一种细破少磨制备高浓度水煤浆的方法与流程

本发明涉及一种制备高浓度水煤浆的方法，具体涉及一种细破少磨制备高浓度水煤浆的方法，属于水煤浆技术领域。

背景技术：

水煤浆是由煤、水和添加剂组成的煤基流体原料，作为水煤浆气化原料，大量用于生产合成氨、甲醇、烯烃、油品和天然气等化工产品。据不完全统计，截止到2017年底，我国煤化工企业气化水煤浆用量已突破3亿吨/年；水煤浆也是一种低污染煤基流体燃料，大量用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉，代油、代气、代煤燃烧。

目前煤化工企业多采用常规单棒/球磨制浆技术，原料煤需经破碎，然后与水和添加剂混合进入棒\球磨机，煤浆和研磨介质(钢棒或钢球)随筒体转动进行接触和研磨，设备装机功率大，制浆能耗高；且工艺流程简单，无法实现水煤浆粒度级配的优化，煤浆浓度普遍偏低，导致比煤耗、比氧耗高，有效气成分低，严重影响水煤浆气化效率和经济性。因此，亟需开发先进的制浆技术，降低制浆能耗，优化水煤浆粒度级配，提高水煤浆浓度，改善水煤浆的流变性和稳定性。

目前气化水煤浆用煤主要以长焰煤、不粘煤及弱粘煤为主，这些煤种储量大、反应活性好、灰熔点低，是水煤浆气化的理想原料。但该煤种存在表面含氧官能团多、孔隙率高、表面疏水性差及可磨性差的特点。利用常规单棒\球磨机制备气化水煤浆技术主要存在如下几个问题：

(1)制浆浓度低。采用常规单棒磨机制备气化水煤浆过程中，由于调节手段少，煤浆粒度分布不合理，煤浆的流变性和稳定性差，致使煤浆浓度偏低，一般在58～61wt％。由于水煤浆携带了大量多余水入气化炉，因此，水煤浆气化的气化效率偏低，有效气含量低，一般为79～80％；

(2)制浆能耗高。利用常规单棒磨机制备气化水煤浆时，一般将原料煤破碎至小于13mm，直接进入棒磨机湿式磨矿制浆，由于磨矿效率低，能耗高，导致制浆生产成本高。

技术实现要素：

鉴于现有制浆技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种细破少磨制备高浓度水煤浆的方法，该方法不仅可节省40～65％的制浆能耗，大大降低了制浆成本，且优化了粒度级配，提高堆积效率和水煤浆浓度，改善了流动性和稳定性。

本发明所提供的细破少磨制备高浓度水煤浆的方法，包括如下步骤：

(1)细煤粉、水和添加剂于混合搅拌罐中经混合搅拌得到浆料；

(2)所述浆料经湿法细磨得到细浆a，所述细浆a返回至所述混合搅拌罐中与所述细煤粉、所述水和所述添加剂混合搅拌得到成品水煤浆；

部分量的所述成品水煤浆经水稀释后进行所述湿法细磨得到细浆b，所述细浆b循环返回至所述混合搅拌罐中进行所述混合搅拌步骤。

上述的方法中，所述细煤粉的粒度≤1.5mm，由原料煤细破碎得到，制备气化水煤浆时，优选≤0.7～1.0mm，制备燃料水煤浆时，优选≤0.2～0.5mm；在实际生产中通过细破碎制粉系统控制煤粉粒度分布。

所述添加剂选自木质素磺酸盐(如木质素磺酸钠、木质素磺酸铵等)、萘磺酸甲醛缩合物和腐植酸盐(如腐殖酸钠、腐殖酸钙等)中的任意一种或至少两种的组合，具体需要根据不同的煤种进行选择；

所述水为生产水和废液中任意一种或两种的组合；

步骤(1)制备浆料时，按比例加入细煤粉与水、添加剂，在实际生产中通过给料机调整细煤粉进料量；通过流量调节阀控制加水量；通过计量泵控制添加剂量。

上述的方法中，所述细浆a的平均粒径为10～30μm；

所述细浆b的平均粒径为10～30μm。

上述的方法中，步骤(1)中，所述细煤粉、所述水与所述添加剂的质量比为1：0.8～1.5：0.003～0.008，所述细煤粉的质量以其干基质量计，如1：0.9～1.0：0.005；

