CN112725045A - 水煤浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废弃物资源化领域，公开了一种水煤浆及其制备方法。所述水煤浆由包含以下组分的原料制成：煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水；所述煤粉的内水含量为5‑8％，可磨性指数为40‑80，空气干燥基灰分为6‑15％。本发明的水煤浆在制备过程中不仅充分利用了生产BDO过程中产生的有机废液，将BDO有机废液变废为宝；而且所配制的水煤浆具有优异的成浆性，能够实现较高的实测浓度，具有适合的粘度和稳定性，并且具有优异的流动性。

Description

水煤浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及废弃物资源化领域，具体涉及一种水煤浆及其制备方法。
背景技术
炔醛法是企业生产1,4-丁二醇(BDO)的主流方法，该方法是首先用甲醛和乙炔反应生成1,4-丁炔二醇，然后1,4-丁炔二醇在高压下加氢饱和生成1,4-丁二醇。其中，甲醛和乙炔的反应需要用碳酸钠和氢氧化钠来调节pH，反应得到浓度较低的1,4-丁二醇溶液经过提浓、除盐、脱低沸物、脱高沸物等精馏过程，以得到纯度较高的1,4-丁二醇。为了避免杂质在精馏塔中累计而影响产品质量，需要对所有精馏塔排放置换一部分物料，置换掉的物料即为BDO有机废液，主要组分为焦油和钠盐，其中焦油的主要成分为1,4-丁二醇、癸烯醇、壬二醇。
使用炔醛法生产1t BDO会产生0.1t有机废液，新环保法要求企业对BDO有机废液进行无害化资源化处理。大多数企业采用焚烧技术，但焚烧***在运行过程中因排出固体盐困难而无法长周期稳定运行。有些企业采用蒸馏回收一部分醇类物质，但该技术耗能较多，且蒸馏剩余的大量废液仍无法彻底处理。
CN104197340A公开了一种处理BDO及IPA废液废气的焚烧处理装置及方法，所述装置包括焚烧锅炉、废气废液供应***、燃料气供应***、助燃风供应***、固体盐捕集***、烟气排放***等，该方法采用焚烧锅炉一体化装置对BDO生产装置及IPA生产装置产生的废气废液进行无害化处理，并副产大量蒸汽，实现了BDO有机废液中热能的回收利用，但是未对其化学能进行有效利用。
CN104262097A公开了一种无害化处理BDO有机废液的方法，将BDO有机废液进行处理得到醇制品和硝酸钠，同时充分应用了其中热值很高的焦油，但该方法后期还需要对含盐物进行燃烧，工序复杂，生产成本及能耗高，生产效率低。
CN106349018A公开了一种无害化处理生产BDO有机废液的方法，将BDO有机废液进行处理得到BDO和钠盐产品，但由于BDO废液组成波动较大，产品质量不易控制，对装置连续化运行影响较大。
发明内容
针对现有技术存在的BDO有机废液处理成本高、不能有效利用等问题，本发明提供了一种水煤浆及其制备方法。该水煤浆中掺混有BDO有机废液，一方面使水煤浆具有优异的成浆性，满足气化炉使用的要求，另一方面也实现了对BDO有机废液的有效资源化利用，使BDO有机废液具有处理成本低的特点。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种水煤浆，由包含以下组分的原料制成：煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水；其中，所述煤粉的内水含量为5-8％，可磨性指数为40-80，空气干燥基灰分为6-15％；以所述原料的总重量为基准，所述煤粉的用量为55-62重量％，所述分散剂的用量为0.1-0.5重量％，所述BDO有机废液的用量为1-5重量％，所述磨煤水的用量为33-43重量％。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种制备所述水煤浆的方法，该方法包括：将所述煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水混合均匀。
本发明的水煤浆在制备过程中不仅充分利用了生产BDO过程中产生的有机废液，将BDO有机废液变废为宝；而且所配制的水煤浆具有优异的成浆性，能够实现较高的实测浓度，具有适合的粘度和稳定性，并且具有优异的流动性，满足气化炉水煤浆的使用要求。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种水煤浆，所述水煤浆由包含以下组分的原料制成：煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水。
