烯磺酸盐)作为水煤浆专用分散剂已经工成气装置,受原料煤质的制约。为了提高生产能业化生产0。目前我国水煤浆分散剂市场上,萘力、降低气化过程中的能耗、氧耗和煤耗,大多系应用比较广泛,其研究已达到较高水平,成本采用配煤技术来改善原料煤种的成浆性能,提高相对国外同类产品较低,但是仍然存在着适用煤制浆浓度,实现水煤浆加压气化装置的长周期安种范围窄,成本较高的问题。全稳定、经济运行。通过配煤技术来提高水煤浆23制浆工艺制浆浓度,对于气化装置经济稳定运行以及煤炭水煤浆制浆工艺主要是为了取得粒度组成的资源的合理配置具有很强的实用意义。最佳级配,也就是最大堆积效率,便于制备高质3结论量的水煤浆。气化用水煤浆的制备主要采用磨机影响媒V中国煤化工有煤质特性、制浆。在磨机选定的情况下,制浆工艺影响水煤粒度分布及CNMHG它们对煤炭浆浓度的因素有入磨粒度、生产能力、研磨体级成浆浓度均有不同程度的影响。根据不同的煤质,配。在工业化生产中,由于磨机连续作业,欲在选择合适的粒度分布、添加剂及添加剂加入量、化学工业30·CHEMICAL INDUSTRY2014年第32卷制浆工艺和配煤技术,可以显著提高煤炭成浆浓5]邹立壮,朱书全,王晓玲,等.不同水煤浆分散剂与度,从而制备出适合工业化应用的高浓度水煤浆。煤之间的相互作用规律研究:X分散剂在煤粒表面上研究提高水煤浆成浆浓度的方法,不但可以提高的吸附作用特征[J.燃料化学学报,2006,34(1)水煤浆的经济性,减少企业生产成本,而且符合国家合理利用煤炭资源的政策,具有明显的经济、[6袁善录,戴爱军.制备高浓度水煤浆的影响因素探讨环境和社会效益。[J.应用化工,2007,36(12):1242-1245[7]尉迟唯,李保庆,李文.中国不同变质程度煤制备水参考文献煤浆的性质研究[J].燃料化学学报,2005,33(2)155-160[l]赵卫东,刘建忠,周俊虎,等.低阶煤高温髙压水热处理改性及其成浆特性[J].化工学报,2009,60(6)[8]冉宁庆,戴郁菁,朱光,等亚甲基萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸盐对水煤浆的分散作用研究[].南京大学1560-1567[2]张桂玲,杜丽伟,刘烨炜.提高内蒙古低阶煤气化水学报自然科学版,1999(5):643-647煤浆浓度的实验研究[J].洁净煤技术,2013,19(4):[9]李少冰HNF系列水煤浆添加剂的应用[J.洁净煤技55-58术,2002(3):19-21[3]张洪伟,谢玉杰,梁彦辉,水煤浆浓度影响因素研究[10]周明松,邱学青,王卫星,等水煤浆分散剂的研究[J].洁净煤技术,2013,19(3):17-19进展[J].化工进展,2004,23(8):846851[4]孙宝斌.水煤浆制备主要技术[J.选煤技术,20004):[l段殴清兵.分级研磨低阶煤高浓度水煤浆制备技术与应32-33用[J.煤炭科学技术,2012,40(10):113-115.Several Methods for Improvement on Coal Water Slurry Concentration啁 ANG FenZHANG Zong-fei, YOU Wei, WANG Guang-youJIANG Sai-hong, YANG Ke, ZhANG Wei-xingLtd, Wuhan 430223)Abstract: This article has analyzed the effect of coal properties, particle size distribution and coal-water slurry additive on coalwater slurry concentration, and discusses several methods for improvement on coal water slury concentration, such as suitableparticle distribution, high efficient additives, slurry process and coal match techniquesKeywords: coal-water slurry; coal property; particle distribution; additive; coal matchooooooooo@oeoooooeoeoeooeooooooceoeooooooeoeooooooooOOOOooooOoOOoooooo欢迎投槁欢迎订阂2 eoeoooooeoeoeoooooeo009ooo000009°0°9TH出中国煤化工NMHG