本发明涉及一种高热值水煤浆及其制备方法。
背景技术：
水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家庭的新成员，它是由65％-70％不同粒度分布的煤，29-34％左右的水和约1％的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序，筛去煤炭中无法燃烧的成分等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术，是一项涉及多门学科的系统技术，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。
水煤浆是70年代兴起的新型煤基液体燃料，由65％的煤、34％的水和1％的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成，其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、so2及nox排放量都低于燃油和燃煤。许多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备，且已实现商业化使用。
我国的水煤浆研究工作起步于70年代末，80年代初，与国外同步，直接原因是国际上爆发的石油危机，使各个国家都在寻找以一种代替石油的新能源。而中国是一个富煤、少气、贫油的国家，因此我国一直致力于水煤浆的研发工作，并于1983年5月攻关研制出了第一批水煤浆试燃烧成功。近年来，我国的水煤浆制备技术和燃料技术发展很快，并达到了国际水平，先后完成了动力锅炉、电厂锅炉、轧钢加热炉、热处理炉、干燥窑等炉窑燃用水煤浆的工程试验。在环保产业的高科技领域，我国的大部分技术、产品均落后于国际先进水平，而水煤浆是一个例外，中国的水煤浆技术优先于国外，这种新能源在中国的能源战略中占有非常重要的地位。
目前水煤浆技术已被列为我国能源发展重点推广技术，也是煤炭工业洁净煤技术优先发展重点技术之一。我国是一个富煤少油的国家，水煤浆作为新型代油环保燃料，正被越来越多的企业所认识，采用水煤浆技术进一步改善煤炭企业的产品结构，提高煤炭企业经济效益。水煤浆技术还可以解决一些燃煤企业环保及工艺过程调节的问题。而且可以利用工厂有机废水(如造纸黑液)制成水煤桨燃烧。因此水煤浆技术是当前较现实的，也是21世纪最有市场的洁净煤技术。
从长远来看，随着国民经济的发展，我国液体燃料供需矛盾将进一步加大，环境对燃料的约束也进一步加强，水煤浆的使用量将逐步加大；而随着水煤浆技术的进一步提高将会使其社会效益更加明显，经济效益得到改善。因此，水煤浆的应用前景非常广阔。
cn1389547a公开了一种油基煤浆燃料，即用油、水、煤组成的油基三元浆体燃料。其将可燃油、水、煤按比例加入乳化剂、分散剂均匀混合成浆体，其含量分别为：油占10-40％，水占10-30％，煤占40-60％，乳化剂和分散剂各占0.5-3％(重量百分比)。所用的乳化剂采用span-85、span-80系列非离子型表面活性剂，分散剂为磺酸盐类、烷基酚聚氧乙烯醚类和油酸类，分散剂为非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂的混合体；可燃油可以是汽油、柴油、重油、渣油或原油。该浆体燃料粒度细，灰分低，因而单位体积热值较高：5000-8000kcal/kg，可以广泛用于代替工业锅炉、工业窑炉以及发电厂低负荷运行时的燃烧用油。但是，该配方实际是含有大量的燃油，已经不是传统意义上的水煤浆体系，且表观粘度较大，不适合运输和传送。
cn102732345a公开了一种污泥水煤浆及其制备方法。包括如下质量份的组分：水处理污泥5-30份，印染废水5-30份，改性剂0.0005-0.1份，煤粉60-70份，水10-30份。其水处理污泥添加量高、改性污泥流动性好，易于与煤粉混合均匀，污泥煤浆成浆浓度高于60％，并具有较好的流动性、稳定性和流变性；可以达到节约添加剂40％，部分或全部节约制浆用水，节约稳定剂100％。该产品的表观粘度在1100mpa.s左右，燃烧效率99％以上，但是热值较低。
cn103343023a公开了一种有机溶剂改性褐煤及制备高浓度水煤浆的方法。该方法包括如下步骤：褐煤与有机溶剂混合，褐煤与有机溶剂分离；制备水煤浆；具体如下：褐煤和有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为2-8mpa，温度为150-350℃，反应时间为20-45min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，分离液经过脱水过滤重新得到有机溶剂送往存储罐中待用，改性后的褐煤用于制备水煤浆。该方法使褐煤的发热量上升到4500kcal/kg以上，水分含量低于5％。改性后的褐煤用于制备水煤浆不需要添加分散剂和稳定剂。
cn106753623a公开了一种用于水煤浆锅炉的水煤浆，包括50-80重量份的煤、20-50重量份的水、0.1-0.5重量份的分散剂以及0.01-0.04重量份的稳定剂。其中稳定剂包括硫酸亚铁、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺中的一种或多种，分散剂包括萘磺酸盐、木质素磺酸盐和磺化腐殖酸中的一种或多种。水煤浆的热值大于等于3600kcal/kg，水煤浆的灰分为6-20％，粘度小于等于1500mpa.s。优选热值大于等于4000kcal/kg。
可见，对于水煤浆的热值提高和粘度控制是一直以来的技术问题，既要尽可能的提高热值，同时还要控制浆体的表面粘度在合理范围内。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种高热值且表观粘度在合理范围内的水煤浆。
本发明提供了一种高热值水煤浆，包括：改性褐煤60-70重量份，水30-40
重量份，可燃油3-8重量份，稳定剂和分散剂各占0.1-0.5重量份；其中改性
褐煤的制备方法如下：
褐煤和有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为3-5mpa，温度为
150-280℃，反应时间20-40min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物
