CN114456866A - 褐煤改性脱水方法及其生产工艺与改性脱水褐煤的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了褐煤改性脱水方法，其特征在于：包括“褐煤改性”工艺：所述“褐煤改性”工艺是：将褐煤与“憎水改性添加物”按质量比值大于2的比例混合物料及搅拌加热，使得褐煤的外表层由亲水性改变成憎水性，制得憎水性褐煤；其中，憎水改性添加物中物质的最低的熔点温度≤混合物料的加热温度≤褐煤粉粒的燃点温度。本发明还公开了褐煤改性生产工艺以及改性脱水褐煤的应用。本发明解决了褐煤长久以来不能够在安全经济的低温(能够小于100℃)情况下脱出内水及脱出水分不易回收利用的技术难题，以及褐煤干燥后，在空气中的“复吸”(吸潮)、扬尘、易自燃等不利于褐煤长期储存及长途运输的世界技术难题，具有高价值的应用前景。

Description

褐煤改性脱水方法及其生产工艺与改性脱水褐煤的应用

技术领域

本发明属于褐煤领域，具体涉及褐煤改性脱水方法及其生产工艺与改性脱水褐煤的应用。

背景技术

褐煤是存储量较大的一个煤种，是煤化程度最低的矿产煤。全世界褐煤地质储量占煤炭储量40％。中国已发现的褐煤资源量为1311.42亿吨，约占中国煤炭保有资源量的13％。褐褐燃烧时会有大量的黑灰飘在空中，如果不经过洗煤处理和提炼，大量使用劣质褐煤会导致雾霾问题日益严重。但在能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关的加工生产技术日益被世界能源界所重视。

目前，如何环保有效的利用褐煤是世界性的难题，主要存在的难点是：

1、褐煤易燃而难以储存；

2、褐煤干燥后宜复吸水而造成干燥效果大打折扣；

3、因为褐煤的含水较高，运输成本高，并且褐煤在化工方面的应用，受褐煤内水不易脱去(现有技术需在接近褐煤燃点的较高温度下，才能实现脱水)；因此利用现有技术来对褐煤进行脱水，不仅脱水效果及生产效率低下，同时存在较大安全风险。

4、褐煤通过“内水”、“外水”和“全水”来反应水分指标，其中“内水”是指吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分；“外水”是指附着在煤颗粒表面的水分；“全水”是“内水”和“外水”的总和；通常褐煤的内水含量占到了全水含量的80％以上。目前，全球范围内还没有探索出，如何安全、经济有效的脱去褐煤内水的办法。

另外，目前现有褐煤利用主要的方法有：

1、褐煤直接燃烧发电，也就是将含水约40-60％的褐煤直接输送至锅炉进行燃烧；

2、稍好的工艺是将高含水的褐煤干燥后使用，将褐煤进行脱水至较低的全水含量(全水含量低于35％，最低干燥至全水15％)，使得褐煤的热值提高，燃烧效率提高，例如，公告号CN102192638B公开的“一种实现褐煤低温干燥的方法”，该技术方案采用内热式滚筒干燥炉，干燥温度控制在180至250度(极易引燃褐煤，出现燃爆的安全隐患)。

3、还有将褐煤进行隔绝空气热解工艺，根据温度差不同得到煤气、焦油、焦等方式利用。

但上述利用方式在生产过程存在的问题太多，集中表现为：褐煤利用过程易燃易爆，危险性较高(有发生过多次事故的案例)。生产现场对设备、操作工人、操作流程要求极高。干燥后的褐煤还有复吸水的特点，使干燥效率和干燥效果大打折扣。褐煤的不稳定状态也使其运输不便。

综上，现有褐煤加工生产及其利用存在如此多的不安全及低效率的不足之处。

基于此，申请人考虑设计一种能够更为安全经济节能环保的褐煤加工利用工艺。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够更为安全经济节能环保的褐煤改性脱水方法及其生产工艺与改性脱水褐煤的应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

