CN114702991A - 一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，使用热解炉将低阶煤在550℃下进行热解处理，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样机处理720 s，得到粒度合适的半焦粉末；将不粘煤在空气中自然风干得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理1080 s，得到粒度适合制浆的不粘煤粉末；按照一定的半焦和不粘煤配合比例，加入0.1%‑1.0wt.%的阴离子型分散剂以及30‑40wt.%的水，使用机械搅拌桨在转速为500 r/min的转速下搅拌5 min制备半焦‑不粘煤水煤浆；在低阶煤热解产生热解气的同时，将半焦与不粘煤配合制备水煤浆，增加了热解副产品的附加值，实现资源的再利用，方法简单，具有环保和经济等多重效益。
Description
技术领域
本发明属于煤炭热解产品制备水煤浆利用领域，尤其涉及一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法。
背景技术
半焦又名低温焦。灰黑色，挥发物比焦炭高，质地松脆多孔，反应性能好，容易燃烧，无烟。其为煤低温(500～600℃)干馏时的固体产物。传统半焦的主要用途有：
(1)作民用或工业用燃料。半焦块度适中，容易点燃，燃烧时无烟，欧洲广泛作为民用燃料。粉状和挥发分<20％的半焦适合作锅炉燃料。
(2)作高温炼焦时的配煤添加剂。半焦强度低，反应性高，不能直接用于高炉和化铁炉，但可作为炼焦配煤的瘦化剂，用于生产冶金焦。
(3)制取型块或型焦。用高挥发分不粘结煤生产型煤或型焦时，须先炼成半焦。
(4)其他。生产磷和铜时作为还原剂；挥发分为8-20％的半焦，经粉碎、煅烧后可作电极原料；块状半焦可作气化原料；低灰半焦经活化处理后可用于制活性炭；粉状半焦用作高炉喷吹燃料；经碱处理过的褐煤半焦可代替木炭用于CS2的生产等。
目前半焦的传统利用方式已经接近饱和，探寻煤热解半焦利用新方式，不仅能够有效利用煤热解副产品，还有利于推动我国热解工艺的进一步发展。
中国专利CN201410657099.2公开了一种热半焦冷却制备水煤浆的方法，解决了现有半焦冷却制备水煤浆存在的成浆浓度差的问题。技术方案包括由低阶煤热解后得到的500-700℃热半焦，将500-700℃的热半焦采用干熄焦方式快速冷却到60℃以下，然后预破碎至10mm以下，再磨细至1mm以下后加水制备水煤浆。以低阶煤制备的热半焦经干熄焦降温后得到高品质半焦，干熄焦产品成浆性能优于水熄焦，成浆浓度可提高5-7个百分点，具有工艺简单，生产成本和运行成本低、成浆浓度高的优点。现有技术热解温度范围为500-700℃，其热解温度范围较大，当热解温度为700℃，温度较高，产生热解气的量较大，导致半焦的含碳量减少，最终制备的水煤浆的热值较小；现有技术所用半焦的粒径为1mm。中国专利CN201811092919.2公开了一种煤和半焦为原料混合废水制备水煤浆的方法，包括：以煤和半焦为原料进行破碎；破碎的原料与煤气净化工序产生的废水混合，再与水、添加剂、石灰石和氨水经磨煤机进行高浓度磨矿，制得具有一定固体粒度分布的水煤初浆；将水煤初浆浆体进行过滤后得到水煤浆。现有技术给出的方法，通过水煤浆技术，可以解决煤热解分质分级利用过程存在的难题，即将难以利用的6mm以下的煤和半焦和难以处理的煤气净化工序产生的废水作为原料，所制备适于气化的水煤浆，从而提高原料利用率、保护环境、节省成本，有效解决了现有技术的难题。现有技术只用半焦作为原料制备水煤浆，半焦经过热解之后产生热解气，导致半焦中的C和H元素含量降低，进而导致半焦水煤浆燃烧后的发热量会减少，现有技术所用半焦的粒径为6mm，现有技术使用煤气化废水作为原料，虽然消耗了气化废水，进行了废物利用，但是气化废水中含有硫化物，气化废水制备的水煤浆在气化过程中，硫化物与气化剂(如蒸汽、空气或氧气)发生反应生成硫氧化合物，直接影响合成气的质量，直接排放到大气中，还会对大气造成污染。
