CN103642550B - 一种煤浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤浆及其制备方法。煤浆含有如下组分：100～300重量份煤、50～200重量份水、0.01～3重量份分散剂、0.01～3重量份非极性溶剂，其中，所述的非极性溶剂与所述的煤的质量比小于等于1%；制备方法包括如下步骤：将所述的非极性溶剂和所述的煤混合均匀，得A料；将A料、所述的水和所述的分散剂混合均匀，即可。本发明制备方法制备出的煤浆成浆浓度高、固体含量高、粘度低、可以作为燃料燃烧或气化，有利于泵运、储运、易于雾化、燃烧和气化。

Description

一种煤浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种煤浆及其制备方法。

背景技术

水煤浆是一种用途广泛的浆态燃料，可用于电站锅炉、工业锅炉、工业窑炉和煤气化炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。煤浆的浓度（固含率）越高，越有利于其燃烧和气化。因此，在满足粘度等要求的前提下，制备的煤浆浓度越高，则经济效益越高。水煤浆气流床气化技术是目前大型煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。

目前，现有的水煤浆气流床气化技术多依赖烟煤等少数煤种，局限性大。褐煤等煤化程度很低的煤资源量约占世界煤炭资源总量的40%，比例极大。在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术日益受到世界能源界的重视。但是，褐煤水分高、热值低、易风化和自燃，不利于长距离输送和贮存，难以大规模开发利用。褐煤富含挥发份，活性高的特点非常适合于水煤浆气流床气化技术。然而，现有技术中的褐煤成浆性差，制得的煤浆浓度不高因而热值低，这是制约褐煤采用水煤浆气流床气化技术利用的主要障碍。最近，以褐煤为原料的制浆方法（CN102344839A，CN102260556A）主要是先将褐煤进行低温热解处理改质得到半焦，再将半焦磨粉，加水和分散剂（1%）搅拌制得水煤浆；褐煤需要先将褐煤低温热解处理，预处理较为复杂。将上述煤化程度低的煤资源的合理利用成为研究热点。现有技术中的煤浆制备方法制成的成浆浓度低，而且不适用于褐煤等煤化程度很低的煤来制作煤浆。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的煤浆成浆浓度低，而且不适用于褐煤等煤化程度很低的煤来制作煤浆，或者制作煤浆的原料褐煤存在需要经过复杂预处理的缺陷，提供一种成浆浓度高，非常有利于泵运、储运、易于雾化、燃烧和气化的一种煤浆及其制备方法。

本发明提供一种煤浆的制备方法，其含有如下组分：100～300重量份煤、50～200重量份水、0.01～3重量份分散剂、0.01～3重量份非极性溶剂，其中，所述的非极性溶剂与所述的煤的质量比小于等于1%；

其包括如下步骤：

（1）将所述的非极性溶剂和所述的煤混合均匀，得A料；

（2）将A料、所述的水和所述的分散剂混合均匀，即可。

本发明中，较佳地，所述的煤浆还含有0～3重量份的纳米粉体，但不为0；更佳地，所述的煤浆含有0.01～1重量份的纳米粉体；

当所述的煤浆中含有纳米粉体的时候，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将所述的非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂；B溶剂和所述的煤混合均匀，得混合煤；C溶剂和所述的纳米粉体混合均匀，得纳米浆体；

（2）将所述的混合煤、纳米浆体、分散剂和水混合均匀。

其中，步骤（1）所述的B溶剂和C溶剂的质量比较佳地为4:1～0.5:1。

本发明中，所述的煤浆较佳地含有如下组分：130～220重量份数的煤，100～150重量份数的水，0.1～3重量份数的分散剂，0.1～3重量份数的非极性溶剂，0.01～1重量份数的纳米粉体。

本发明中，较佳地，所述的煤浆由如下组分组成：100～300重量份煤、50～200重量份水、0.01～3重量份分散剂、0.01～3重量份非极性溶剂、0～3重量份纳米粉体。

本发明中，较佳地，所述的非极性溶剂与所述的煤的质量比为0.01%～1%。

上述制备方法中，所述的混合均匀的过程均为本领域常规操作。较佳地，所述的混合均匀的方式为搅拌；所述的搅拌的时间较佳地为1～60分钟。

本发明中，所述的煤为本领域常规的煤。一般包括无烟煤、烟煤和褐煤等。制备煤浆之前煤一般经过粉碎，粉碎后的煤的粒径一般小于1毫米。制备煤浆之前煤一般烘干，去除煤中的游离水。

