RU2192449C1 - Method of production of water-coal fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: fuels. SUBSTANCE: invention relates to method of production of demineralized water-coal fuel, in part, to energetic fuel based on coals. Method involves coal crushing, its wet grinding, physical-mechanical demineralization of coal to decrease its ash content and homogenization. Coal crushing is carried out to size 3 mm followed by its physical-mechanical demineralization. Then crushed coal is ground by wet method to size (0.2-0.3) mm and mineralized with inorganic acid to obtain reaction mass from that low-ash ground coal is isolated and neutralized with ammonia. Method ensures to obtain the profoundly demineralized ecologically pure water-coal fuel "EKOVUT" based on coals, water and other chemical components designated for exchange of gas and mazut in fuel-using objects. Fuel can be used for combustion in boilers, furnaces and other units of heat and power engineering objects in exchange gas and mazut for water-coal fuel proposed. EFFECT: improved method of production. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу получения глубоко деминерализованного водоугольного топлива, в частности энергетического топлива на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики при замене им газа и мазута. The invention relates to a method for producing deeply demineralized coal-water fuel, in particular energy fossil fuel based on fossil coal, which can be used for burning heat and power plants in boilers, furnaces and other installations when replacing gas and fuel oil.

Известен способ производства водоугольного топлива, включающий деминерализацию измельченного угля методом масляной агломерации (Патент СССР 1838384 А3 кл. С 10 L 1/32, 1987). A known method for the production of water-coal fuel, including the demineralization of crushed coal by oil sintering (USSR Patent 1838384 A3 class. With 10 L 1/32, 1987).

Однако этот способ не обеспечивает высокой степени снижения содержания минеральных примесей в топливе в силу того, что физико-механической деминерализации подвергают достаточно крупный уголь (до 400 мкм). При таком размере частиц угля не может быть достигнута максимальная степень разделения органической и минеральной составляющих ископаемого угля и, следовательно, его глубокая деминерализация. However, this method does not provide a high degree of reduction of the content of mineral impurities in the fuel due to the fact that physically-mechanical demineralization is subjected to sufficiently large coal (up to 400 microns). With such a particle size of coal, the maximum degree of separation of the organic and mineral components of fossil coal and, therefore, its deep demineralization cannot be achieved.

Кроме того, этот способ получения топлива является технологически сложным, поскольку при деминерализации угля используют целый ряд химических реагентов, которые добавляют к углю в малых количествах (доли процента от массы угля). In addition, this method of producing fuel is technologically complicated, since a number of chemicals are used in the demineralization of coal, which are added to coal in small quantities (fractions of a percent of the mass of coal).

Из известных способов получения водоугольного топлива наиболее близким к заявленному является способ, включающий деминерализацию угля (ступенчатая пенная флотация) для снижения в нем золы и серного колчедана (Патент США 4915706, кл. С 10 L 1/32, 1990 - прототип). Of the known methods for producing water-coal fuel, the closest to the claimed one is a method involving the demineralization of coal (step-wise foam flotation) to reduce ash and sulfur pyrites in it (US Patent 4,915,706, class C 10 L 1/32, 1990 - prototype).

Известный способ включает следующие операции: дробление угля, мокрое измельчение, классификацию (грохочение), ступенчатую физико-механическую деминерализацию (пенная флотация) измельченного угля для снижения его зольности, обезвоживание и приготовление водоугольного топлива. The known method includes the following operations: crushing coal, wet grinding, classification (screening), step physical and mechanical demineralization (foam flotation) of crushed coal to reduce its ash content, dehydration and preparation of coal-water fuel.

Процесс получения водоугольного топлива состоит из:
- дробления ископаемого угля до размера -19 мм (3/4 дюйма);
- мокрого измельчения дробленого угля до размера -0,589 мм (28 меш);
- добавления воды и химических веществ к измельченному углю для проведения, по крайней мере, одной стадии пенной флотации с целью снижения зольности и удаления серного колчедана;
- добавления воды и химических веществ к углю с пониженным содержанием золы и серного колчедана для процесса реверсивной флотации, проводимой с целью удаления мелких вкраплений серного колчедана из угля;
- обезвоживания угля после процессов пенной флотации и реверсивной флотации;
- приготовления и гомогенизации суспензии из обезвоженного угля, используемой в качестве водоугольного топлива.The process of producing coal water fuel consists of:
- crushing of fossil coal to a size of -19 mm (3/4 inch);
- wet grinding crushed coal to a size of -0.589 mm (28 mesh);
- adding water and chemicals to the crushed coal to conduct at least one stage of foam flotation in order to reduce ash content and remove pyrites;
- adding water and chemicals to coal with a low content of ash and pyrites for the reverse flotation process, carried out in order to remove small impregnations of pyrites from coal;
- coal dehydration after foam flotation and reverse flotation processes;
- the preparation and homogenization of a suspension of dehydrated coal used as a coal-water fuel.

