专利名称：利用褐煤制备气化水煤浆的方法
技术领域：
本发明涉及煤炭气化技术领域，尤其涉及一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法。
背景技术：
煤炭气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基燃料、 IGCC发电、燃料电池等过程工业的基础。在众多的煤气技术中，水煤浆气化技术已成为煤气 化技术的主流方向。目前，气化水煤浆多以变质程度较低的煤(不粘煤、长焰煤、褐煤)为 制备原料。随着我国优质煤炭资源的越来越少，成浆性良好的优质烟煤价格上涨，水煤浆制 浆成本大幅度增加。以价格低廉的褐煤为原料制备高浓度水煤浆受到高度重视。但是，以 褐煤为原料制备气化水煤浆有如下问题1)褐煤原煤的由于较高的内在水分不能直接制水煤浆。通过精细的研磨过程和严 格的级配，可一定程度提高褐煤的成浆性。但是，褐煤的可磨性差，使磨矿时间延长，磨机损 耗增加，制浆成本增加，而且使水煤浆的粒度分布不合理，浆体的流动性差。2)将褐煤干燥，利用干燥后的褐煤制浆可一定程度提高其水煤浆浓度。但是，褐煤 的燃点较低且易碎，干煤过程中常常会发局部过热，引起燃烧。另外，褐煤经常规干燥后放 置，会很快吸收空气中的水分，而恢复或接近到原来的水分含量水平，使成浆性再次变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法。基于本发明，可以 提高褐煤制浆的成浆性，提高褐煤的有效利用率。本发明公开了一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法，其特征在于，包括如下步骤 干馏步骤，在60(TC -90(TC条件下，将作为原料的褐煤隔绝空气加热，使挥发份降低到小于 20%，获得适合于制备水煤浆的褐煤半焦产物、以及煤焦油和干馏煤气；研磨步骤，取所述 褐煤半焦产物，在球磨机中研磨，获取两种不同粒度的焦粉；同时确定焦粉的含水量；制浆 原料制备步骤，将所述两种不同粒度的焦粉进行级配并混合均勻，制成待用制浆原料；水煤 浆获取步骤，向制好的所述待用制浆原料中加入萘系添加剂和水，搅拌制得褐煤水煤浆。上述制备气化水煤浆的方法，优选所述研磨步骤中，研磨成60-200目的焦粉一和 小于200目焦粉二。上述制备气化水煤浆的方法，优选所述制浆原料制备步骤中，所述焦粉一与所述 焦粉二的质量之比在[I ~ ι]的区间内。上述制备气化水煤浆的方法，优选所述制浆原料制备步骤中，所述焦粉一与所述 焦粉二的质量之比为1 1。上述制备气化水煤浆的方法，优选所述水煤浆获取步骤中，所述萘系添加剂的质 量为干煤质量的1 %，所述干煤质量为级配好的所述待用制浆原料脱水后的质量，所述脱水
3后的质量根据所述含水量确定。上述制备气化水煤浆的方法，优选所述水煤浆获取步骤中，添加的水的依据下面 的方式确定添加水的质量=干煤质量/设定浓度_级配好的制浆原料的质量_萘系添加 剂质量。相对于现有技术而言，本发明具有如下优势1)通过在适当温度下褐煤干馏加工，使褐煤水分和挥发大幅度降低，褐煤结构发 生变化，易于制浆。在获得褐煤半焦的同时，可获得5%左右的焦油和20%左右的干馏煤 气，二者可作为高附加值的化工原料或优质燃料，从而有效提高褐煤的利用率。2)褐煤经干馏后可磨性明显增加(褐煤HGI—般为40左右，褐煤半焦HGI—般提 高到75左右)，使制浆过程的能耗大大降低。另外，褐煤经干馏处理后，本身易碎，粉焦量较 大，利用焦粉制浆不仅节能，也是提高焦粉利用价值的有效途径之一。3)褐煤半焦水分一般小于5%，而且在潮湿空气中水分亦不回吸，具有良好的稳 定性，有利于制浆。