本发明中，所述的煤一般不经过低温热解预处理。

本发明中，所述的分散剂为本领域常规分散剂。较佳地，所述的分散剂为萘磺酸盐、甲基萘磺酸钠甲醛缩合物、聚羧酸盐和木质素磺酸盐中的一种或多种。

本发明中，所述的非极性溶剂为本领域常规的非极性溶剂，一般包括具有疏水性质的多种低粘度工业用油。

其中，所述的非极性溶剂较佳地为煤油、柴油和汽油中的一种或多种；所述的非极性溶剂的粘度较佳地小于0.1Pa·s。

本发明中，所述的纳米粉体为本领域常规纳米粉体，一般为各种具有疏水性质的纳米尺寸粉体。其中，所述的纳米粉体的粒径较佳地小于200nm，更佳地为50nm；所述的纳米粉体较佳地为纳米碳酸钙、纳米三氧化二铁、纳米氧化铝、纳米二氧化硅和纳米炭黑中的一种或多种。

本发明还提供一种由上述方法制备的煤浆。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：使用本发明制备方法制备出的煤浆成浆浓度高、固体含量高、粘度低、可以作为燃料燃烧或气化，有利于泵运、储运、易于雾化、燃烧和气化。煤浆制备过程不需要预处理，并且非常适用于将褐煤等将煤化程度低的煤制备成成浆浓度高的煤浆，与传统的褐煤制浆的方法相比，本发明可以提高2～5%的成浆浓度，同时在剪切速率100s^-1条件下表观粘度小于1000mPa·s，特别有助于开发以褐煤为原料的水煤浆气流床气化技术、具有很大的工业化应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

1、原料

（1）褐煤，具体成分如下表所示。

（2）分散剂：萘磺酸钠

（3）非极性溶剂：煤油

（4）纳米粉体：纳米碳酸钙，直径50nm

（5）水

2、制备条件

（1）原料配比，重量分数。153重量份数的褐煤（烘干后，去除煤中的游离水），118重量份数的水，1.5重量份数的分散剂，0.75重量份数的非极性溶剂，0.15重量份数的纳米粉体。

（2）制备方法。首先，将所述的非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂（B溶剂和C溶剂质量比为1:1），B溶剂加入粉碎后的褐煤，搅拌30分钟，使褐煤颗粒表面变为疏水性；C溶剂加入纳米粉体，搅拌30分钟，形成纳米浆体；将所述的纳米浆体，加入褐煤混合，搅拌20分钟，形成改性油煤浆；将所述的改性油煤浆、水和分散剂混合，形成原料混合物；最后，将原料混合物搅拌50分钟，从而获得所述的浆体。

3、产品性能指标

（1）外观形状：灰黑色浆体。25摄氏度下，表观粘度在1Pa·s以下，有良好的流动性，可泵送；

（2）固含率（重量%）：56；

（3）浆体中固体颗粒粒径小于（毫米）：0.5；

（4）可稳定放置24小时不产生硬沉淀。

4、产品用途

替代水煤浆，用于专利申请号为98110616.1所述的多喷嘴对置式水煤浆气化炉制备合成气，有效气成分（一氧化碳和氢气）可达80%，碳转化率在99%以上。

实施例2

1、原料

（1）褐煤，具体成分如下表所示。

（2）分散剂：萘磺酸钠

（3）非极性溶剂：煤油

（4）水

2、制备条件

（1）原料配比，重量分数。147重量份数的褐煤（烘干后），118重量份数的水，1.5重量份数的分散剂，0.75重量份数的非极性溶剂。

（2）制备方法。首先，将所述的非极性溶剂加入粉碎后的褐煤，搅拌30分钟，使褐煤颗粒表面变为疏水性，形成改性油煤浆；将所述的改性油煤浆、水和分散剂混合，形成原料混合物；最后，将原料混合物搅拌60分钟，从而获得所述的浆体。