Указанный способ производства имеет следующие недостатки:
1. Для снижения зольности угля, идущего на производство водоугольного топлива, используют общеизвестный прием деминерализации угля на основе пенной флотации, не способный обеспечить глубокий уровень деминерализации угля в силу того, что флотируют достаточно крупный уголь класса -589 мкм (28 меш), когда уровень разделения органической и минеральной составляющих угля невысок;
2. Отсутствует возможность регулирования системы удаления минеральных примесей до заданных уровней зольности топлива;
3. Высокая степень зависимости схемы и параметров технологического процесса от состава и свойств как органической, так и минеральной составляющих ископаемого угля.The specified production method has the following disadvantages:
1. To reduce the ash content of coal used for the production of coal-water fuel, a well-known method of coal demineralization based on foam flotation is used, which is not able to provide a deep level of coal demineralization due to the fact that sufficiently large coal is floated with a grade of -589 μm (28 mesh), when separation of organic and mineral components of coal is low;
2. There is no possibility of regulating the system for removing mineral impurities to specified levels of fuel ash;
3. A high degree of dependence of the scheme and process parameters on the composition and properties of both the organic and mineral components of fossil coal.

Целью настоящего изобретения является получение глубоко деминерализованного экологически чистого водоугольного топлива "ЭКОВУТ" на основе ископаемых углей, воды и других химических ингредиентов (в случае необходимости), предназначенного для замены газа и мазута на топливопотребляющих объектах. The aim of the present invention is to obtain a deep demineralized environmentally friendly water-coal fuel "ECOWUT" based on fossil coal, water and other chemical ingredients (if necessary), designed to replace gas and fuel oil at fuel-consuming facilities.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе, включающем дробление угля, его мокрое измельчение, физико-механическую деминерализацию угля для снижения зольности и гомогенизацию, в отличие от прототипа дробление угля осуществляют до крупности -3 мм и проводят его физико-механическую деминерализацию, затем дробленый уголь измельчают мокрым способом до крупности -(0,2-0,3)мм и ведут его химическую деминерализацию неорганической кислотой с получением реакционной массы, из которой выделяют низкозольный измельченный уголь и нейтрализуют его аммиаком. To achieve the goal in the proposed method, including crushing coal, its wet grinding, physico-mechanical demineralization of coal to reduce ash content and homogenization, in contrast to the prototype, crushing of coal is carried out to a particle size of -3 mm and its physical and mechanical demineralization is carried out, then crushed coal it is ground wet to a particle size of (0.2-0.3) mm and its chemical demineralization is carried out with an inorganic acid to obtain a reaction mass from which low-ash ground coal and neutral are isolated They blow it with ammonia.

Существенным отличием от прототипа является то, что деминерализацию угля проводят в два этапа, раздробленный до крупности -3 мм уголь на первом этапе подвергают физико-механической деминерализации известным способом (например, гравитационным или флотационным), после чего его измельчают до коллоидного размера частиц (максимальный размер не превышает 0,2-0,3 мм) и на втором этапе деминерализации проводят химическую деминерализацию измельченного угля при развитой свободной поверхности неорганической кислотой (например, азотной), образующей с минеральными примесями и с серосодержащими компонентами органической и минеральной частей угля водорастворимые соли с получением реакционной массы, из которой выделяют низкозольный уголь, сорбированную углем остаточную кислоту нейтрализуют добавлением к углю аммиака, модифицируя при этом поверхностные свойства угля за счет изменения параметров двойного электрического слоя на поверхности раздела твердой и жидкой фазы, при этом концентрация кислоты в реакционной массе определяется в зависимости от состава, свойств и количества минеральных примесей
При двухэтапной деминерализации процесс организуют таким образом, чтобы на первом этапе с помощью физико-механических способов (гравитационных или флотационных) в наибольшей степени удалить из ископаемого угля наиболее тяжелые и не растворимые в кислоте минералы, а на втором этапе химически преобразовать к водорастворимой форме остаточные минеральные примеси, включая серосодержащие компоненты органической и минеральной частей угля.A significant difference from the prototype is that the demineralization of coal is carried out in two stages, the coal crushed to a particle size of -3 mm is subjected to physical-mechanical demineralization in a known manner at the first stage (for example, gravitational or flotation), after which it is crushed to a colloidal particle size (maximum the size does not exceed 0.2-0.3 mm) and in the second stage of demineralization, chemical demineralization of the crushed coal is carried out with a developed free surface of an inorganic acid (for example, nitric acid), which forms with mineral impurities and with sulfur-containing components of the organic and mineral parts of coal, water-soluble salts to produce a reaction mass from which low-ash coal is separated, the residual acid adsorbed by coal is neutralized by adding ammonia to coal, modifying the surface properties of coal by changing the parameters of the double electric layer on the surface the separation of solid and liquid phases, while the concentration of acid in the reaction mass is determined depending on the composition, properties and quantity of min oral impurities
In two-stage demineralization, the process is organized in such a way that at the first stage, using the physicomechanical methods (gravitational or flotation), remove the heaviest and most acid-insoluble minerals from the fossil coal, and at the second stage chemically convert the residual minerals into water-soluble form impurities, including sulfur-containing components of the organic and mineral parts of coal.