中国专利CN201510405439.7公开了一种干燥煤粉与半焦配合制备气化水煤浆的方法，适用于采用褐煤干燥和热解加工提高褐煤水煤浆浓度的工艺过程。本方法以制备高浓度褐煤水煤浆为目标，将干燥产物和热解产物分级优化配制成浆，水煤浆浓度达到59～65％。获得高浓度褐煤水煤浆的原理在于：干燥煤粉的可磨性较差而活性较高，适于作为制浆原料的粗粉组分，可有效提高水煤浆浓度；半焦的成浆性已得到较大改善且可磨性良好，但反应性稍差，适于作为制浆原料的细粉组分。干燥褐煤粉作为制浆粗粉组分可避免干燥褐煤成浆性较差的缺陷，降低了磨矿能耗，且由于反应性良好，无需因粒度增加而延长气化反应时间。同时，水煤浆中粗、细颗粒在气流床中的气化时间相近，碳损失率低。现有技术聚焦在煤粉反应活性高、半焦反应活性低，二者之间可以互补。而本申请不仅实现了煤粉和半焦之间反应活性的互补，还提出了二者之间形成粒度级配的制浆方法。
中国专利CN201110192734.0公开了一种褐煤低温改质半焦为原料的水煤浆，以褐煤低温热改质半焦为原料，经过球磨，通过粒径级配得到制浆用半焦，制浆用半焦与分散剂水溶液混合制得水煤浆。本发明添加较少分散剂的条件下，结合高速搅拌可得到的水煤浆的浓度在60％左右，流动性好，易于泵送，稳定性良好，不易析水，适合气化或燃料；而且选用的分散剂均来源广泛，故分散剂的成本较低，尤其是复配后成本更低，在满足水煤浆气化要求的前提下，大幅降低制浆过程中原料和分散剂的成本。现有技术只用半焦作为原料制备水煤浆，半焦经过热解之后产生热解气，导致半焦中的C和H元素含量降低，进而导致半焦水煤浆燃烧后的发热量会减少，而本申请使用半焦配合不粘煤制备水煤浆会提高水煤浆的热值，解决了上述发明存在的缺陷。
中国专利CN201710819994.3公开了一种煤粉填充改性半焦制备水煤/半焦浆的方法，包括以下步骤:1)、制备煤细浆，其中，煤细浆为将煤通过破碎机破碎后再进行球磨制得，煤细浆中包括煤细粉，煤细浆的浓度为40％-60％，煤细粉的平均粒径小于35μm；2)、按照干基比例1-4:1配比称量煤细浆和半焦，在步骤1)得到的煤细浆中加入水和分散剂，然后边搅拌边加入半焦并在5min内完成，最后搅拌5-10min制得粘度为500-1500mPa·S的水煤半焦浆。本发明的煤粉填充改性半焦制备水煤/半焦浆的方法工艺简单，利用煤细粉对半焦进行填充改性来制备高浓度水煤/半焦浆，可以解决半焦无法高浓度制浆的难题，并通过原料配比克服了半焦单独制浆挥发份低等问题，从而实现半焦的大规模清洁高效利用，解决煤炭低温干馏分质利用的瓶颈问题。现有技术使用煤细粉填充半焦制备水煤浆，并没有指出用的是何种煤样。煤炭属于不可再生资源，随着煤炭消费量逐年增加，我国高品质煤资源逐渐减少。据统计，我国低阶煤所占比例较高，超过全国煤炭总储量的50％。而低阶煤由于其自身性质又不适合直接制浆。
发明内容
解决的技术问题：
针对现有技术的不足，本申请提供了一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，解决了目前存在的半焦的传统利用方式已经接近饱和等问题。
技术方案：
为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，包括如下步骤：
第一步：使用热解炉将低阶煤在550℃下进行热解处理，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样机处理半焦720s，得到半焦粉末；
第二步：将不粘煤在空气中自然风干得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理空气干燥煤样1080s，得到不粘煤粉末；
第三步：按照质量比为不粘煤:半焦＝9:1、8:2和7:3的半焦和不粘煤配合比例，分别加入0.1％-1.0wt.％的阴离子型分散剂以及30-40wt.％的水，使用机械搅拌桨在转速为500r/min的转速下搅拌5min制备半焦-不粘煤水煤浆。