褐煤改性脱水方法，其特征在于：包括“褐煤改性”工艺：

所述“褐煤改性”工艺是：将褐煤与“憎水改性添加物”按质量比值大于2的比例混合物料及搅拌加热，使得褐煤的外表层由亲水性改变成憎水性，制得憎水性褐煤；

其中，憎水改性添加物中物质的最低的熔点温度≤混合物料的加热温度≤褐煤粉粒的燃点温度。

需要说明的是：褐煤的外表层包含：褐煤粉粒的外表层或/和褐煤粉粒表面孔孔隙的内表面。

同现有技术相比较，本发明褐煤改性脱水方法的优点是：

1、实现低温安全的褐煤脱水干燥，降低褐煤内水含量，避免外水复吸：

在褐煤改性过程中，加热后混合物料的温度处在50度至150摄氏度之间，加热过程不会引燃褐煤，实现低温安全的加热；且加热所需热量与能耗更低，使得改性过程更为经济节能。

且在褐煤改性过程中，褐煤内部的内压逐渐升高(褐煤内压大于褐煤外部空间压力)，内水蒸发水蒸气从憎水层穿透至外部，实现内水转变成外水，并最终能够将褐煤的内水干燥至11％以内，获得优异的内水脱出效果；与此同时，由于褐煤的外表层由亲水性改变成憎水性，使得褐煤的外水难以再经褐煤的外表层进入褐煤内部，彻底解决行业内长期存在而没能解决的“褐煤干燥后复吸水致使全水含量增加”的技术难点。

2、褐煤改性工艺简单，脱水效果能够持久保持；本工艺易于实施，适合工业化规模生产使用。

3、经褐煤改性脱水后制得的憎水性褐煤，具有可长期(数月至数年)安全储存，储存能源密度更大的优点。相比未处理的褐煤原煤而言，利用本发明制得的改性褐煤，能够成为更为优质的化工原料或更为优质发电燃料。

4、采用本发明褐煤改性脱水方法，褐煤在脱水后，挥发分变化很小，可获得“低水份、高挥发分的褐煤”，“低水份、高挥发分的褐煤”是煤制气、煤制油的理想原料，使得“低水份、高挥发分的褐煤”能够成为国家或地区油、气储备的理想能源战略物资。

5、“低水份、高挥发分的褐煤”用作动力燃料，能够燃烧得更为充分，发热量更高，不易产生雾霾污染物，更加环保。

6、“低水份、高挥发分的褐煤”易于通过现有的“干馏工艺”(如，公告号CN104312627B技术方案公开的“一种褐煤干馏方法及装置”)将其中的挥发分提取后，在“全水”、“灰份”、“挥发份”以及“固定碳”指标上的含量满足兰炭的国家标准(“兰炭”是一种新型的炭素材料，具有“固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，以逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产”)，实现更为丰富的用途，具有更优的应用前景。

7、采用本技术方案，可根据运输的需要，灵活的通过调整搅拌加热干燥的时间，达到控制憎水性褐煤表面水分的目的，以利长途运输。

8、采用现有干燥筒干燥后的褐煤看起来干燥，但实际水分高，还扬尘厉害。采用本技术方案改性脱水干燥后的褐煤，在空气中不吸潮、挥发分不析出、不自燃。表面看起来湿润，基本不扬尘。特别的是，本技术方案的工艺可根据运输的需要，通过调整干燥的时间，达到控制表面水分的目的，以利长途运输。

9、目前，褐煤脱水以及对褐煤中脱水进行有效回收均是行业长久面临且未解决的技术难题。结合使用本技术方案的方法及生产工艺干燥褐煤，(结合间接传热烘干机和冷凝水回收装置使用)可使褐煤在干燥脱水过程中析出的水分(含内水和外水)接近于100％的被回收(后供再利用)，有效解决褐煤化工中水资源匮乏的问题。