图1为本发明利用褐煤制备气化水煤浆的方法实施例的步骤流程图；图2为本发明利用褐煤制备气化水煤浆的方法实施例的工艺流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。水煤浆是一种以煤代油的新型煤基燃料。主要是替代重油供工业锅炉和窑炉燃 用。燃料水煤浆的制备一般采用成浆性好的烟煤和无烟煤。但是，烟煤价格较贵，使水煤浆 的成本过高。无烟煤不仅价格高，而其水煤浆的燃烧性差，因此，目前水煤浆的应用受到一 定的限制。首先，对相关术语做出说明水煤浆水煤浆是利用储量丰富、价格低廉的煤炭作为主要原料，使用浮选精煤或水洗煤 (筛除煤炭中不能充分燃烧的成份及产生污染的硫、灰等杂质)进行研磨加工、细化，再辅 以27% 35%的水和约的化学添加剂，制出性能类似油的浆体——水煤浆。水煤浆性质水煤浆和一般的煤泥水不同，它是一种燃料，必须具备下述性质(1)水煤浆的浓度作为燃料，水煤浆浓度愈高，热值愈大，但粘度将显著提高，不利于水煤浆的管道 运输和雾化。所以，一般水煤浆的浓度宜在62% 75%之间。对于燃烧，水煤浆的含煤浓 度要高，通常煤的质量分数为60% 70% ；对于气化用水煤浆，其浓度为60% -65%。(2)水煤浆的流变特性这是影响水煤浆的储存、运输及雾化喷燃性能的重要因素。从应用角度，总是希望 水煤浆有较低的粘度，以便泵送和雾化燃烧。为便于泵送和雾化，粘度要低。通常要求在 IOOiT1剪切率及常温下表观粘度不高于1000 1200mPa · s。
(3)水煤浆的稳定性为防止在贮运过程中产生沉淀，应有良好的稳定性。一般要求能静置存放30d不 产生不可恢复的硬沉淀。由于水煤浆是由煤和水组成的粗分散体系，如果稳定性不好，在储 运过程中煤粒很容易从液相中沉淀出来，给实际应用造成困难。对于质量好的水煤浆来说， 稳定时间一般应在3 6个月以上。使水煤浆能满足其中单项性能并不难，但要同时满足各项要求有许多困难，因为 有些性能间是相互制约的。例如，要使水煤浆中含煤浓度高，就不能多用水；水少了，又会引 起粘度高，流动性差；要流动性好，粘度就应低，但粘度低又会使稳定性变差。所以它的制备 技术难度大，涉及煤化学、颗粒学、胶体学、有机化学及流变学等学科技术。煤的可磨性煤的可磨性指煤被磨碎成煤粉的难易程度。通常以某一矿区所产易碎煤为标准 样，将其可磨性指数定为100，待测煤样按规定方法与之比较，测得一个相对指数。该指数越 大，表示越易粉碎，反之则越难粉碎。我国国家标准(GB2565)规定哈德格罗夫法测定，表示 符号HGI.理论依据为研磨时所消耗的功，与煤磨碎后的总比表面积成正比。水煤浆中煤粒需达到一定的细度，一般要求粒度上限为300 μ m，其中小于74 μ m 的质量不少于75%。为提高水煤浆中煤炭的燃烧效率及减少能耗，用于制浆的原料煤应具 有较好的可磨性。褐煤的可磨性差，一般为40，而将褐煤制成半焦后，可磨性增加，可达到 70以上，为褐煤制浆提供了良好的条件。煤的成浆性水煤浆中大约70%的成分是煤，故而，煤的性质是决定水煤浆性质的关键因素。实 践证明，不同煤种制得的水煤浆性能差别很大，从而，提出了煤的成浆性概念，即水煤浆制 备的难易程度及水煤浆的性能优劣程度。添加剂的作用是在煤粒表面吸附了一层薄膜，从 而提高了煤浆颗粒的分散性，降低了流动黏度。煤炭成浆性与煤炭本身的物化性质有密切 关系。褐煤由于中0/C比高、亲水官能团越多、孔隙越发达、内水含量高，可磨性指数HGI 小，因此褐煤的制浆难度大，成浆性差。按煤炭成浆性指标D，可将煤炭成浆性难易分成四档，如下表表1-1表1-1煤炭成浆性分类
Ml指标d""成浆性难易 “~
>72<4易
72-684-7中等68-657-10难<65> 10很难褐煤的成浆性很差，其水煤浆浓度一般50%左右，通常不作为制备水煤浆的原料某。煤炭干馏(热解)按照煤热解的不同终温，将煤的热解分为三种干馏类型热解终温在400 700°C