进一步的，所述第一步中所述低阶煤为褐煤。
进一步的，所述第一步中所述褐煤在热解炉中的处理时长为30min。
进一步的，所述第一步中所述半焦粉末的最大粒径为200μm。
进一步的，所述第二步中所述不粘煤在空气中的自然风干时间为24h。
进一步的，所述第二步中所述处理后煤粉的最大粒径不超过100μm。
进一步的，所述第三步中阴离子型分散剂为木质素磺酸钠、磺化丙酮甲醛缩聚物、萘磺酸甲醛缩合物中的一种或几种。
本申请的原理解释：我国低阶煤储量巨大，低阶煤通过低温热解可以获得热解气，但由于热解温度不高，热解不充分，导致半焦中还残留了45wt.％左右的C元素；因此少量低阶煤低温热解半焦掺混不粘煤制浆，基本不影响水煤浆的燃烧特性；本申请中起支撑作用的半焦粉末的最大粒径为200μm，其颗粒较大、质地疏松且不易聚沉；不粘煤粉末粒径较小，最大粒径为100μm，可以填充在半焦颗粒的空隙之中形成粒度级配，易制得高浓度的半焦-不粘煤水煤浆；所用半焦是热解厂低阶煤热解之后的副产品，价格低廉易得，为热解半焦再利用提供了一条新思路。
有益效果：
本申请提供了一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，具备以下有益效果：
1、扩大半焦利用途径：采用热解副产品半焦制备水煤浆，既决了热解副产品的后续处理问题，又扩大了低阶煤低温热解半焦的利用方式。
2、技术方法可应用性广泛：此方法的工艺流程适用于不同煤阶半焦掺混不粘煤制备水煤浆，只需通过更改半焦和不粘煤配比及添加量比例即可制备浆体。
3、半焦与不粘煤形成粒度级配：半焦质地疏松，不粘煤质地较硬，粒径较大的半焦作为支撑不易聚沉，粒度较小的不粘煤颗粒嵌入半焦空隙之中，易制的高浓度半焦水煤浆。
4、需要用到的原料容易获取：本发明所用半焦是低阶煤热解之后的副产品，价格低廉易得，为热解半焦用途提供了一条新思路。方法简单可靠，工艺成熟有效。
5、在不同实验条件下，半焦配合不粘煤制备水煤浆的成浆浓度大部分均高于60％，最大析水率小于7.89％；而纯半焦制备水煤浆的浓度在55％左右，析水率达到了12.23％。半焦配合不粘煤制备水煤浆与传统纯半焦制备水煤浆相比，表现出良好的浆体性能。
6、与中国专利CN201410657099.2相比本申请热解温度为550℃，本申请所用半焦粒径为200μm，不粘煤粒径为100μm，密度较低、颗粒较大的半焦颗粒起骨架作用，且不易沉积；粒径较小的煤粉颗粒夹杂在半焦颗粒缝隙之间，两种不同粒径的颗粒形成粒度级配，该工艺手段可制备性能优良的水煤浆；现有技术只用半焦作为原料制备水煤浆，半焦经过热解之后产生热解气，导致半焦中的C和H元素含量降低，进而导致半焦水煤浆燃烧后的发热量会减少，而本发明使用半焦配合不粘煤制备水煤浆会提高水煤浆的热值，解决了上述发明存在的缺陷。
7、与中国专利CN201811092919.2相比，本申请使用半焦配合不粘煤制备水煤浆会提高水煤浆的热值，解决了上述现有技术存在的缺陷；本申请所用半焦粒径为200μm，不粘煤粒径为100μm，质地疏松、颗粒较大的半焦颗粒起支撑作用，且不易沉积；粒径较小的煤粉颗粒夹杂在半焦颗粒缝隙之间，两种不同粒径的颗粒形成粒度级配，该工艺手段可制备性能优良的水煤浆；本申请使用纯水，制备水煤浆生产的合成气纯度较高，污染较小。
8、与中国专利CN201510405439.7相比，本申请所用半焦粒径为200μm，不粘煤粒径为100μm，密度较低、颗粒较大的半焦颗粒起支撑作用，质地疏松且不易沉积；粒径较小的不粘煤粉颗粒夹杂在半焦颗粒缝隙之间，两种不同粒径的颗粒形成粒度级配，该工艺手段可制备性能优良的水煤浆。现有技术聚焦在煤粉反应活性高、半焦反应活性低，二者之间可以互补。而本申请不仅实现了煤粉和半焦之间反应活性的互补，还提出了二者之间形成粒度级配的制浆方法。