其中，加热能够使得混合物料的温度处在50度至150度之间。

该温度区间恰能够达到憎水改性添加物中物质的最低的熔点温度，且满足小于褐煤粉粒的燃点温度，能够获得良好的搅拌加热效果，进而安全经济的制得憎水性褐煤。

其中，搅拌加热时间为0.3至3小时。

低于0.3小时的搅拌加热时间，容易出现搅拌不均匀的情形；

高于3小时的搅拌加热时间，褐煤的脱水率(脱水量)变化不大(且会耗费更多加热所需的能源，不够节能环保)。

其中，经“褐煤改性”的工艺制得的憎水性褐煤后采用烘干脱水工艺、采用凉晒或采用通风的方式来脱出外水。

这样一来，能够更好的脱出改性褐煤的外水，进一步降低改性褐煤的全水含量，提升燃烧热值。

其中，所述烘干脱水工艺是根据是否需要回收水分来决定是采用间接传热或直接传热的烘干机来实现。

当需要回收水分时(缺水地区)，(如图3所示)采用间接传热烘干机(也称作：“间接加热烘干机”，例如，带有中空搅拌叶片、中空的转盘或中空的转筒的烘干机，可向中空部分通入热介质，热介质不直接与褐煤接触)。不需要回收水分时(水资源丰富地区)，(如图2所示)采用直接传热烘干机(也称作：“直接加热烘干机；例如：热风或烟气转筒烘干机(也称作：旋转干燥筒、滚筒烘干机或回转烘干机)，热介质(如高温蒸汽或热气)能够直接与褐煤接触)来实现，能够更为高效对改性褐煤外表面的外水进行干燥，提升干燥效率和干燥效果。

改性脱水褐煤的应用，其特征在于：将憎水性褐煤、水与型煤粘接剂按重量比100:(3-12)：(0.5-5)充分搅拌混合后，压制成型制得改性褐煤块，所述改性脱水褐煤块为球型、柱型或矩形体状结构。

褐煤改性脱水生产工艺，其特征在于：在改性反应釜中添加褐煤与憎水改性添加物混合与搅拌加热。

附图说明

图1为本技术方案中褐煤改性脱水生产工艺流程图。

图2为本技术方案中褐煤改性脱水***的结构示意图(烘干机为直接传热烘干机)。

图3为本技术方案中褐煤改性脱水***的结构示意图(烘干机为间接传热烘干机)。

图中标记为：

10褐煤改性用反应釜

20转筒烘干机；21间接传热烘干机(210热气入口、211热气出口)；22冷凝水回收装置

30稳定料仓

40干料仓

50干料输送机

60缓存料仓

70螺旋分料装置

80扰动机

90上料仓

100上料输送机

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

褐煤改性脱水方法的实施例1：

所述憎水改性添加物为钙盐化合物(碳酸钙或脂肪酸钙或碳酸氢钙或氧化钙)和脂肪酸；褐煤粉粒、钙盐化合物和脂肪酸按照重量份之比100：(0.1-30)：(0.1-20)的比例混合。

加热后混合物料温度为65摄氏度。

搅拌加热时间为20分钟。

实施时，优选褐煤的粒径小于10厘米。

褐煤改性脱水方法的实施例2：

本实施例与实施例1不同在于：所述憎水改性添加物为钙盐化合物(碳酸钙或脂肪酸钙或碳酸氢钙或氧化钙)和柠檬酸；褐煤粉粒、钙盐化合物和和柠檬酸按照重量份之比100：(0.1-30)：(0.1-20)的比例混合。

加热后混合物料温度为75摄氏度。

搅拌加热时间为1小时。

褐煤改性脱水方法的实施例3：

本实施例与实施例1或2不同在于：所述憎水改性添加物为钙盐化合物(碳酸钙或脂肪酸钙或碳酸氢钙或氧化钙)、脂肪酸和石蜡；褐煤粉粒、钙盐化合物、脂肪酸和石蜡按照重量份之比100：(0.1-30)：(0.1-20)：(0.01-2)的比例混合。

加热后，混合物料温度为85摄氏度。

搅拌加热时间为2小时。

最终，参见下表的检测记录与对比：

表1褐煤改性脱水方法的实施例2和3与原始褐煤的含水数据对比表

由表1可看出，经本技术方案使得褐煤改性后，大幅降低了褐煤的内水含量。

以下为结合了烘干脱水工艺的褐煤改性脱水方法，其中烘干脱水工艺的烘干混合物料的加热温度优选低于150度。这样一来，改性脱水褐煤的外表层的憎水性的憎水性能仍能够有效保持。

