專利名稱：利用褐煤制備氣化水煤漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭氣化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法。
背景技術(shù)：
煤炭氣化技術(shù)是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)之一，是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基燃料、 IGCC發(fā)電、燃料電池等過程工業(yè)的基礎(chǔ)。在眾多的煤氣技術(shù)中，水煤漿氣化技術(shù)已成為煤氣 化技術(shù)的主流方向。目前，氣化水煤漿多以變質(zhì)程度較低的煤(不粘煤、長焰煤、褐煤)為 制備原料。隨著我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源的越來越少，成漿性良好的優(yōu)質(zhì)煙煤價(jià)格上漲，水煤漿制 漿成本大幅度增加。以價(jià)格低廉的褐煤為原料制備高濃度水煤漿受到高度重視。但是，以 褐煤為原料制備氣化水煤漿有如下問題1)褐煤原煤的由于較高的內(nèi)在水分不能直接制水煤漿。通過精細(xì)的研磨過程和嚴(yán) 格的級配，可一定程度提高褐煤的成漿性。但是，褐煤的可磨性差，使磨礦時(shí)間延長，磨機(jī)損 耗增加，制漿成本增加，而且使水煤漿的粒度分布不合理，漿體的流動(dòng)性差。2)將褐煤干燥，利用干燥后的褐煤制漿可一定程度提高其水煤漿濃度。但是，褐煤 的燃點(diǎn)較低且易碎，干煤過程中常常會(huì)發(fā)局部過熱，引起燃燒。另外，褐煤經(jīng)常規(guī)干燥后放 置，會(huì)很快吸收空氣中的水分，而恢復(fù)或接近到原來的水分含量水平，使成漿性再次變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法?；诒景l(fā)明，可以 提高褐煤制漿的成漿性，提高褐煤的有效利用率。本發(fā)明公開了一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，包括如下步驟 干餾步驟，在60(TC -90(TC條件下，將作為原料的褐煤隔絕空氣加熱，使揮發(fā)份降低到小于 20%，獲得適合于制備水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)物、以及煤焦油和干餾煤氣；研磨步驟，取所述 褐煤半焦產(chǎn)物，在球磨機(jī)中研磨，獲取兩種不同粒度的焦粉；同時(shí)確定焦粉的含水量；制漿 原料制備步驟，將所述兩種不同粒度的焦粉進(jìn)行級配并混合均勻，制成待用制漿原料；水煤 漿獲取步驟，向制好的所述待用制漿原料中加入萘系添加劑和水，攪拌制得褐煤水煤漿。上述制備氣化水煤漿的方法，優(yōu)選所述研磨步驟中，研磨成60-200目的焦粉一和 小于200目焦粉二。上述制備氣化水煤漿的方法，優(yōu)選所述制漿原料制備步驟中，所述焦粉一與所述 焦粉二的質(zhì)量之比在[I ~ ι]的區(qū)間內(nèi)。上述制備氣化水煤漿的方法，優(yōu)選所述制漿原料制備步驟中，所述焦粉一與所述 焦粉二的質(zhì)量之比為1 1。上述制備氣化水煤漿的方法，優(yōu)選所述水煤漿獲取步驟中，所述萘系添加劑的質(zhì) 量為干煤質(zhì)量的1 %，所述干煤質(zhì)量為級配好的所述待用制漿原料脫水后的質(zhì)量，所述脫水
3后的質(zhì)量根據(jù)所述含水量確定。上述制備氣化水煤漿的方法，優(yōu)選所述水煤漿獲取步驟中，添加的水的依據(jù)下面 的方式確定添加水的質(zhì)量=干煤質(zhì)量/設(shè)定濃度_級配好的制漿原料的質(zhì)量_萘系添加 劑質(zhì)量。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢1)通過在適當(dāng)溫度下褐煤干餾加工，使褐煤水分和揮發(fā)大幅度降低，褐煤結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化，易于制漿。在獲得褐煤半焦的同時(shí)，可獲得5%左右的焦油和20%左右的干餾煤 氣，二者可作為高附加值的化工原料或優(yōu)質(zhì)燃料，從而有效提高褐煤的利用率。2)褐煤經(jīng)干餾后可磨性明顯增加(褐煤HGI—般為40左右，褐煤半焦HGI—般提 高到75左右)，使制漿過程的能耗大大降低。另外，褐煤經(jīng)干餾處理后，本身易碎，粉焦量較 大，利用焦粉制漿不僅節(jié)能，也是提高焦粉利用價(jià)值的有效途徑之一。3)褐煤半焦水分一般小于5%，而且在潮濕空氣中水分亦不回吸，具有良好的穩(wěn) 定性，有利于制漿。


