一种水煤浆的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水煤浆的制备方法，特别是公开了一种低阶煤、例如褐煤制备高浓度水煤浆的方法，所述水煤浆特别适合作为气化用水煤浆。所述水煤浆的制备方法依次包括以下步骤：(1)对煤进行粉碎和干燥；(2)对粉碎和干燥的煤进行挤压，以破坏和/或封闭煤中至少一部分孔隙结构，减少煤中孔隙对水的吸附；(3)对挤压后的煤进行湿法或干法粉磨，并将其配制成水煤浆，其中，在粉磨阶段或水煤浆配制阶段,向煤中或水煤浆中加入分散剂。

【技术实现步骤摘要】
一种水煤浆的制备方法
本专利技术涉及一种水煤浆的制备方法，特别是涉及一种低阶煤、例如褐煤制备高浓度水煤浆的方法，所述水煤浆特别适合作为气化用水煤浆。
技术介绍
水煤浆是广泛应用于煤化工的优质气化原料。我国煤炭资源中，褐煤等低变质程度煤，挥发分高，适合于气化，但含水量高，可磨性差，难于制成适合于气化用的高浓度水煤浆。例如，褐煤大多数无光泽，真密度在1.10～1.40g/cm3，水分高达30％～60％，挥发分高，灰分高，燃点低，不黏结，易风化变质，化学反应性强，热稳定性差。褐煤特点是煤化程度低，碳含量低，氢氧含量高，内部含氧官能团较多，有醇羟基、酚羟基、羰基、醚氧官能团等，有人研究发现褐煤分子内部含氧官能团主要为羟基和羧基，羟基含量在9.0％～11.0％，约每100个碳原子链含有10个羟基，且酚羟基的比例要大于60％；羟基和羧基含氧量占整个含氧量的54％～66％，剩余的氧元素主要以羰基和醚氧键方式存在，含量分别为全部氧的14％～18％和17％～28％；羧基含量随煤化程度的提高而减少，约每100个碳原子链含有1.0～3.0个，同时还发现褐煤内有相当数量的醚氧键，每100个碳原子链有不到2个醚氧键，其含量随煤化程度提高而降低。目前，作为商业化生产水煤浆的原料主要是变质程度较高的烟煤，烟煤通过研磨，获得最佳的粒度级配，加入化学添加剂后，可制成浓度在60重量％以上的水煤浆。低阶煤特别是褐煤，成煤年代短，芳香核缩合程度低，支链和桥链较多，致密度低于烟煤，内部细孔丰富，有较大的孔隙率。同时，其煤核结构支链上羧基、羟基等酸性含氧官能团较多，很难制备出高浓度的水煤浆，褐煤原煤一般最大成浆浓度仅为30％～50％，不适合于大规模工业应用。褐煤等低阶煤制水煤浆技术是目前国际上公认的一个难点问题。我国褐煤等低阶煤储量极为丰富，因此，开发褐煤等低阶煤制水煤浆技术具有深远和重大的意义。CN102344839B公开了一种高浓度改质褐煤水煤浆及其制备方法，其包括褐煤的改质方法和改质后的褐煤制浆方法。使用该方法制备的褐煤水煤浆成浆浓度可以达到56重量％以上,同时，其表观粘度可保持在1000mPa·s以下。该方法首先将褐煤进行低温热解处理改质，然后将改质褐煤和少量分散剂按比例进行干磨，再加入一定量的水进行湿磨制浆即可。使用该方法制备的高浓度改质褐煤水煤浆可用作燃料燃烧或大规模高效气流床气化原料，其中，褐煤改质方法是用水或盐酸浸泡褐煤24-48小时，再磨碎和筛分至其粒度为5-40目，之后，放入反应器内用氮气将反应器中的空气排净，保持升温速率为5-30℃/min，将褐煤加热到300-450℃，恒温2-4小时。在上述褐煤改质过程中，褐煤低温热解会释放出大量可燃气体和焦油，需要进行回收处理。所以，该高浓度改质褐煤水煤浆工艺过程复杂，处理时间长，成本高，挥发分损失量较大，对环境污染也大，所以，其并不是一种具有市场竞争力的低阶煤制水煤浆的优选工艺。CN101914401B公开了一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法，该水煤浆制备工艺与CN102344839B公开的水煤浆制备工艺基本类似，只是热解处理温度由300-450℃变为600-900℃，所以，其同样也具有CN102344839B公开的水煤浆制备工艺的缺陷。CN103206718A公开了一种提高低阶煤水煤浆成浆性的系统及方法。该系统通过采用双立磨系统使煤粉具备更高的堆积效率，增加了煤粉的产量，通过烘干减少了煤粉水分，增加了煤粉的成浆性。该工艺可将低阶煤水煤浆浓度提高至少3％，其通过两台立式磨机制备两种不同粒度的煤粉，并对它们进行级配来提高水煤浆浓度，但这种工艺提高浓度的作用有限，如果采用这种工艺，所制得的褐煤水煤浆浓度仍然达不到气化水煤浆浓度-57重量％以上的要求。因此，需要一种过程简单、节能环保、不会释放大量挥发分的，特别是需要一种低阶煤、例如褐煤制备高浓度水煤浆的工艺，所制得的水煤浆特别适合优先用作气化用水煤浆。
技术实现思路