5范围内为低温干馏；700 900°C范围内为中温干馏，干馏终温度大于900 1000°C范围内 为高温干馏。由于煤结构、性质的复杂性，不同煤种的干馏特性规律各不相同。本专利方法 中确定煤的干馏温度为600 900°C，在立式炉中方将褐煤原煤隔绝空气加热一定时间后， 当挥发分降低到小于20%时，停止加热。通过水熄焦或干法熄焦方式冷却半焦，并获得一定 量的焦油和煤气。气化水煤浆则作为气化原料用来生产合成气。气化水煤浆可用低变质程度煤(褐 煤或长焰煤)制得，而低变质程度煤一般较难制成高浓度水煤浆。褐煤直接制浆浓度一般 在50%左右，而且破碎困难。由于褐煤等低变质程度煤制气化水煤浆的质量(浓度、粒度、 稳定性)相对较差，给后续生产环节带来了诸多问题，如气化效率低，能耗偏高等。褐煤制 浆目前存在的主要问题是1)水煤浆浓度低。虽然褐煤价格较低，反应活性好，但褐煤水煤浆浓度偏低(50% 左右)，造成单位合成气所需的氧耗偏高，气化效率低，生产成本升高。2)可磨性差。水煤浆制备过程中磨矿耗能是主要的成本组成之一。由于褐煤的可 磨性差(褐煤原煤的HGI仅为40)，使磨矿时间延长，磨机损耗增加，不仅造成制浆成本增 加，而且使水煤浆的粒度分布不合理，浆体的流动性差，使煤浆管道、泵、阀门等磨损严重。本发明拟通过褐煤干馏，对褐煤进行深度提质，使褐煤的水分含量降低，挥发份含 量增加，可磨性提高，以有效提高褐煤的成浆性，制得浓度达到60%以上的褐煤水煤浆。同 时，在褐煤干馏过程中，可获得附加值高的焦油和干馏煤气副产品。参照图1和图2，图1为本发明利用褐煤制备气化水煤浆的方法实施例的步骤流程 图，图2为工艺流程图。可以看出，本发明包括如下步骤干馏步骤Sl 1，在600-9000C条件 下，将作为原料的褐煤隔绝空气加热，获得适合于制备水煤浆的褐煤半焦产物，同时获得煤 焦油和干馏煤气；研磨步骤S12，取褐煤半焦，在球磨机中研磨，获取两种不同粒度的焦粉， 并确定焦粉的含水量；制浆原料制备步骤S13，将磨好的两种焦粉，按照不同配比进行级配 并混合均勻，制成待用制浆原料；水煤浆获取步骤S14，向制好的所述待用制浆原料中加入 萘系添加剂和水，搅拌制得褐煤水煤浆。下面对上述各个步骤做进一步的说明。干馏步骤Sll中，原料褐煤在600-900°C条件下，经内热式或外热式隔绝空气加 热，使褐煤热解、改性、提质，获得适合于制备水煤浆的褐煤半焦产物。同时获得5% (以干 煤为基准)左右的煤焦油和热值约14MJ/标气m3的干馏煤气(约150ml/g干煤)。所获 得的褐煤半焦质量指标为空气干燥基水分含量小于5% (Mad < 5% )，干燥基挥发份小于 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% )。研磨步骤S12中，取褐煤半焦，在球磨机中研磨成60-200目及小于200目的两种焦粉。制浆原料制备步骤S13中，将磨好的两种焦粉，按照不同配比进行级配并混合均 勻，制成待用制浆原料。60-200目的焦粉为焦粉一，小于200目的焦粉为焦粉二。焦粉一与
焦粉二的质量之比在[I 的区间内即能很好的提高水煤浆的浓度。水煤浆获取步骤S14中，向制好的待用制浆原料中加入质量为干煤质量的萘系添加剂(在一个实施例中选用KY33，当然也可以选用其他类型的萘系添加剂，在这里不 加以限定)和适量水(添加水的质量=干煤质量/设定浓度_煤粉质量_添加剂质量)， 搅拌IOmin(200r/min)制得高浓度褐煤水煤浆，在100s—1剪切率下的黏度值为1000 1200mPa · s。这里的煤粉是指级配好的待用制浆原料的质量。第一组试验干馏温度为900°C焦粉一与焦粉二质量之比4 6时，制得的水煤浆的浓度为60% ；焦粉一与焦粉二质量之比5 5时，制得的水煤浆的浓度为61% ；焦粉一与焦粉二质量之比为6 4时，制得的水煤浆的浓度62%。