水煤浆的成浆特性研究

技术管理水煤浆的成浆特性研究王鹏山李忠勇(陕西长青能源化工有限公司)摘要:水煤浆是煤、水和添加剂通过物理加工制得的一种低具有良好的粒度分布,即能使其中不同大小的颗粒能够相互填污染、高效率、可管道輸送煤基流体燃料。水煤浆气化技术已经充,尽有可能的减少煤粒间的孔隙,达到较高的堆积效率,成为目前运行和在建的大型煤气化装置采用最多的技术。鉴于(3)制浆工艺与设备在给定原料煤及其可磨性条件下,如何使水煤浆气化技术在大型煤气化技术中的重要地位,本文主要介绍水煤浆最终产品的粒度分布能达到较高的堆积效率就取决于所水煤煤的成浆特性。选用的磨煤设备、磨煤设备的运行工况及制浆工艺流程关键词:煤炭;水煤浆;添加剂;水煤浆特性4)添加剂添加剂分子作用于煤粒与水的界面,可以减少水煤、概况浆流动时的内摩擦,降低黏度,改善煤颗粒在水中的分散,提高水1.水煤浆的基本特性煤浆的稳定性。添加剂的用量通常为不大于煤用量的1水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料,是燃料家庭的新3水煤浆的应用成员,它是由65%70%不同粒度分布的煤,2934%左右的水和(1)替代重油或者燃气,作为锅炉燃料水煤浆的燃烧方式为喷约1%的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序,筛去煤燃,适应原燃料、燃气的绝大多数工业炉窑、工业锅炉和电站锅炭中无法燃烧的成分等杂质,仅将碳本质保留下来,成为水煤浆炉的精华。它具有石油一样的流动性,热值相当于油的一半,被称(2)作为气化燃料最早将水煤浆用作气化原料的是美国为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加τ∝α∞公司,四0世纪8年代开始大规模的工业应用,同期美国剂等关键技术,是一项涉及多门学科的系统技术,水煤浆具有燃Dee公司也开发了其两段式水煤浆气化技术烧效率高、污染物排放低等特点,可用于电站锅炉、工业锅炉和工(3)通过制备水煤浆,处理废水与有机废液造纸,化工等产生业窑炉代油、代气、代煤燃烧,是当今洁浄煤技术的重要组成部的废液的企业,可用废液制浆就地使用,既解决废液污染,改善厂分区环境,又可以代替其他燃料,实现化工废液资源化,达到节能的水煤浆有以下基本特性目的。(1)水煤浆中煤的粒度。一般而言,水煤浆中煤炭的粒度最好二水煤浆的成浆性及其影响因素小于200目。这种细度要求与煤粉电站锅炉燃烧用的煤粉细度对于水煤浆的成浆性能一般包括浆浓度,浆体的流变性、稳相当定性、触变性、黏弹性等。(2)水煤浆中的煤含量一浓度作为锅炉或者气化原料,应尽可1煤质对成浆性的影响能减少其中的水含量。通常要求水煤浆的浓度大约58%。其实硏究表明,煤的成浆性能受煤质影响很大。煤种不同,制浆际浓度与煤炭质量、制浆技术以及用户需求有关。水煤浆中的水的难易程度会有很大的差别。一般认为,煤阶越低,内在水分越分指的是全水分,包括隐含在煤中的内在水分高,煤中O和C比值越高,亲水官能团越多,孔隙越发达,可磨性3)水煤浆的流变特性流变性是指流体的流动特性。为了便指数HGl值越小,煤中所含可溶性高价金属离子越多,煤的制浆于使用,水煤浆应有良好的流动性,以利于泵送、雾化、燃烧或气难度就越大。化(1)内在水分当煤浆的质量浓度相同时,内在水分高,势必要4)水煤浆在储运中的稳定性水煤浆是一种固、液两相混合减少流动介质作用的水量,造成水煤浆的黏度高或难以获得高浓物、不容易保持均态、很容易发生固、液分离现象,通常要求在储度的水煤浆。