9、与中国专利CN201110192734.0相比，现有技术只用半焦作为原料制备水煤浆，半焦经过热解之后产生热解气，导致半焦中的C和H元素含量降低，进而导致半焦水煤浆燃烧后的发热量会减少，而本申请使用半焦配合不粘煤制备水煤浆会提高水煤浆的热值，解决了上述发明存在的缺陷。
10、与中国专利CN201710819994.3相比，现有技术使用煤细粉填充半焦制备水煤浆，并没有指出用的是何种煤样；煤炭属于不可再生资源，随着煤炭消费量逐年增加，我国高品质煤资源逐渐减少；据统计，我国低阶煤所占比例较高，超过全国煤炭总储量的50％；而低阶煤由于其自身性质又不适合直接制浆；本申请提出了一种使用低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，低阶煤热解工艺不仅可以获得部分热解气，热解副产物半焦还可制备水煤浆，为低阶煤的综合利用提供了一种新的思路，有利于高效利用我国的低阶煤资源；并且本发明的浆体浓度大部分均在60％以上，而上述发明煤细浆的浓度为40％-60％，本申请的浆体浓度要优于上述发明。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步说明。
使用热解炉将褐煤在550℃下进行热解处理30min，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样机处理半焦720s，得到最大粒径为200μm的半焦粉末。将不粘煤在空气中自然风干24h得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理煤样1080s，得到最大粒径为100μm的不粘煤粉末。按照质量比为不粘煤:半焦＝9:1、8:2和7:3的半焦和不粘煤配合比例，加入0.1％-1.0wt.％的木质素磺酸钠、磺化丙酮甲醛缩聚物和萘磺酸甲醛缩合物分散剂以及30-40wt.％的水，使用机械搅拌桨在转速为500r/min的转速下搅拌5min制备半焦-不粘煤水煤浆。
本发明所获得半焦-不粘煤水煤浆可作为锅炉燃料或煤气化原料。
本发明原理如下：
低阶煤热解气中含有CO和CO2成分，但是由于热解温度不高，热解不充分，导致45wt.％左右的C元素残留在半焦中。因此少量低阶煤低温热解半焦掺混不粘煤制浆，基本不影响水煤浆的燃烧特性。本发明中起支撑作用的半焦颗粒较大，质地疏松不易聚沉，不粘煤粒径较小，可以填充在半焦颗粒的空隙之中形成粒度级配，易制得高浓度的半焦-不粘煤水煤浆。所用半焦是热解厂低阶煤热解之后的副产品，价格低廉易得，为热解半焦再利用提供了一条新思路。
下面举出具体的实施例来对本发明做进一步说明。
实施例1：
取热解厂在550℃下进行热解处理30min后得到的半焦，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样机处理半焦720s，得到最大粒径为200μm的半焦粉末。将不粘煤在空气中自然风干24h得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理煤样1080s，得到最大粒径为100μm的不粘煤粉末。按照质量比为“不粘煤:半焦＝9:1”的配合比例，加入0.2％、0.6wt.％和1.0wt.％的木质素磺酸钠(SLS)、磺化丙酮甲醛缩聚物(SAF)和萘磺酸甲醛缩合物(NSF)分散剂以及30-40wt.％的水，使用机械搅拌桨在转速为500r/min的转速下搅拌5min制备半焦-不粘煤水煤浆，对浆体浓度、表观粘度和析水率等浆体性能进行表征，数据如表1所示。
表1“不粘煤:半焦＝9:1”浆体性能数据
实施例2：