圖1為本發(fā)明利用褐煤制備氣化水煤漿的方法實(shí)施例的步驟流程圖；圖2為本發(fā)明利用褐煤制備氣化水煤漿的方法實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。水煤漿是一種以煤代油的新型煤基燃料。主要是替代重油供工業(yè)鍋爐和窯爐燃 用。燃料水煤漿的制備一般采用成漿性好的煙煤和無煙煤。但是，煙煤價(jià)格較貴，使水煤漿 的成本過高。無煙煤不僅價(jià)格高，而其水煤漿的燃燒性差，因此，目前水煤漿的應(yīng)用受到一 定的限制。首先，對相關(guān)術(shù)語做出說明水煤漿水煤漿是利用儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的煤炭作為主要原料，使用浮選精煤或水洗煤 (篩除煤炭中不能充分燃燒的成份及產(chǎn)生污染的硫、灰等雜質(zhì))進(jìn)行研磨加工、細(xì)化，再輔 以27% 35%的水和約的化學(xué)添加劑，制出性能類似油的漿體——水煤漿。水煤漿性質(zhì)水煤漿和一般的煤泥水不同，它是一種燃料，必須具備下述性質(zhì)(1)水煤漿的濃度作為燃料，水煤漿濃度愈高，熱值愈大，但粘度將顯著提高，不利于水煤漿的管道 運(yùn)輸和霧化。所以，一般水煤漿的濃度宜在62% 75%之間。對于燃燒，水煤漿的含煤濃 度要高，通常煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60% 70% ；對于氣化用水煤漿，其濃度為60% -65%。(2)水煤漿的流變特性這是影響水煤漿的儲(chǔ)存、運(yùn)輸及霧化噴燃性能的重要因素。從應(yīng)用角度，總是希望 水煤漿有較低的粘度，以便泵送和霧化燃燒。為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在 IOOiT1剪切率及常溫下表觀粘度不高于1000 1200mPa · s。
(3)水煤漿的穩(wěn)定性為防止在貯運(yùn)過程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放30d不 產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。由于水煤漿是由煤和水組成的粗分散體系，如果穩(wěn)定性不好，在儲(chǔ) 運(yùn)過程中煤粒很容易從液相中沉淀出來，給實(shí)際應(yīng)用造成困難。對于質(zhì)量好的水煤漿來說， 穩(wěn)定時(shí)間一般應(yīng)在3 6個(gè)月以上。使水煤漿能滿足其中單項(xiàng)性能并不難，但要同時(shí)滿足各項(xiàng)要求有許多困難，因?yàn)?有些性能間是相互制約的。例如，要使水煤漿中含煤濃度高，就不能多用水；水少了，又會(huì)引 起粘度高，流動(dòng)性差；要流動(dòng)性好，粘度就應(yīng)低，但粘度低又會(huì)使穩(wěn)定性變差。所以它的制備 技術(shù)難度大，涉及煤化學(xué)、顆粒學(xué)、膠體學(xué)、有機(jī)化學(xué)及流變學(xué)等學(xué)科技術(shù)。煤的可磨性煤的可磨性指煤被磨碎成煤粉的難易程度。通常以某一礦區(qū)所產(chǎn)易碎煤為標(biāo)準(zhǔn) 樣，將其可磨性指數(shù)定為100，待測煤樣按規(guī)定方法與之比較，測得一個(gè)相對指數(shù)。該指數(shù)越 大，表示越易粉碎，反之則越難粉碎。