运过程中不产生硬沉淀。水煤浆不产生硬沉淀的性能,称为水煤(2)孔隙率及比表面积煤的孔隙率越发达,则煤的比表面积浆的稳定性大。在潮湿的环境下,煤发达的孔隙是造成其内在水分高的重要2水煤浆制备的技术基础原因。同时高比面积又会导致添加剂的高消耗。制备水煤浆要同时满足上述的各项指标,所以导致水煤浆的(3)含氧极性官能团煤表面的极性官能团越多,煤的亲水性制备有一定的难度。为了使得所致的水煤浆同时满足各项要求,就越强,就会在煤表面吸附大量的水分子,增加煤的内在水分含必须深入研究煤浆制备的技术基础。量。煤的内在水会在煤炭表面形成坚固的水化膜,减少了自由流(1)煤的成浆性规律煤质不同,导致制浆的难易程度各不相动水量。同。有的煤在常规条件下就很容易制成高浓度的水煤浆;另外(4)灰分和可溶性矿物质相同浓度时,灰分越高,煤浆黏度越些煤,例如褐煤就很难制备髙浓度的水煤浆。只有掌握了煤炭成低,稳定性越好。从物理角度看,灰分髙意味着制浆用煤的密度浆性的规律,就可以根据实际需要,按照技术可行、经济合理的原大。质量分数一定时,固体密度越大,煤浆中固体的体积分数越则优选制浆用煤低,于是,浆的流动性越高。不溶或难溶矿物质对水煤浆的流动(2)级配水煤浆中煤的粒度不但要求达到规定的细度,还要求性并无不良影响,而可溶性矿物质则不同,特别是高价金属阳离102化xn2014年5月技术管理子,很少量就足以使煤浆失去流动性。灰分的高低会造成对泵、4添加剂对成浆性的影响阀、管道及喷嘴的磨损,另外,灰分每升高1%可燃物质则相应降为了使水煤浆在正常使用中有较低的黏度,较好的流动性,低1%降低锅炉出率或气化效率静置时不易产生沉淀,在制浆过程中添加少量的化学添加剂是不(5)哈氏可磨性指数(HG|)可缺少的。煤粉颗粒表面是疏水性的,未完全润湿的煤粉会互相硏究表明,随着煤的可磨性指薮HG对成浆浓度的影响,可聚团、会使煤浆的黏度増加。因而未加添加剂的煤粉制备的水煤见随着可磨性指数HG增大,煤成浆浓度基本上逐渐増大,即煤浆的浓度不髙。添加剂的作用在于提髙煤粒表面的亲水性、调整的成浆性能变颗粒表面的电荷密度,从而调整煤浆性能。高的表面电荷在水煤(6)煤的岩相显微组分对成浆性的影响浆中建立了防止承典的三维结构,或者导入弱的絮凝倾向以减少在相近的灰分条件下,对于烟煤,较高的镜质组和较低的丝平均粒径和最大的固体浓度。添加剂的种类有非离子型,阴离子质组含量有利于煤的成浆性、稳定性和流变性。除了受煤质特性型和阳离子型三种。非离子型添加剂主要通过表面活性剂来降影响外,煤炭的成浆性还与制浆过程中添加剂的种类及其用量、低煤浆液体的表面张力,使煤浆中煤粒表面润湿,控制表面的电制备方法、级配工艺等有关系。荷来改变煤浆的性能:离子型的添加剂通过含有极性基添加剂的2煤的成浆浓度经验公式静电吸附在煤浆颗粒上、降低颗粒表面的疏水性、控制煤粒表面研究表明,煤的水煤浆的粒度分布、添加剂的类型和用量、水的电荷来改变煤浆的性能。质、制备条件、温度等对煤的成浆浓度都有影响,但主要还是受煤结论与展望质的影响。煤的可制浆浓度可以用式子1、2表示:本文主要叙述了的煤的煤质(包括煤的内在水分、灰分、可溶C=67.848+0.061366HG-0.267763Mad-0.030864n0性矿物质、极性官能团等)以及煤粉的粒度分布和添加剂对水煤浆性能影响当没有含氧量数据时,可近似用下式从长远来看,随着国民经济的发展,我国液体燃料供需矛盾C=68+0.06HG|-0.6Mad(2)将进一步加大,环境对燃料的约束也进一步加强,水煤浆的使用式中,C为可制浆浓度估计值(质量分数),%HG|为哈氏可量将逐步加大:而随着水煤浆技术的进一步提高将会使其社会效磨指数:Mad为空气干燥基水含量(质量分数),%no为含氧量(质益更加明显,经济效益得到改善。