本發(fā)明涉及煤化工，具體而言，涉及一種燃料水煤漿及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、水煤漿是一種燃燒效率高，運輸方便，且環(huán)保節(jié)能的煤基流體燃料，被認(rèn)為是天然氣和石油的替代燃料，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著高階煤過度開采和使用，高階煤的供應(yīng)越來越緊張。相反，低階煤儲量龐大，約占全球煤炭資源總量的50％。然而，低階煤由于灰分高和含水量高，發(fā)熱效率低，運輸成本高，制約了低階煤的工業(yè)應(yīng)用價值。因此，對低階煤進(jìn)行提質(zhì)改性，再制備成水煤漿，是煤清潔利用的熱點研究之一。

2、現(xiàn)有大多數(shù)研究聚焦在降低煤顆?？紫督Y(jié)構(gòu)中的內(nèi)水含量和減少煤顆粒表面親水性基團(tuán)數(shù)量，涉及的方法主要包括加熱改性脫水、微波輻射脫水、水熱改性脫水、添加劑封堵毛細(xì)管孔道、浮選脫出親水灰分等。這些方法在一定程度上可以去除煤顆粒介孔所含內(nèi)水、消解煤粒親水成分，但這些方法增加了煤粉預(yù)處理能耗和工藝復(fù)雜性，同時并沒有破壞煤?？紫督Y(jié)構(gòu)。由于毛細(xì)管效應(yīng)，h2o在制備水煤漿過程中將重新吸附進(jìn)入煤的毛細(xì)管孔道，使水煤漿黏度迅速增大，失去流動性，研磨制漿阻力增大。

3、此外，煤顆粒微納米結(jié)構(gòu)孔隙具有“鎖水效應(yīng)”，導(dǎo)致煤顆粒毛細(xì)管孔道中的h2o在燃燒過程中揮發(fā)溫度(峰值)大多高于100℃，導(dǎo)致水煤漿燃燒的熱值低于等量煤粉的熱值。以褐煤為例，其h2o在燃燒過程中揮發(fā)溫度(峰值)可高達(dá)117℃，遠(yuǎn)高于普通h2o在常溫常壓下的揮發(fā)溫度100℃，造成燃燒褐煤水煤漿的熱值遠(yuǎn)低于等量烘干煤粉的熱值。

4、考慮到煤炭清潔利用以及水煤漿在發(fā)電和煤化工的廣泛需求，探尋高效、節(jié)能的低階煤提質(zhì)改性新方法和制漿新方法，在水煤漿技術(shù)領(lǐng)域具有應(yīng)用性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等多重意義。目前的水煤漿由于煤顆粒結(jié)構(gòu)孔隙具有“鎖水效應(yīng)”而在燃燒過程中具有高水揮發(fā)溫度和低熱值。

5、綜上所述，研究并開發(fā)出一種在燃燒過程中具有低水揮發(fā)溫度和高熱值的燃料水煤漿及其制備方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種燃料水煤漿及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中水煤漿在燃燒過程中水揮發(fā)溫度高和熱值低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種燃料水煤漿，該燃料水煤漿包括煤粉、水、添加劑及碳基納米材料改性劑，其中，添加劑包括分散劑和穩(wěn)定劑，碳基納米材料改性劑具有管狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距小于煤粉的平均孔徑。

3、進(jìn)一步地，煤粉是經(jīng)空化處理后得到的改性煤粉。

4、進(jìn)一步地，以占煤粉的重量百分含量計，碳基納米材料改性劑的含量為0.5～5.0wt％。

5、進(jìn)一步地，按重量份計，燃料水煤漿包括35～70份煤粉、28.5～64.5份添加劑和水的第一混合物及0.5～1.5份碳基納米材料改性劑。

6、進(jìn)一步地，碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距與煤粉的平均孔徑之間的差值的絕對值為1～50nm。

7、進(jìn)一步地，碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距為1～100nm。

8、進(jìn)一步地，煤粉的平均孔徑為2～100nm。

9、進(jìn)一步地，碳基納米材料改性劑選自單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯及它們的過渡金屬改性衍生物組成的組中的一種或多種。

10、進(jìn)一步地，過渡金屬改性衍生物中的過渡金屬元素選自fe、ti、ni、co和mn組成的組中的一種或多種。

11、進(jìn)一步地，分散劑和穩(wěn)定劑的重量之和占煤粉的重量百分含量為0.1～2wt％。

12、進(jìn)一步地，分散劑選自木質(zhì)素磺酸鹽、聚萘磺酸鹽和腐植酸鹽組成的組中的一種或多種。

13、進(jìn)一步地，穩(wěn)定劑選自羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、乳化烷基烯酮二聚體、植物膠、硬脂酸鈉和六偏磷酸鈉組成的組中的一種或多種。

14、進(jìn)一步地，分散劑與穩(wěn)定劑的重量比為(1～10):(0.05～5)。

15、進(jìn)一步地，燃料水煤漿的粒徑d50≤15μm。

16、進(jìn)一步地，煤粉選自煙煤粉、次煙煤粉、褐煤粉及包括矸石和生物質(zhì)炭的配煤煤粉組成的組中的一種或多種。

17、進(jìn)一步地，在100s-1剪切速率下，燃料水煤漿的表觀黏度≤1200mpa·s。

18、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一個方面提供了一種本申請?zhí)峁┑纳鲜鋈剂纤簼{的制備方法，該燃料水煤漿的制備方法包括：步驟s1，將原煤粉碎得到煤粉；步驟s2，對煤粉、添加劑與水的第二混合物進(jìn)行研磨，得到研磨產(chǎn)物；步驟s3，將研磨產(chǎn)物與碳基納米材料改性劑混合并可選地進(jìn)行空化處理，得到燃料水煤漿。