本专利技术人经过艰辛的探索和大量试验，终于找到了这种水煤浆制备新工艺。根据本专利技术的第一方面，提供一种水煤浆的制备方法，其依次包括以下步骤：(1)对煤进行粉碎和干燥；(2)对粉碎和干燥的煤进行机械挤压，以破坏和/或封闭煤中至少一部分孔隙结构，减少煤中孔隙对水的吸附；(3)对机械挤压后的煤进行湿法和/或干法粉磨，再经加水、搅拌和滤浆，将其配制成水煤浆，其中，在粉磨阶段或水煤浆配制阶段,向煤中或水煤浆中加入分散剂和/或稳定剂。通常，在上述制备方法，将煤粉碎至其粒径小于6mm，将煤干燥至其含水率低于15重量％，对煤进行挤压的压力大于50MPa，所述水煤浆的固含量为58-65重量％，在剪切速率为100S-1的条件下水煤浆的粘度小于1200mPa·S。优选地，将煤粉碎至其粒径小于3mm，将煤干燥至其含水率低于10重量％，对煤进行挤压的压力大于80MPa，所述水煤浆的固含量为60-63重量％，在剪切速率为100S-1的条件下水煤浆的表观粘度小于1000mPa·S。通常，在上述制备方法，所述分散剂是萘磺酸盐及其缩合物、聚羧酸盐或木质素磺酸盐中的任意一种、或任意两种或两种以上的混合物，以水煤浆中煤的重量为基准，所述分散剂的用量为0.01-5重量％；所述稳定剂选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和/或有机膨润土，以水煤浆中煤的重量为基准，所述稳定剂的用量为0.01-5重量％。在上述制备方法，可采用直接加热或间接加热的方式对煤进行干燥；干燥器可选自气流干燥器、转筒干燥器或流化床干燥器；干燥介质可选自燃烧烟气、蒸汽或导热油。可采用对辊成型机、冲压成型机或挤出设备对煤进行机械挤压。优选地，在上述制备方法，所述煤为低阶煤、例如褐煤，制得的水煤浆被用作燃料燃烧或用于气化制备合成气。通常，用锤式、可逆反击式、齿辊式和/或辊式破碎机对所述煤进行破碎，优选地，用辊式破碎机对所述煤进行破碎。根据本专利技术的第二方面，提供一种水煤浆，所述水煤浆由上述制备方法制得。具体实施方式通过以下描述进一步详细解释本专利技术，但以下描述仅用于使本专利技术所属
的普通技术人员能够更加清楚地理解本专利技术的原理和精髓，并不意味着对本专利技术进行任何形式的限制。本专利技术所涉及的一种水煤浆的制备方法属于煤、特别是低阶煤的高效利用范畴，同时，本专利技术也提供了一种褐煤制备高浓度气化用水煤浆的方法。其工艺原理为：原煤干燥后，通过强力挤压，原煤内部中至少部分孔隙结构被破坏和/或压闭，导致其气孔体积大幅度减小，并大大降低了这些孔隙吸附水的能力，从而大幅度提高了原煤的成浆浓度。由于低阶煤、例如褐煤内部细孔丰富，具有较大的孔隙率，因此，上述方法特别适合用于由低阶煤、例如褐煤制备高浓度气化用水煤浆。本专利技术方法可使褐煤水煤浆在表观粘度不变的情况下浓度由48-50重量％提高到58重量％以上。本专利技术水煤浆的制备方法只是物理加工过程，工艺简单，节能环保、加工成本低、不会释放出煤中的挥发分，易于实现大规模工业化生产。作为本专利技术水煤浆制备方法示例性、而非限制性的实例，水煤浆制备工艺大致如下，先将原煤、例如包括褐煤的低阶煤破碎到粒径<6mm，接着将其加热干燥到其含水量为15重量％以下、优选10重量％以下。煤的干燥有利于下一步在挤压阶段煤孔隙结构的破坏和/或压闭，其中，干燥器可以是气流干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水煤浆的制备方法，依次包括以下步骤：(1)对煤进行粉碎和干燥；(2)对粉碎和干燥的煤进行机械挤压，以破坏和/或封闭煤中至少一部分孔隙结构，减少煤中孔隙对水的吸附；(3)对机械挤压后的煤进行湿法和/或干法粉磨，再经加水、搅拌和滤浆，将其配制成水煤浆，其中，在粉磨阶段前、粉磨阶段中或水煤浆配制阶段中,向煤中或水煤浆中加入分散剂和/或稳定剂。

【技术特征摘要】
1.一种水煤浆的制备方法，依次包括以下步骤：(1)对煤进行粉碎和干燥；(2)对粉碎和干燥的煤进行机械挤压，对煤进行挤压的压力大于50MPa，以破坏和/或封闭煤中至少一部分孔隙结构，减少煤中孔隙对水的吸附；(3)对机械挤压后的煤进行湿法和/或干法粉磨，再经加水、搅拌和滤浆，将其配制成水煤浆，其中，在粉磨阶段前、粉磨阶段中或水煤浆配制阶段中,向煤中或水煤浆中加入分散剂和/或稳定剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将煤粉碎至其粒径小于6mm，将煤干燥至其含水率低于15重量％，所述水煤浆的固含量为58-65重量％，在剪切速率为100S-1的条件下水煤浆的粘度小于1200mPa·S。3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，将煤粉碎至其粒径小于3mm，将煤干燥至其含水率低于10重量％，对煤进行挤压的压力大于80MPa，所述水煤浆的固含量为60-63重量％，在剪切速率为100S-1的条件下水煤浆的表观粘度小于1000mPa·S。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立新，朱书全，赵振新，初茉，褚良，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11