取热解厂在550℃下进行热解处理30min后得到的半焦，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样处理半焦720s，得到最大粒径为200μm的半焦粉末。将不粘煤在空气中自然风干24h得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理煤样1080s，得到最大粒径为100μm的不粘煤粉末。按照质量比为“不粘煤:半焦＝8:2”的配合比例，加入0.2％、0.6wt.％和1.0wt.％的木质素磺酸钠(SLS)、磺化丙酮甲醛缩聚物(SAF)和萘磺酸甲醛缩合物(NSF)分散剂以及30-40wt.％的水，使用机械搅拌桨在转速为500r/min的转速下搅拌5min制备半焦-不粘煤水煤浆，对浆体浓度、表观粘度和析水率等浆体性能进行表征，数据如表1所示。
表2“不粘煤:半焦＝8:2”浆体性能数据
实施例3：
取热解厂在550℃下进行热解处理30min后得到的半焦，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样处理半焦720s，得到最大粒径为200μm的半焦粉末。将不粘煤在空气中自然风干24h得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理煤样1080s，得到最大粒径为100μm的不粘煤粉末。按照质量比为“不粘煤:半焦＝7:3”的配合比例，加入0.2％、0.6wt.％和1.0wt.％的木质素磺酸钠(SLS)、磺化丙酮甲醛缩聚物(SAF)和萘磺酸甲醛缩合物(NSF)分散剂以及30-40wt.％的水，使用机械搅拌桨在转速为500r/min的转速下搅拌5min制备半焦-不粘煤水煤浆，对浆体浓度、表观粘度和析水率等浆体性能进行表征，数据如表1所示。
表2“不粘煤:半焦＝7:3”浆体性能数据
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本申请的技术方案，并不用于限制本申请，尽管通过上述优选实施例已经对本申请进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以对其在形式上和细节上作出各种各样的改变，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：使用热解炉将低阶煤在550℃下进行热解处理，将得到的半焦使用快速压紧式磨煤制样机处理半焦720 s，得到半焦粉末；
第二步：将不粘煤在空气中自然风干得到空气干燥煤样，使用快速压紧式磨煤制样机处理空气干燥煤样1080 s，得到不粘煤粉末；
第三步：按照质量比为不粘煤 : 半焦=9 : 1、8 : 2和7 : 3的半焦和不粘煤配合比例，分别加入0.1 - 1.0wt.%的阴离子型分散剂以及30 - 40wt.%的水，使用机械搅拌桨在转速为500 r/min的转速下搅拌5 min制备半焦-不粘煤水煤浆。
2.根据权利要求1所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：所述第一步中所述低阶煤为褐煤。
3.根据权利要求2所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：所述褐煤在热解炉中的处理时长为30 min。
4.根据权利要求1所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：第一步中所述半焦粉末的最大粒径为200 μm。
5.根据权利要求1所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：所述第二步中所述不粘煤在空气中的自然风干时间为24 h。
6.根据权利要求1所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：第二步中所述不粘煤粉末的最大粒径不超过100 μm。
7.根据权利要求1所述低阶煤低温热解半焦配合不粘煤制备水煤浆的方法，其特征在于：所述第三步中阴离子型分散剂为木质素磺酸钠、磺化丙酮甲醛缩聚物、萘磺酸甲醛缩合物中的一种或几种。
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