在本发明中，所述煤粉的内水含量为5-8％，可磨性指数为40-80，空气干燥基灰分为6-15％，这样能够提高所述水煤浆的成浆性能。所述煤粉可以是满足使用要求的单煤，也可以是两种以上原料煤进行互配得到的混合煤。
优选地，所述煤粉的空气干燥基弹筒发热量为≥25MJ/kg，煤灰流动温度1200-1350℃。
在本发明中，煤的内水含量、空气干燥基灰分均按照GB/T 212测得；可磨性指数按照GB/T 2565测得；空气干燥基弹筒发热量按照GB/T 213测得；煤灰流动温度按照GB/T 219测得。
按照一种优选的实施方式，所述煤粉的粒度分布为：8-14目颗粒占1-5％，14-40目颗粒的占5-10％，40-200目颗粒占为20-40％，其余为200目下颗粒。所述煤粉可通过将原料煤磨碎、筛分获得。
在本发明中，所述BDO有机废液是指生产BDO过程中产生的有机废液。所述BDO有机废液含有各种醇、钠盐和水等，其中的醇包括1,4-丁二醇、丁醇、甲醇、丙醇、炔丙醇、丁炔二醇等，所述钠盐包括Na2CO3。针对本发明，优选情况下，所述BDO有机废液中的水含量为5-20重量％，更优选为10-15重量％；醇含量为50-85重量％，更优选为53-66重量％；钠盐含量为10-30重量％，更优选为13-26重量％。进一步优选地，所述BDO有机废液中的1,4-丁二醇含量为23-28重量％。除了水、醇和钠盐，有机废液的其它主要组分包括呋喃类和烯烃类。
在本发明中，所述BDO有机废液中的醇起到了分散煤粉的作用，醇上的羟基能吸附在煤颗粒上，并通过以下作用阻止煤颗粒之间的聚集：1)增加煤颗粒的亲水性，改善煤颗粒的润湿性；2)使煤颗粒表面的电负性增强，从而使煤颗粒之间的静电斥力增加；3)羟基的结构产生空间位阻效应，阻止煤颗粒互相团聚。醇羟基可通过氢键或共价键在煤颗粒间架桥形成骨架结构，水被包裹在空隙间，从而使水煤浆黏度适度升高，有利于水煤浆稳定性的提高，BDO有机废液中的钠盐在制浆过程可以作为pH调节剂。
在本发明中，所述分散剂可以为萘磺酸盐甲醛缩合物和/或木质素磺酸钠。优选地，所述分散剂为木质素磺酸钠，这样使水煤浆更合适气化炉中的使用要求。
在本发明中，所述磨煤水是煤气化过程产生部分废水的混合物，主要包括渣水处理***废水、沉渣池黑水、变换汽提塔冷凝液、甲醇精馏废水等。
在本发明中，以所述原料的总重量为基准，所述煤粉的用量为55-62重量％，所述分散剂的用量为0.1-0.5重量％，所述BDO有机废液的用量为1-5重量％，所述磨煤水的用量为33-43重量％。
优选情况下，以所述原料的总重量为基准，以所述原料的总重量为基准，所述煤粉的用量为58-62重量％，所述分散剂的用量为0.1-0.3重量％，所述BDO有机废液的用量为1-3重量％，所述磨煤水的用量为36-40重量％。
优选情况下，所述水煤浆的浓度不低于60重量％，粘度为780-920mPa·s。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种制备所述水煤浆的方法，该方法包括：将所述煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水混合均匀。
根据本发明的方法，所述煤粉通过将原料煤进行磨碎、筛分获得，所述磨碎可在球磨机中进行。
按照一种具体的实施方式，制备所述水煤浆的方法包括以下步骤：
(1)将所述煤粉、分散剂和磨煤水搅拌均匀，得到混合液；
(2)将所述混合液与所述BDO有机废液搅拌均匀，得到所述水煤浆。
优选地，步骤(1)中，搅拌的速度为800-1000rpm，搅拌时间为8-10分钟。步骤(2)中，搅拌的速度为900-1100rpm，搅拌时间为2-3分钟。更优选地，步骤(2)的搅拌速度大于步骤(1)的搅拌速度。考虑到工厂气化单元的操作流程，所述混合液与BDO有机废液分别储存在的储罐中，该具体的实施方式在工厂实际操作中易于实现水煤浆的制备，更容易操作。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
木质素磺酸钠购自江苏省宜兴市星光宝亿化工有限公司，牌号为XGC-99-II。
萘磺酸盐甲醛缩合物购自浙江省绍兴上虞浙创化工有限公司。
水煤浆的成浆性按照GB/T18856测定，具体包括测定实测浓度、表观粘度和稳定性。
水煤浆流动性按照以下两种方法测试。一种是目测法，分为四个等级，A为连续流动，B为半连续流动，C为间断流动，D为不流动。另一种方法是以t50来表示水煤浆的流动性：取100mL水煤浆置于直径90mm、长度165mm、出口内径9mm的漏斗中，漏斗出口用量筒接收，从水煤浆滴落开始计时，当量筒中水煤浆体积为50mL时所用时间记为t50，t50越小，说明水煤浆的流动性越好。