褐煤改性脱水方法的实施例4：

经“褐煤改性”的工艺制得的憎水性褐煤后采用烘干脱水工艺的方式来脱出外水；所述烘干脱水工艺采用转筒烘干机来实现，经褐煤改性后经烘干脱水工艺处理约2小时。

表2褐煤改性脱水方法的实施例4与原始褐煤的含水数据对比表

由表2可看出，采用本技术方案对褐煤改性后，再进一步烘干后，能够大幅降低了褐煤的全水含量。

改性脱水褐煤的应用的实施例1：

改性脱水褐煤的应用，将憎水性褐煤、水与型煤粘接剂按重量比100:(3-12)：(0.5-5)充分搅拌混合后，压制成型制得改性褐煤块。

通过热烘干的方式使得水分蒸发掉。

所述改性褐煤块作为化工用煤，将水分干燥到6％以内。

改性脱水褐煤的应用的实施例2：

本实施例与改性脱水褐煤的应用的实施例1不同在于：通过凉晒或通风的方式使得水分蒸发掉。

所述改性褐煤块作为动力用煤，将水分干燥到15％以内。

褐煤改性脱水生产工艺

褐煤改性脱水生产工艺，在改性反应釜中添加褐煤与憎水改性添加物混合与搅拌加热。

采用“改性反应釜”来实现褐煤改性脱水生产工艺，能够规模产业化的生产“改性反应釜”，从而更易于实现规模化的对褐煤改性脱水，获得规模效益。

褐煤改性用反应釜

褐煤改性用反应釜，包括用于装载物料的容器；

所述容器上设置有用于向容器内部送料的投料口；

所述容器内部设置有用于对装载的物料进行搅拌的搅拌机构；

所述容器上还设置有用于对装载的物料进行加热的加热结构。

以上褐煤改性用反应釜具有结构较为简单，易于生产制造的优点；易于用来对褐煤进行改性脱水，获得褐煤改性脱水后的诸多优点。

其中，所述送料口设置于所述容器的顶部，所述容器的底部设置有装有控制阀的出料口。

上述送料口和出料口的设置，易于利用物料自身重力来投料和出料。

其中，所述搅拌机构包括由减速电机驱动的转轴上固定安装的搅拌用螺旋叶片(图中未示出)。

实施时，优选所述搅拌用螺旋叶片能够对容器内高度方向的中部和底部的物料进行搅拌。

上述包括搅拌用螺旋叶片结构，具有不易卡堵的优点，能够持久确保搅拌的可靠性。

其中，所述加热结构为成型于所述容器的侧壁夹层空间，所述容器的内侧壁为导热侧壁，所述侧壁夹层空间内用于设置加热源。

采用上述加热结构后，能办简化褐煤改性用反应釜的外形结构，降低布置安装褐煤改性用反应釜所需的占地面积。

实施时，所述加热源为加热蒸汽，所述容器的外侧设置有各自与所述侧壁夹层空间连通的进汽口和出汽口。

实施时，所述加热源为电加热元件(如电加热丝或电加热管)。

其中，褐煤改性用反应釜还包括与所述容器内腔之间通过管道连通的冷凝水回收装置，所述冷凝水回收装置用于回收容器生成的水蒸气。

褐煤改性脱水***

褐煤改性脱水***，包括上述褐煤改性用反应釜；

还包括烘干机，所述烘干机的入料口与所述褐煤改性用反应釜的出料口之间接通；所述烘干机的输出端用于输出烘干的改性褐煤；

所述烘干机为直接传热烘干机(如图2所示，其中烘干机为转筒烘干机，加热源为热烟气)或间接传热烘干机(如图3所示，其中的烘干机为现有间接加热烘干装置(如公告号CN210292615U示出的技术方案))。