因此,水煤浆的应用前景非常量分数),%3煤粉粒度分布对成浆性的影响参考文献掌握好水煤浆中煤颗粒的粒度分布是制备水煤浆的关键之[l]冯武军,王恒,赵立合等水煤浆的能源优勢及应用前景.煤。水煤浆的粒度分布要求达到较高的堆积效率,即要求颗粒堆炭科学技术,2005,32(5):70-73.积时孔隙少,固体集体的浓度高。制备时使用单一的煤粒颗粒是[以]岑可法姚强,曹欣玉,等煤浆燃烧、流动、传热和气化的理不合适的,通过控制煤的粒径和粒度分布不仅能降低水煤浆的黏论与应用技术M杭州:浙江大学出版社,1997度,还能增强其稳定性。3]丁忠浩有机废水处理技术及应用[M]北京:化学工业出版提高水煤浆浓度的技术关键之一,是要求水煤浆的粒度分布社,1998能够达到较高的堆积效率,亦即要求煤粒堆积时空隙少,固体体「4]闵凡飞,张明旭,王传金.工业废水水煤浆流变性的研究门积浓度高。堆积效率与粒度分布的关系,是水煤浆制备技术的基选煤技术,2000(5).础理论之(上接第101页)增大。加氢裂化工艺过程存在“最经济的反应压力”。在较低压结论力下,通过采用高加氢脱氮和芳烃饱和能力强的精制催化剂与兼以获得优质中间馏分油为目的,加氢裂化装置应根据目的产具好氢性能和裂化活性的裂化催化剂组合、先进的保护剂技术,品性质选用合适的原料油,按照市场对产品的需求调整分馏塔的以及级配方式的优化,同时合理分配精制和裂化段的苛刻度、优切割方案,尽量避免反应器床层内的温升,采用最佳的反应温度化反应条件,在相对较低的压力下实施加氢裂化可获得理想的运反应压力的确定应综合考虑原料油性质和产品切割方案,并兼顾转周期。加氢裂化装置采用的反应压力,应综合考虑原料油性质适度的灵活性,在具有中等裂化活性、较好的加氢活性的催化剂和产品生产方案,并兼顾适度的灵活性。如此确立的反应压力,上达到60(v)%~70()%的单程转化率;根据实际情况设计合具有较好的技术经济性理的氢油比。企业只有以市场需求为导向,从以上几个方面着3氢油比的影响手,找到最佳的加氢裂化装置生产方案,才能获得最大的经济效在同一装置中,氢油比的增加意味着氢分压提高,可以使混益氢原料在催化剂床层的分布均匀,降低床层温升,并能抑制催化参考文献剂积炭,提高其运转周期。另外,提高氢油比会改善混氢原料及曾榕辉,祁兴维.石油炼制与化工,2002,336:27-31.反应产物在换热器及反应进料加热炉中的流动性能,提高传热性2]郑世桂,炼油技术与工程,2003,335:11-14能,避免油品在炉管中结焦而堵塞炉管。但是氢油比过高除能耗3]张彦军,李梅榆林学院学报,2008,18(6:59-63.增大外,还会导致反应物与催化剂接触机会减少,降低反应速度4]尹双良,应用化工,2010,394:602-6105张继昌,刘黎明等.中外能源,2010,15(11:79-81而过低将会造成床层结焦加剧。因此,生产中必须根据实际情况6孙丽丽.石油炼制与化工,1997,28(10:59-61设计合理的氢油比。研究表明,对于加氢裂化装置而言,氢油比贾延伟.化学工程与装备,2010,(4:55为该装置的化学氢耗的45倍最为经济合理。2014年5月化xn1