以下实施例用于说明本发明的水煤浆及其制备方法。所提到的份数均指重量份。
实施例1
(1)原料
原料煤为银二煤，内水含量7.29％，空气干燥基弹筒发热量27.51MJ/kg，可磨性指数HGI＝47，空气干燥基灰分6.35％，煤灰流动温度1346℃；
煤粉级配粒度：8-14目颗粒占2％，14-40目颗粒占8％，40-200目颗粒占30％，剩余为200目下颗粒。
BDO有机废液：水含量为14.50重量％，醇含量为65.03重量％，钠盐含量13.61重量％；且废液中的1,4-丁二醇含量为23.55重量％。
(2)制备水煤浆
向容器中加入60份煤粉、0.2份木质素磺酸钠和38.8份磨煤水以1000rpm搅拌8min，然后加入1份BDO有机废液继续以1100rpm搅拌2min，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例2
按照实施例1的方法制备水煤浆，不同的是，煤粉、木质素磺酸钠、磨煤水和BDO有机废液的用量分别为60份、0.2份、37.8份、2份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
对比例1
按照实施例1的方法制备水煤浆，不同的是，不采用BDO有机废液，并将磨煤水的用量提高至39.8份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例3
(1)原料
将内蒙煤与银二煤按照质量比1∶3配煤，得到的混合煤的内水含量6.10％，空气干燥基弹筒发热量28.42MJ/kg，可磨性指数HGI＝48，空气干燥基灰分6.33％，煤灰流动温度1302℃。
煤粉级配粒度：8-14目颗粒占2％，14-40目颗粒占8％，40-200目颗粒占30％，剩余为200目下颗粒。
BDO有机废液：水含量为10.29重量％，醇含量为53.22重量％，钠盐含量25.95重量％；且废液中的1,4-丁二醇含量为26.74重量％。
(2)制备水煤浆
向容器中加入60份煤粉、0.2份木质素磺酸钠和38.8份磨煤水在以800rpm搅拌10min，然后加入1份BDO有机废液继续以900rpm搅拌3min，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例4
按照实施例3的方法制备水煤浆，不同的是，煤粉、木质素磺酸钠、磨煤水和BDO有机废液的用量分别为60份、0.2份、37.8份、2份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
对比例2
按照实施例3的方法制备水煤浆，不同的是，不采用BDO有机废液，并将磨煤水的用量提高至39.8份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例5
(1)原料
将内蒙煤与羊一煤按照质量比1∶3配煤，得到的混合煤的内水含量5.41％，空气干燥基弹筒发热量25.64MJ/kg，可磨性指数HGI＝62，空气干燥基灰分14.37％，煤灰流动温度1305℃。
煤粉级配粒度：8-14目颗粒占2％，14-40目颗粒占8％，40-200目颗粒占30％，剩余为200目下颗粒。
BDO有机废液：水含量为14.50重量％，醇含量为65.03重量％，钠盐含量13.61重量％；且废液中的1,4-丁二醇含量为23.55重量％。
(2)制备水煤浆
向容器中加入60份煤粉、0.2份木质素磺酸钠和38.8份磨煤水在以1000rpm搅拌8min，然后加入1份BDO有机废液继续以1100rpm搅拌2min，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例6
按照实施例5的方法制备水煤浆，不同的是，煤粉、木质素磺酸钠、磨煤水和BDO有机废液的用量分别为60份、0.2份、37.8份、2份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
对比例3
按照实施例5的方法制备水煤浆，不同的是，不采用BDO有机废液，并将磨煤水的用量提高至39.8份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
对比例4
按照实施例5的方法制备水煤浆，不同的是，煤粉、木质素磺酸钠、磨煤水和BDO有机废液的用量分别为60份、0.2份、33.8份和6份，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例7