我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB2565)規(guī)定哈德格羅夫法測定，表示 符號HGI.理論依據(jù)為研磨時(shí)所消耗的功，與煤磨碎后的總比表面積成正比。水煤漿中煤粒需達(dá)到一定的細(xì)度，一般要求粒度上限為300 μ m，其中小于74 μ m 的質(zhì)量不少于75%。為提高水煤漿中煤炭的燃燒效率及減少能耗，用于制漿的原料煤應(yīng)具 有較好的可磨性。褐煤的可磨性差，一般為40，而將褐煤制成半焦后，可磨性增加，可達(dá)到 70以上，為褐煤制漿提供了良好的條件。煤的成漿性水煤漿中大約70%的成分是煤，故而，煤的性質(zhì)是決定水煤漿性質(zhì)的關(guān)鍵因素。實(shí) 踐證明，不同煤種制得的水煤漿性能差別很大，從而，提出了煤的成漿性概念，即水煤漿制 備的難易程度及水煤漿的性能優(yōu)劣程度。添加劑的作用是在煤粒表面吸附了一層薄膜，從 而提高了煤漿顆粒的分散性，降低了流動(dòng)黏度。煤炭成漿性與煤炭本身的物化性質(zhì)有密切 關(guān)系。褐煤由于中0/C比高、親水官能團(tuán)越多、孔隙越發(fā)達(dá)、內(nèi)水含量高，可磨性指數(shù)HGI 小，因此褐煤的制漿難度大，成漿性差。按煤炭成漿性指標(biāo)D，可將煤炭成漿性難易分成四檔，如下表表1-1表1-1煤炭成漿性分類
Ml指標(biāo)d""成漿性難易 “~
>72<4易
72-684-7中等68-657-10難<65> 10很難褐煤的成漿性很差，其水煤漿濃度一般50%左右，通常不作為制備水煤漿的原料某。煤炭干餾(熱解)按照煤熱解的不同終溫，將煤的熱解分為三種干餾類型熱解終溫在400 700°C
5范圍內(nèi)為低溫干餾；700 900°C范圍內(nèi)為中溫干餾，干餾終溫度大于900 1000°C范圍內(nèi) 為高溫干餾。由于煤結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的復(fù)雜性，不同煤種的干餾特性規(guī)律各不相同。本專利方法 中確定煤的干餾溫度為600 900°C，在立式爐中方將褐煤原煤隔絕空氣加熱一定時(shí)間后， 當(dāng)揮發(fā)分降低到小于20%時(shí)，停止加熱。通過水熄焦或干法熄焦方式冷卻半焦，并獲得一定 量的焦油和煤氣。氣化水煤漿則作為氣化原料用來生產(chǎn)合成氣。氣化水煤漿可用低變質(zhì)程度煤(褐 煤或長焰煤)制得，而低變質(zhì)程度煤一般較難制成高濃度水煤漿。褐煤直接制漿濃度一般 在50%左右，而且破碎困難。由于褐煤等低變質(zhì)程度煤制氣化水煤漿的質(zhì)量(濃度、粒度、 穩(wěn)定性)相對較差，給后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來了諸多問題，如氣化效率低，能耗偏高等。褐煤制 漿目前存在的主要問題是1)水煤漿濃度低。雖然褐煤價(jià)格較低，反應(yīng)活性好，但褐煤水煤漿濃度偏低(50% 左右)，造成單位合成氣所需的氧耗偏高，氣化效率低，生產(chǎn)成本升高。2)可磨性差。水煤漿制備過程中磨礦耗能是主要的成本組成之一。由于褐煤的可 磨性差(褐煤原煤的HGI僅為40)，使磨礦時(shí)間延長，磨機(jī)損耗增加，不僅造成制漿成本增 加，而且使水煤漿的粒度分布不合理，漿體的流動(dòng)性差，使煤漿管道、泵、閥門等磨損嚴(yán)重。本發(fā)明擬通過褐煤干餾，對褐煤進(jìn)行深度提質(zhì)，使褐煤的水分含量降低，揮發(fā)份含 量增加，可磨性提高，以有效提高褐煤的成漿性，制得濃度達(dá)到60%以上的褐煤水煤漿。同 時(shí)，在褐煤干餾過程中，可獲得附加值高的焦油和干餾煤氣副產(chǎn)品。參照圖1和圖2，圖1為本發(fā)明利用褐煤制備氣化水煤漿的方法實(shí)施例的步驟流程 圖，圖2為工藝流程圖?？梢钥闯?，本發(fā)明包括如下步驟干餾步驟Sl 1，在600-9000C條件 下，將作為原料的褐煤隔絕空氣加熱，獲得適合于制備水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)物，同時(shí)獲得煤 焦油和干餾煤氣；研磨步驟S12，取褐煤半焦，在球磨機(jī)中研磨，獲取兩種不同粒度的焦粉， 并確定焦粉的含水量；制漿原料制備步驟S13，將磨好的兩種焦粉，按照不同配比進(jìn)行級配 并混合均勻，制成待用制漿原料；水煤漿獲取步驟S14，向制好的所述待用制漿原料中加入 萘系添加劑和水，攪拌制得褐煤水煤漿。