实施时，优选所述烘干机的入料口与所述褐煤改性用反应釜的出料口之间通过绞龙输送机(也称作：螺旋输送机)接通。

采用上述褐煤改性脱水***后，即可利用褐煤改性用反应釜来高效的对褐煤来改性，并将褐煤的内水脱出成改性褐煤外表面的外水。

后将改性后的褐煤输入烘干机后，即可利用烘干机来高效的烘干褐煤外表面的外水，实现理想高效的脱水效果。

其中，褐煤改性脱水***，还包括稳定料仓，所述稳定料仓设置在所述褐煤改性用反应釜的出料口与所述烘干机的入料口之间，所述稳定料仓用于储存所述褐煤改性用反应釜的出料并使得所述烘干机能够获得稳定的入料量和入料速度。

上述稳定料仓的设置，能够同时用来与储存承接多个褐煤改性用反应釜的出料；与此同时，也能够更好匹配烘干机具有稳定的入料量和入料速度，确保烘干机具有理想的烘干使用效果。

其中，褐煤改性脱水***，还包括干料仓，所述烘干机的输出端的端口通过干料输送机与所述干料仓的入口接通，所述干料仓用于储存与输出干料。

干料仓的设置能够用来规模储存与输出烘干的改性褐煤。

其中，褐煤改性脱水***，还包括缓存料仓，所述缓存料仓的底部为安装有可控开关且外端口与所述褐煤改性用反应釜的投料口接通，所述缓存料仓用于储存褐煤改性反应釜中的投料。

实施时，优选所述可控开关为螺旋分料装置。

实施时，在所述缓存料仓的内底部且为位于所述可控开关的上方设置有扰动机。

单个缓存料仓的设置，能够更快且大量的储存待改性的投料；且单个缓存料仓能够同时给多个褐煤改性用反应釜投料，提高褐煤改性的加工生产效率。

其中，褐煤改性脱水***还包括上料仓，所述上料仓用于储存与输出褐煤改性用反应釜的投料；

所述上料仓的输出端通过上料输送机与所述缓存料仓的进料口接通。

上述上料仓及上料输送机的设置，则能够规模储存与高效输出待改性的原料至褐煤改性用反应釜，更好确保褐煤改性的规模产业化的顺利开展。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (10)

1.褐煤改性脱水方法，其特征在于：包括“褐煤改性”工艺：

所述“褐煤改性”工艺是：将褐煤与“憎水改性添加物”按质量比值大于2的比例混合物料及搅拌加热，使得褐煤外表层由亲水性改变成憎水性，制得憎水性褐煤；

其中，憎水改性添加物中物质的最低的熔点温度≤混合物料的加热温度≤褐煤粉粒的燃点温度。

2.根据权利要求1所述的褐煤改性脱水方法，其特征在于：加热能够使得混合物料的温度处在50度至150度之间。

3.根据权利要求1所述的褐煤改性脱水方法，其特征在于：搅拌加热时间为0.3至3小时。

4.根据权利要求1所述的褐煤改性脱水方法，其特征在于：经“褐煤改性”的工艺制得的憎水性褐煤后采用烘干脱水工艺、采用凉晒或采用通风的方式来脱出全水。

5.根据权利要求4所述的褐煤改性脱水方法，其特征在于：所述烘干脱水工艺，当需要回收水分时，采用间接传热烘干机来实现；所述烘干脱水工艺，当不需要回收水分时，采用直接传热烘干机来实现。

6.改性脱水褐煤的应用，其特征在于：将憎水性褐煤、水与型煤粘接剂按重量比100:(3-12)：(0.5-5)充分搅拌混合后，压制成型制得改性脱水褐煤块，所述改性脱水褐煤块为球型、柱型或矩形体状结构。

7.根据权利要求6所述的改性脱水褐煤的应用，其特征在于：所述改性脱水褐煤块通过凉晒、通风或用热烘干的方式使得水分蒸发掉。

8.根据权利要求6所述的改性脱水褐煤的应用，其特征在于：所述改性脱水褐煤块作为化工用煤，将水分干燥到6％以内。

9.根据权利要求6所述的改性脱水褐煤的应用，其特征在于：所述改性脱水褐煤块作为动力用煤，将水分干燥到15％以内。

10.褐煤改性脱水生产工艺，其特征在于：在改性反应釜中添加褐煤与憎水改性添加物混合与搅拌加热。

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