经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，改性后的褐煤用于制备水煤浆；所
述的有机溶剂为甲醇和乙酸乙酯的混合溶剂，甲醇和乙酸乙酯的体积比为
2:3-3:2。褐煤与有机溶剂按照质量体积比1g/15ml-1g/30ml混合。
优选地，可燃油为原油、汽油或柴油；优选地为汽油和柴油的混合物，汽油和柴油的质量比为2:1-5:1。
优选地，可燃油为汽油和柴油的混合物，汽油和柴油的质量比为3:1。
优选地，分散剂为木质素磺酸盐、腐殖酸盐和萘磺酸甲醛缩合物中的一种或多种。
优选地，稳定剂为硫酸亚铁、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺中的一种或多种。
优选地，改性褐煤的加入量为64-66重量份。
优选地，水煤浆中，粒径为100-200um的煤的质量占煤的质量比大于等于50％。
优选地，所述水煤浆的热值大于5600kcal/kg。
本发明还提供一种制备所述水煤浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将破碎的改性褐煤、水和分散剂进行球磨，筛分过滤后得到半成品浆料；
(2)将半成品浆料和稳定剂、可燃油混合后，剪切，均质得到水煤浆。
优选地，所述混合为搅拌混合，所述搅拌转速为100-300转/分。
结果表明，本发明提供的水煤浆的热值保持在5600kcal/kg以上，同时表观粘度控制在1300mpa.s以下，既满足热值需求还能保持良好的稳定性和粘度，利于远距离输送。
具体实施方式
实施例1：
制备改性褐煤：褐煤与有机溶剂混合后，加入密闭反应釜中，在压力为5mpa，温度为220℃，反应时间30min的操作条件下进行反应，反应结束后混合物经液固分离得到干燥提质褐煤和分离液，改性后的褐煤用于制备水煤浆；所述的有机溶剂为甲醇和乙酸乙酯的混合溶剂，甲醇和乙酸乙酯的体积比为1:1。
制备水煤浆：(1)将破碎的改性褐煤、水和分散剂进行球磨，筛分过滤后得到半成品浆料；(2)将半成品浆料和稳定剂、可燃油搅拌混合(转速200转/min)后，剪切，均质得到水煤浆。
其中分散剂为木质素磺酸盐，稳定剂为羧甲基纤维素钠，可燃油为原油。
其中用量份数如下：改性褐煤60重量份，水30重量份，可燃油3重量份，稳定剂和分散剂各占0.1重量份。褐煤与有机溶剂按照质量体积比1g/15ml混合。形成的水煤浆，表观粘度在1000mpa.s，热值为5720kcal/kg。
实施例2：
其他同实施例1，改性褐煤用量为70重量份。
水煤浆的表观粘度为1230mpa.s，热值为6070kcal/kg。
实施例3:
其他同实施例1，可燃油8重量份。
水煤浆的表观粘度为1150mpa.s，热值为5840kcal/kg。
实施例4：
其他同实施例1，甲醇和乙酸乙酯的体积比为2:3。
形成的水煤浆，表观粘度在1080mpa.s，热值为5730kcal/kg。
实施例5：
其他同实施例1，甲醇和乙酸乙酯的体积比为3:2。
形成的水煤浆，表观粘度在1090mpa.s，热值为5790kcal/kg。
实施例6：
其他同实施例1，可燃油为汽油和柴油的混合物，汽油和柴油的质量比为2:1。
形成的水煤浆，表观粘度在1050mpa.s，热值为5950kcal/kg。
实施例7：
其他同实施例1，可燃油为汽油和柴油的混合物，汽油和柴油的质量比为5:1。
形成的水煤浆，表观粘度在1040mpa.s，热值为5960kcal/kg。
实施例8：
其他同实施例1，可燃油为汽油和柴油的混合物，汽油和柴油的质量比为3:1。
形成的水煤浆，表观粘度在1140mpa.s，热值为6090kcal/kg。
实施例9：
其他同实施例1，改性褐煤加入量为65重量份。
水煤浆的表观粘度为1200mpa.s，热值为7170kcal/kg。
对比例1：
褐煤未改性，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1540mpa.s，热值为4310kcal/kg。
对比例2-a：
有机溶剂为甲苯，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1210mpa.s，热值为4800kcal/kg。
对比例2-b：
有机溶剂为甲醇，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1150mpa.s，热值为4760kcal/kg。
对比例2-c：
有机溶剂为乙酸乙酯，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1100mpa.s，热值为4310kcal/kg。
对比例2-d：
有机溶剂为乙醇，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1000mpa.s，热值为4390kcal/kg。
对比例3-a：
未添加可燃油，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1100mpa.s，热值为4400kcal/kg。
对比例3-b：
添加10重量份的可燃油，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1600mpa.s，热值为4990kcal/kg。
对比例4-a：
褐煤与有机溶剂的质量体积比为1g/10ml，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1400mpa.s，热值为4700kcal/kg。
对比例4-b：
褐煤与有机溶剂的质量体积比为1g/5ml，其他同实施例1。
形成的水煤浆，表观粘度在1380mpa.s，热值为4490kcal/kg。
由此可见，实施例1与对比例1的比较可见，褐煤的改性与不改性相比，对于水煤浆的粘度和热值影响较大。
实施例1与对比例2的四组对比例相比，改性褐煤所用的有机溶剂对于最终产品的热值和粘度也有较大影响。
实施例1与对比例3的两组对比例相比，添加适量的可燃油可有效提高热值，同时保持较好的粘度。添加过量的可燃油会严重影响粘度，同时对于热值的提高也会受到限制。
实施例1与对比例4的两组对比例相比，有机溶剂的用量过少会影响粘度和热值。
进一步的，实施例1与实施例6-8的比较可见，可燃油最为优选使用汽油和柴油的混合物，且两者的用量比最佳为3:1。