Выбор крупности дробления угля до -3 мм мотивирован необходимостью оптимизации процессов гравитационной или флотационной деминерализации, а также требованием дальнейшего его измельчения в шаровой мельнице до коллоидного размера частиц -(0,2-0,3)мм. The choice of the size of coal crushing up to -3 mm is motivated by the need to optimize the processes of gravity or flotation demineralization, as well as the requirement of its further grinding in a ball mill to a colloidal particle size of (0.2-0.3) mm.

При максимальном размере частиц 0,2-0,3 мм средний поверхностный размер частиц дисперсной фазы не превышает 1-2 мкм, так что имеет место существенно более высокая по сравнению с прототипом степень разделения органической и минеральной составляющих угля, включая неорганические вещества растительного происхождения, что дает возможность получить более глубокую степень деминерализации угля в процессе кислотного выщелачивания прочно связанных с органической частью угля минеральных веществ. With a maximum particle size of 0.2-0.3 mm, the average surface particle size of the dispersed phase does not exceed 1-2 microns, so that there is a significantly higher degree of separation of the organic and mineral components of coal, including inorganic substances of plant origin, compared to the prototype, which makes it possible to obtain a deeper degree of coal demineralization in the process of acid leaching of mineral substances firmly bound to the organic part of coal.

Принципиальная схема, иллюстрирующая предлагаемый способ, приведена на чертеже. A schematic diagram illustrating the proposed method is shown in the drawing.

Ископаемый уголь освобождают от породы (сепарация или породовыборка), дробят в молотковой дробилке до размера частиц -3 мм, подвергают физико-механической деминерализации (гравитационное разделение или флотация) и измельчают мокрым способом в шаровой мельнице до коллоидного размера частиц. Из шаровой мельницы уголь направляют в реактор на химическую деминерализацию, в который также подают неорганическую кислоту. Fossil coal is freed from the rock (separation or rock sampling), crushed in a hammer mill to a particle size of -3 mm, subjected to physico-mechanical demineralization (gravity separation or flotation) and ground by a wet method in a ball mill to a colloidal particle size. From a ball mill, coal is sent to a reactor for chemical demineralization, which also serves inorganic acid.

Далее деминерализованный измельченный уголь обезвоживают до заданной влажности (например, в осадительной центрифуге), в него добавляют расчетное количество аммиака, воды и других химических присадок (при необходимости), гомогенизируют и выдают потребителю готовое водоугольное топливо "ЭКОВУТ" со свойствами, заданными заказчиком. Next, demineralized crushed coal is dehydrated to a predetermined moisture content (for example, in a precipitation centrifuge), the calculated amount of ammonia, water and other chemical additives (if necessary) are added to it, it is homogenized and the finished ECOWUT water-carbon fuel with the properties specified by the customer is given to the consumer.

Уровень деминерализации на каждом из этапов зависит от физико-химических свойств ископаемых углей, их минеральных компонентов и требований потребителя топлива "ЭКОВУТ" к его зольности. The level of demineralization at each of the stages depends on the physicochemical properties of fossil coals, their mineral components and the requirements of the ECOWUT fuel consumer for its ash content.

Технологические параметры указанных процессов определяют расчетными методами на стадии проектирования производящего топливо "ЭКОВУТ" объекта по данным экспериментальных испытаний образцов углей. The technological parameters of these processes are determined by calculation methods at the design stage of the fuel-producing facility "ECOWUT" according to experimental tests of coal samples.

Пример. Example.

Топливо "ЭКОВУТ" на основе бурого угля марки Б2 зольностью А^d=20%.Fuel "ECOWUT" based on brown coal grade B2 ash content And ^d = 20%.