第二组试验干馏温度为600°C焦粉一与焦粉二质量之比为4 6时，制得的水煤浆的浓度为57%焦粉一与焦粉二质量之比为5 5时，制得的水煤浆的浓度为58%焦粉一与焦粉二质量之比为6 4时，制得的水煤浆的浓度为60%第三组试验干馏温度为700°C焦粉一与焦粉二质量之比为4 6时，制得的水煤浆的浓度为56%焦粉一与焦粉二质量之比为5 5时，制得的水煤浆的浓度为58%焦粉一与焦粉二质量之比为6 4时，制得的水煤浆的浓度为60%由此，可以说明，本发明所采用的方法对于提高水煤浆的浓度是非常有效的。综上，本发明将褐煤干馏加工方法应用于褐煤制浆的原料处理过程，从本质上改 变褐煤的结构与性质，对褐煤在不同温度下进行热解提质，获得成浆性高(利用褐煤半焦 可以容易地制成浓度大于60%)的气化水煤浆的褐煤半焦产品、同时获得焦油和煤气。而 褐煤热解过程获得高附加值的中低温焦油和高热值的干馏煤气，进一步提高了褐煤的综合 利用价，为褐煤的高效清洁利用提供了新的途径。以上对本发明所提供的一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法进行详细介绍，本文 中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于 帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思 想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。
权利要求
一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法，其特征在于，包括如下步骤干馏步骤，在600℃ 900℃条件下，将作为原料的褐煤隔绝空气加热，使挥发份降低到小于20％，获得适合于制备水煤浆的褐煤半焦产物、以及煤焦油和干馏煤气；研磨步骤，取所述褐煤半焦产物，在球磨机中研磨，获取两种不同粒度的焦粉；同时确定焦粉的含水量；制浆原料制备步骤，将所述两种不同粒度的焦粉进行级配并搅拌混合均匀，制成待用制浆原料；水煤浆获取步骤，向制好的所述待用制浆原料中加入萘系添加剂和水，搅拌制得褐煤水煤浆。
2.根据权利要求1所述的制备气化水煤浆的方法，其特征在于，所述研磨步骤中，研磨 成60-200目的焦粉一和小于200目焦粉二。
3.根据权利要求2所述的制备气化水煤浆的方法，其特征在于，所述制浆原料制备步骤中，所述焦粉一与所述焦粉二的质量之比在[I ~ ι]的区间内。
4.根据权利要求3所述的制备气化水煤浆的方法，其特征在于，所述制浆原料制备步 骤中，所述焦粉一与所述焦粉二的质量之比为1 1。
5.根据权利要求4所述的制备气化水煤浆的方法，其特征在于，所述水煤浆获取步骤 中，所述萘系添加剂的质量为干煤质量的1 %，所述干煤质量为级配好的所述待用制浆原料 脱水后的质量，所述脱水后的质量根据所述焦粉含水量确定。
6.根据权利要求5所述的制备气化水煤浆的方法，其特征在于，所述水煤浆获取步骤 中，添加的水的质量依据下式确定添加水的质量=干煤质量/设定浓度-级配好的制浆原 料的质量-萘系添加剂质量。
全文摘要
本发明公开了一种利用褐煤制备气化水煤浆的方法。该方法包括在600-900℃条件下，将作为原料的褐煤隔绝空气加热，获得适合于制备水煤浆的褐煤半焦产物，同时获得煤焦油和干馏煤气；取褐煤半焦，在球磨机中研磨成两种不同粒度的焦粉；将磨好的两种焦粉，按照不同配比进行级配并混合均匀，制成待用制浆原料；向制好的所述待用制浆原料中加入萘系添加剂和水，搅拌制得褐煤水煤浆。本发明利用干馏加工，先将褐煤中高附加值的焦油提取出来，并获得高品质的干馏煤气，同时获得结构和性能都易于制浆的褐煤半焦用于制浆，提高了褐煤的利用价值，实现了褐煤的综合利用。
文档编号C10B53/00GK101914401SQ20101026866
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者初茉, 周玲妹, 朱书全, 朱攀中, 杜万斗 申请人:中国矿业大学(北京)