下面對上述各個(gè)步驟做進(jìn)一步的說明。干餾步驟Sll中，原料褐煤在600-900°C條件下，經(jīng)內(nèi)熱式或外熱式隔絕空氣加 熱，使褐煤熱解、改性、提質(zhì)，獲得適合于制備水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)物。同時(shí)獲得5% (以干 煤為基準(zhǔn))左右的煤焦油和熱值約14MJ/標(biāo)氣m3的干餾煤氣(約150ml/g干煤)。所獲 得的褐煤半焦質(zhì)量指標(biāo)為空氣干燥基水分含量小于5% (Mad < 5% )，干燥基揮發(fā)份小于 20% (Vd < 20% )，干燥基固定碳含量大于60% (FCd >60%)，哈氏可磨性大于65% (HGI > 65% )。研磨步驟S12中，取褐煤半焦，在球磨機(jī)中研磨成60-200目及小于200目的兩種焦粉。制漿原料制備步驟S13中，將磨好的兩種焦粉，按照不同配比進(jìn)行級配并混合均 勻，制成待用制漿原料。60-200目的焦粉為焦粉一，小于200目的焦粉為焦粉二。焦粉一與
焦粉二的質(zhì)量之比在[I 的區(qū)間內(nèi)即能很好的提高水煤漿的濃度。水煤漿獲取步驟S14中，向制好的待用制漿原料中加入質(zhì)量為干煤質(zhì)量的萘系添加劑(在一個(gè)實(shí)施例中選用KY33，當(dāng)然也可以選用其他類型的萘系添加劑，在這里不 加以限定)和適量水(添加水的質(zhì)量=干煤質(zhì)量/設(shè)定濃度_煤粉質(zhì)量_添加劑質(zhì)量)， 攪拌IOmin(200r/min)制得高濃度褐煤水煤漿，在100s—1剪切率下的黏度值為1000 1200mPa · s。這里的煤粉是指級配好的待用制漿原料的質(zhì)量。第一組試驗(yàn)干餾溫度為900°C焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比4 6時(shí)，制得的水煤漿的濃度為60% ；焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比5 5時(shí)，制得的水煤漿的濃度為61% ；焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為6 4時(shí)，制得的水煤漿的濃度62%。第二組試驗(yàn)干餾溫度為600°C焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為4 6時(shí)，制得的水煤漿的濃度為57%焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為5 5時(shí)，制得的水煤漿的濃度為58%焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為6 4時(shí)，制得的水煤漿的濃度為60%第三組試驗(yàn)干餾溫度為700°C焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為4 6時(shí)，制得的水煤漿的濃度為56%焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為5 5時(shí)，制得的水煤漿的濃度為58%焦粉一與焦粉二質(zhì)量之比為6 4時(shí)，制得的水煤漿的濃度為60%由此，可以說明，本發(fā)明所采用的方法對于提高水煤漿的濃度是非常有效的。綜上，本發(fā)明將褐煤干餾加工方法應(yīng)用于褐煤制漿的原料處理過程，從本質(zhì)上改 變褐煤的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，對褐煤在不同溫度下進(jìn)行熱解提質(zhì)，獲得成漿性高(利用褐煤半焦 可以容易地制成濃度大于60%)的氣化水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)品、同時(shí)獲得焦油和煤氣。