3、产品性能指标

（1）外观形状：灰黑色浆体。25摄氏度下，表观粘度在1Pa·s以下，有良好的流动性，可泵送；

（2）固含率（重量%）：54；

（3）浆体中固体颗粒粒径小于（毫米）：0.5；

（4）可稳定放置24小时不产生硬沉淀。

4、产品用途

替代水煤浆，用于专利申请号为98110616.1所述的多喷嘴对置式水煤浆气化炉制备合成气，有效气成分（一氧化碳和氢气）可达78%，碳转化率在99%以上。

实施例3

1、原料

（1）烟煤，具体成分如下表所示。

（2）分散剂：萘磺酸钠

（3）非极性溶剂：煤油

（4）纳米粉体：纳米碳酸钙，直径50nm

（5）水

2、制备条件

（1）原料配比，重量分数。213重量份数的烟煤（烘干后），118重量份数的水，1.5重量份数的分散剂，0.75重量份数的非极性溶剂，0.15重量份数的纳米粉体。

（2）制备方法。首先，将所述的非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂（B溶剂和C溶剂质量比为1:1），B溶剂加入粉碎后的烟煤，搅拌20分钟，使烟煤颗粒表面变为疏水性；C溶剂加入纳米粉体，搅拌20分钟，形成纳米浆体；将所述的纳米浆体，加入烟煤混合，搅拌15分钟，形成改性油煤浆；将所述的改性油煤浆、水和分散剂混合，形成原料混合物；最后，将原料混合物搅拌30分钟，从而获得所述的浆体。

3、产品性能指标

（1）外观形状：灰黑色浆体。25摄氏度下，表观粘度在1Pa·s以下，有良好的流动性，可泵送；

（2）固含率（重量%）：64；

（3）浆体中固体颗粒粒径小于（毫米）：0.5；

（4）可稳定放置24小时不产生硬沉淀。

4、产品用途

替代水煤浆，用于专利申请号为98110616.1所述的多喷嘴对置式水煤浆气化炉制备合成气，有效气成分（一氧化碳和氢气）可达84%，碳转化率在99%以上。

实施例4～35

实施例4～35按照下述数值的重量份的组分，使用实施例1的煤浆制备方法制备煤浆，其中涉及搅拌均为1分钟（实施例4～20），涉及搅拌均为60分钟（实施例21～35）。

实施例4～20中，将非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂（B溶剂和C溶剂质量比为4:1），使用的分散剂为：甲基萘磺酸钠甲醛缩合物和聚羧酸盐。

实施例21～35中，将非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂（B溶剂和C溶剂质量比为0.5:1），使用的分散剂为：聚羧酸盐和木质素磺酸盐。

结果表明产品效果与实施例1类似，十分良好。

对比例1～8

对比例1～8按照下述数值的重量份的组分，使用实施例1的煤浆制备方法制备煤浆，其中涉及搅拌均为60分钟。

产品性能指标：对比例1～8产品，非极性溶剂与煤的质量比超过1%，成浆效果差，流动性差，放置24小时后产生硬沉淀。

Claims (13)

1.一种煤浆的制备方法，其含有如下组分：100～300重量份煤、50～200重量份水、0.01～3重量份分散剂、0.01～3重量份非极性溶剂，其中，所述的非极性溶剂与所述的煤的质量比小于等于1％；

其包括如下步骤：

(1)将所述的非极性溶剂和所述的煤混合均匀，得A料；

(2)将A料、所述的水和所述的分散剂混合均匀，即可。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的煤浆还含有0～3重量份的纳米粉体，但不为0；

当所述的煤浆中含有纳米粉体的时候，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)将所述的非极性溶剂分两份为B溶剂和C溶剂；B溶剂和所述的煤混合均匀，得混合煤；C溶剂和所述的纳米粉体混合均匀，得纳米浆体；

(2)将所述的混合煤、纳米浆体、分散剂和水混合均匀。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的B溶剂和C溶剂的质量比为4:1～0.5:1。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的煤浆含有0.01～1重量份的纳米粉体。

5.如权利要求2所述的制备方法，所述的煤浆含有如下组分：130～220重量份数的煤，100～150重量份数的水，0.1～3重量份数的分散剂，0.1～3重量份数的非极性溶剂，0.01～1重量份数的纳米粉体。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的煤浆由如下组分组成：100～300重量份煤、50～200重量份水、0.01～3重量份分散剂、0.01～3重量份非极性溶剂、0～3重量份纳米粉体。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的纳米粉体的粒径小于200nm；

和/或，所述的纳米粉体为纳米碳酸钙、纳米三氧化二铁、纳米氧化铝、纳米二氧化硅和纳米炭黑中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的纳米粉体的粒径为50nm。

9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的非极性溶剂与所述的煤的质量比为0.01％～1％；所述的煤为无烟煤、烟煤和褐煤中的一种或多种；所述的煤的粒径小于1毫米；所述的煤不经过低温热解预处理。

10.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的混合均匀的方式为搅拌。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌的时间为1～60分钟。

12.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为萘磺酸盐、甲基萘磺酸钠甲醛缩合物、聚羧酸盐和木质素磺酸盐中的一种或多种；

和/或，所述的非极性溶剂为煤油、柴油和汽油中的一种或多种；

和/或，所述的非极性溶剂的粘度小于0.1Pa·s。

13.如权利要求1～12任一项所述的制备方法制备的煤浆。