(1)原料
同实施例5。
(2)制备水煤浆
向容器中加入62份煤粉、0.2份木质素磺酸钠和32.8份磨煤水在以1000rpm搅拌8min，然后加入5份BDO有机废液继续以1100rpm搅拌2min，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例8
(1)原料
同实施例5。
(2)制备水煤浆
向容器中加入55份煤粉、0.1份木质素磺酸钠和39.9份磨煤水在以1000rpm搅拌8min，然后加入5份BDO有机废液继续以1100rpm搅拌2min，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
实施例9
按照实施例5的方法制备水煤浆，不同的是，将木质素磺酸钠替换为等质量的萘磺酸盐甲醛缩合物，制得水煤浆。水煤浆的性质如表1所示。
对比例5
按照实施例5的方法制备水煤浆，不同的是，采用的煤粉是将羊一煤与银二煤按照质量比3∶1配煤得到的混合煤，混合煤的内水含量10.03％，空气干燥基弹筒发热量23.78MJ/kg，可磨性指数HGI＝65，空气干燥基灰分21.35％，煤灰流动温度1100℃。
煤粉级配粒度：8-14目颗粒占2％，14-40目颗粒占8％，40-200目颗粒占30％，剩余为200目下颗粒。
水煤浆的性质如表1所示。
表1
Figure BDA0002252120380000101
结合表1的数据，将实施例1-9与对比例1-3相比可知，在煤粉用量相同的情况下，本发明的方法制备出的水煤浆能获得较高的实测粘度，且水煤浆同时兼具较高的流动性及稳定性，可达到气化用水煤浆标准要求。另外，将实施例5与对比例4相比可知，BDO有机废液用量过高会导致水煤浆粘度过高且流动性和稳定性变差。将实施例5与对比例5相比可知，在水煤浆中引入本发明的煤粉能提高水煤浆的流动性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水煤浆，其特征在于，所述水煤浆由包含以下组分的原料制成：煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水；其中，所述煤粉的内水含量为5-8％，可磨性指数为40-80，空气干燥基灰分为6-15％；
以所述原料的总重量为基准，所述煤粉的用量为55-62重量％，所述分散剂的用量为0.1-0.5重量％，所述BDO有机废液的用量为1-5重量％，所述磨煤水的用量为33-43重量％。
2.根据权利要求1所述的水煤浆，其中，所述BDO有机废液的水含量为5-20重量％，醇含量为50-85重量％，钠盐含量为10-30重量％。
3.根据权利要求2所述的水煤浆，其中，所述BDO有机废液中的1,4-丁二醇含量为23-28重量％。
4.根据权利要求1所述的水煤浆，其中，以所述原料的总重量为基准，所述煤粉的用量为58-62重量％，所述分散剂的用量为0.1-0.3重量％，所述BDO有机废液的用量为1-3重量％，所述磨煤水的用量为36-40重量％。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的水煤浆，其中，所述分散剂为木质素磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的水煤浆，其中，所述煤粉的空气干燥基弹筒发热量为≥25MJ/kg，煤灰流动温度1200-1350℃。
7.根据权利要求1或6所述的水煤浆，其中，所述煤粉的粒度分布为：8-14目颗粒占1-5％，14-40目颗粒的占5-10％，40-200目颗粒占为20-40％，其余为200目下颗粒。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的水煤浆，其中，所述水煤浆的浓度不低于60重量％，表观粘度为780-920mPa·s。
9.一种制备权利要求1-8中任意一项所述水煤浆的方法，该方法包括：将所述煤粉、分散剂、BDO有机废液和磨煤水混合均匀。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将所述煤粉、分散剂和磨煤水搅拌均匀，得到混合液；
(2)将所述混合液与所述BDO有机废液搅拌均匀，得到所述水煤浆；
优选地，步骤(1)中，搅拌的速度为800-1000rpm，搅拌时间为8-10分钟；步骤(2)中，搅拌的速度为900-1100rpm，搅拌时间为2-3分钟。
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