而 褐煤熱解過程獲得高附加值的中低溫焦油和高熱值的干餾煤氣，進(jìn)一步提高了褐煤的綜合 利用價(jià)，為褐煤的高效清潔利用提供了新的途徑。以上對本發(fā)明所提供的一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，本文 中應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于 幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思 想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對 本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，包括如下步驟干餾步驟，在600℃ 900℃條件下，將作為原料的褐煤隔絕空氣加熱，使揮發(fā)份降低到小于20％，獲得適合于制備水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)物、以及煤焦油和干餾煤氣；研磨步驟，取所述褐煤半焦產(chǎn)物，在球磨機(jī)中研磨，獲取兩種不同粒度的焦粉；同時(shí)確定焦粉的含水量；制漿原料制備步驟，將所述兩種不同粒度的焦粉進(jìn)行級配并攪拌混合均勻，制成待用制漿原料；水煤漿獲取步驟，向制好的所述待用制漿原料中加入萘系添加劑和水，攪拌制得褐煤水煤漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，所述研磨步驟中，研磨 成60-200目的焦粉一和小于200目焦粉二。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，所述制漿原料制備步驟中，所述焦粉一與所述焦粉二的質(zhì)量之比在[I ~ ι]的區(qū)間內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，所述制漿原料制備步 驟中，所述焦粉一與所述焦粉二的質(zhì)量之比為1 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，所述水煤漿獲取步驟 中，所述萘系添加劑的質(zhì)量為干煤質(zhì)量的1 %，所述干煤質(zhì)量為級配好的所述待用制漿原料 脫水后的質(zhì)量，所述脫水后的質(zhì)量根據(jù)所述焦粉含水量確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備氣化水煤漿的方法，其特征在于，所述水煤漿獲取步驟 中，添加的水的質(zhì)量依據(jù)下式確定添加水的質(zhì)量=干煤質(zhì)量/設(shè)定濃度-級配好的制漿原 料的質(zhì)量-萘系添加劑質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用褐煤制備氣化水煤漿的方法。該方法包括在600-900℃條件下，將作為原料的褐煤隔絕空氣加熱，獲得適合于制備水煤漿的褐煤半焦產(chǎn)物，同時(shí)獲得煤焦油和干餾煤氣；取褐煤半焦，在球磨機(jī)中研磨成兩種不同粒度的焦粉；將磨好的兩種焦粉，按照不同配比進(jìn)行級配并混合均勻，制成待用制漿原料；向制好的所述待用制漿原料中加入萘系添加劑和水，攪拌制得褐煤水煤漿。本發(fā)明利用干餾加工，先將褐煤中高附加值的焦油提取出來，并獲得高品質(zhì)的干餾煤氣，同時(shí)獲得結(jié)構(gòu)和性能都易于制漿的褐煤半焦用于制漿，提高了褐煤的利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了褐煤的綜合利用。
文檔編號C10B53/00GK101914401SQ20101026866
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者初茉, 周玲妹, 朱書全, 朱攀中, 杜萬斗 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)