Требования к топливу:
- низшая теплота сгорания: 10 МДж/кг,
- зольность на сухое состояние: 2,5%
- динамическая вязкость: 0,5 Па•с,
- седиментационная стабильность: 10 суток,
Из угля удаляют породу, дробят его до размера -3 мм и деминерализуют гравитационным способом на концентрационном столе до зольности 7%. Далее его измельчают в шаровой мельнице при влажности 35% до крупности -0,25 мм и направляют в реактор, куда одновременно вводят 65%-ную азотную кислоту в количестве 10% от массы угля в расчете на сухое состояние. В процессе кислотной обработки, длящейся 15 минут, образуется реакционная масса, в которой зольность угля доводят до 2,3%. Полученную реакционную массу разделяют в осадительной центрифуге на обезвоженный до влажности 45% низкозольный уголь и насыщенную растворенными солями жидкую фазу.Fuel requirements:
- net calorific value: 10 MJ / kg,
- dry ash: 2.5%
- dynamic viscosity: 0.5 Pa • s,
- sedimentation stability: 10 days,
The rock is removed from the coal, crushed to a size of -3 mm and demineralized by gravity on a concentration table to an ash content of 7%. Then it is crushed in a ball mill at a moisture content of 35% to a particle size of -0.25 mm and sent to the reactor, where 65% nitric acid is simultaneously introduced in an amount of 10% by weight of coal based on the dry state. During the acid treatment, which lasts 15 minutes, a reaction mass is formed in which the ash content of the coal is adjusted to 2.3%. The resulting reaction mass is separated in a precipitation centrifuge into low ash coal, dehydrated to a moisture content of 45%, and a liquid phase saturated with dissolved salts.

К обезвоженному до влажности 45% измельченному низкозольному углю добавляют воду, аммиак (1% от массы угля в расчете на сухое состояние) и модификатор реологических свойств (технический лигносульфонат) в количестве (0,5% от массы угля в расчете на сухое состояние) и гомогенизируют дисперсную топливную систему. Water, ammonia (1% by weight of coal based on dry condition) and a rheological modifier (technical lignosulfonate) in an amount (0.5% by weight of coal based on dry state) are added to 45% chopped low ash coal dehydrated to a moisture content and homogenize a dispersed fuel system.

На выходе технологической линии получают водоугольное топливо "ЭКОВУТ" с низшей теплотой сгорания 10,6 МДж/кг и заданными физико-химическими и структурно-механическими свойствами. At the outlet of the production line, ECOWUT water-carbon fuel is obtained with a lower heat of combustion of 10.6 MJ / kg and the specified physicochemical and structural-mechanical properties.

Таким образом, предлагаемый метод получения водоугольного топлива "ЭКОВУТ" осуществляется по непрерывной технологии, прост в реализации и обеспечивает получение глубоко деминерализованного водоугольного топлива с заданными потребителем свойствами. При этом зольность получаемого топлива может быть снижена до 0,5-2%, что значительно превосходит данные, приводимые в прототипе (3,45 и 5,16%). Thus, the proposed ECOWUT method for producing coal-water fuel is carried out by continuous technology, is easy to implement, and ensures the production of deeply demineralized coal-water fuel with consumer-defined properties. In this case, the ash content of the resulting fuel can be reduced to 0.5-2%, which significantly exceeds the data given in the prototype (3.45 and 5.16%).

Предлагаемый метод получения топлива "ЭКОВУТ" предполагается использовать при производстве водоугольного топлива взамен газа и мазута в котельной АООТ "Химзавод" г. Исфара Республика Таджикистан. The proposed method for producing ECOWUT fuel is supposed to be used in the production of coal-water fuel instead of gas and fuel oil in the boiler house of AOOT Khimzavod, Isfara, Republic of Tajikistan.

Claims (1)

Способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля, включающий дробление угля, его мокрое измельчение, физико-механическую деминерализацию угля для снижения зольности и гомогенизацию, отличающийся тем, что дробление угля осуществляют до крупности -3 мм и проводят его физико-механическую деминерализацию, затем дробленый уголь измельчают мокрым способом до крупности -(0,2-0,3) мм и ведут его химическую деминерализацию неорганической кислотой с получением реакционной массы, из которой выделяют низкозольный измельченный уголь и нейтрализуют его аммиаком. A method of producing coal-water fuel from fossil coal, including crushing coal, its wet grinding, physico-mechanical demineralization of coal to reduce ash content and homogenization, characterized in that the crushing of coal is carried out to a particle size of -3 mm and carry out its physico-mechanical demineralization, then crushed coal it is ground wet to a particle size of (0.2-0.3) mm and it is chemically demineralized with an inorganic acid to obtain a reaction mass from which low-ash ground coal and neut are isolated Aliso its ammonia.