19、進(jìn)一步地，以占第二混合物的重量百分含量計，煤粉的含量為35～65wt％。

20、進(jìn)一步地，研磨產(chǎn)物中固體顆粒的粒徑d50≤120μm。

21、進(jìn)一步地，步驟s3包括：將研磨產(chǎn)物與碳基納米材料改性劑混合并可選地進(jìn)行空化處理，依次經(jīng)過濾、剪切和熟化，得到燃料水煤漿。

22、進(jìn)一步地，采用空化反應(yīng)器進(jìn)行空化處理。

23、進(jìn)一步地，空化反應(yīng)器選自水動力空化反應(yīng)器、超聲波空化反應(yīng)器、電弧微爆反應(yīng)器、微波反應(yīng)器或球磨反應(yīng)器。

24、進(jìn)一步地，空化反應(yīng)器的入口壓力為0.1～10mpa，單次空化處理時間為3～30min。

25、進(jìn)一步地，步驟s1中的煤粉的粒徑d50≤50目。

26、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，本申請中煤粉來源于儲量豐富的中低階煤，作為燃料水煤漿中的可燃成分能夠被高效利用。水的引入使得水煤漿具有類似油的流動性，可以像油一樣進(jìn)行管道輸送、泵送和長期密閉儲存，從而能夠使得水煤漿在儲存和運輸方面更為方便和經(jīng)濟(jì)。添加劑包括分散劑和穩(wěn)定劑，分散劑的引入能夠抑制煤粉顆粒之間的相互吸引和聚集，能夠使得煤粉在水中更均勻地分散，從而形成穩(wěn)定的懸浮液；穩(wěn)定劑的引入能夠抑制煤粉在水煤漿中的凝聚沉降，從而提高燃料水煤漿的長期穩(wěn)定性。碳基納米材料改性劑的引入能夠調(diào)節(jié)煤-溶液的界面張力，從而能夠減少煤顆粒孔隙結(jié)構(gòu)中的內(nèi)水含量。

27、相比于未包含碳基納米材料改性劑的燃料水煤漿，能夠降低燃燒溫度，抑制礦物質(zhì)熱解以及氮氧化物和一氧化碳生成，從而降低了煤燃燒的熱量損耗。

28、碳基納米材料改性劑具有管狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，相比于其它范圍，將碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距限定為小于煤粉的平均孔徑有利于水離開煤顆?？紫督Y(jié)構(gòu)并進(jìn)入碳基納米材料改性劑，有利于降低燃燒過程中水的揮發(fā)溫度，從而有利于提高燃料水煤漿的熱值。

技術(shù)特征：

1.一種燃料水煤漿，其特征在于，所述燃料水煤漿包括煤粉、水、添加劑及碳基納米材料改性劑，其中，所述添加劑包括分散劑和穩(wěn)定劑，所述碳基納米材料改性劑具有管狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，所述碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距小于所述煤粉的平均孔徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料水煤漿，其特征在于，所述煤粉是經(jīng)空化處理后得到的改性煤粉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料水煤漿，其特征在于，以占所述煤粉的重量百分含量計，所述碳基納米材料改性劑的含量為0.5～5.0wt％；

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料水煤漿，其特征在于，所述碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距與所述煤粉的平均孔徑之間的差值的絕對值為1～50nm；

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料水煤漿，其特征在于，所述分散劑和所述穩(wěn)定劑的重量之和占所述煤粉的重量百分含量為0.1～2wt％；

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料水煤漿，其特征在于，所述燃料水煤漿的粒徑

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料水煤漿，其特征在于，在100s-1剪切速率下，所述燃料水煤漿的表觀黏度≤1200mpa·s。

8.一種權(quán)利要求1至7中任一項所述的燃料水煤漿的制備方法，其特征在于，所述燃料水煤漿的制備方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料水煤漿的制備方法，其特征在于，以占所述第二混合物的重量百分含量計，所述煤粉的含量為35～65wt％；

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的燃料水煤漿的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中的所述煤粉的粒徑d50≤50目。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種燃料水煤漿及其制備方法。該燃料水煤漿包括煤粉、水、添加劑及碳基納米材料改性劑，其中，添加劑包括分散劑和穩(wěn)定劑，碳基納米材料改性劑具有管狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距小于煤粉的平均孔徑。相比于未包含碳基納米材料改性劑的燃料水煤漿，能夠降低燃燒溫度，抑制礦物質(zhì)熱解以及氮氧化物和一氧化碳生成，從而降低了煤燃燒的熱量損耗。碳基納米材料改性劑具有管狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，相比于其它范圍，將碳基納米材料改性劑的平均管徑或?qū)娱g距限定為小于煤粉的平均孔徑有利于水離開煤顆?？紫督Y(jié)構(gòu)并進(jìn)入碳基納米材料改性劑，有利于降低燃燒過程中水的揮發(fā)溫度，從而有利于提高燃料水煤漿的熱值。

技術(shù)研發(fā)人員：杜善周,黃涌波,劉清亮,馬越,韓碩,吳永峰,李文清,范培育,高進(jìn),毛澤旭,王育偉,樊敏,安龍,劉慧茹,冷秋實,原鐸,白曉偉,于佳馨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28