所述浆料的质量百分浓度为40～50％。

上述的方法中，步骤(2)中，所述细煤粉、所述细浆a、所述水与所述添加剂的质量比为1：0.1～0.4：0～0.2：0.003～0.008，所述水的量不为零，所述细煤粉的质量以其干基质量计，如1：0.3：0.03～0.18：0.006～0.008、1：0.3：0.03：0.008或1：0.3：0.18：0.006；

所述成品水煤浆的质量百分浓度≥65％。

步骤(2)制备水煤浆时，制浆能力可以在30～130％范围内调整。

上述的方法中，步骤(2)中，进行所述稀释步骤的所述水煤浆为其总质量的10～40％，如30％；

所述水煤浆与所述水的质量比为1：0.3～0.6，如1：0.42～0.46、1：0.42或1：0.46。

步骤(2)中经湿法细磨得到的细浆循环进行所述混合搅拌罐进行搅拌制浆，即重复进行上述混合搅拌步骤，各物料的配比与之相同；本发明方法成浆和制备细浆的步骤在一个搅拌罐中完成。

本发明制备方法中，湿法细磨进料流量可以调整，在实际生产中通过进料泵变频输出控制进入湿法细磨机的进料流量；进入湿法细磨机煤浆浓度可以调整，在实际生产中通过流量调节阀调整稀释水加入量；细浆的平均粒径大小可调整，在实际生产中通过改变湿法细磨机进浆流量和研磨介质粒径大小等手段可调整细浆平均粒径的大小。

步骤(2)中剩余量的湿法细磨以外的成品水煤浆过滤杂物即高浓度水煤浆产品，其质量百分比浓度可达到～70％。

本发明方法制备得到的高浓度水煤浆也属于本发明的保护范围。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用细破少磨制备高浓度水煤浆，代替常规单棒/球磨机磨矿制浆，可节省40～65％的制浆能耗，不仅显著降低了制浆成本，且水煤浆浓度高、粘度低、流动性好、稳定性好；

2、本发明提供的细破少磨制备高浓度水煤浆方法，为连续式生产工艺，可满足企业安全、稳定、长周期运行。

附图说明

图1为本发明细破少磨制备高浓度水煤浆方法的工艺流程图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、细破少磨制备高浓度水煤浆

原料煤为新疆黑山煤(以下简称“黑山煤”)，其全水mt＝20％，aar＝14％，var＝30％。

根据图1中本发明细破少磨制备高浓度水煤浆工艺流程，利用该原料煤制备高浓度水煤浆的过程如下：

(1)将黑山煤细破碎制备粒度≤1.0mm的煤粉得到细煤粉；

(2)将细煤粉与水和木质素磺酸钠按1：0.9：0.005干基质量比加入混合搅拌罐，搅拌制备浆料，浓度为45wt％；

(3)将步骤(2)制备浆料送入湿法细磨机进行研磨，制备平均粒径为18μm的细浆，循环返回搅拌罐中；

(4)将细煤粉与细浆、水和添加剂按1：0.3：0.03：0.006干基质量比加入搅拌罐，混合搅拌制备浓度为67wt％的成品水煤浆；

(5)将步骤(4)制备水煤浆总量的30％按1：0.46质量比加入水稀释后，送入湿法细磨机进行研磨，制备平均粒径为18μm的细浆，循环返回搅拌罐中；

(6)将湿法细磨以外煤浆过滤杂物即可制得浓度为67wt％的合格水煤浆。

本发明制备过程中采用细破少磨制浆技术，代替对比例中常规单棒磨机制浆技术，气化水煤浆的制浆能耗为8～10kwh，与对比例1中20kwh相比制浆能耗可降低45％，显著降低了制浆成本。

实施例2、细破少磨制备高浓度水煤浆

所用神府煤为陕北地区一种常见长焰煤，含有分析水5.9％，全水12.8％，灰分19.9％。

根据图1中本发明细破少磨制备高浓度水煤浆工艺流程，利用该原料煤制备高浓度水煤浆的过程如下：

(1)将神府煤进行细破碎制备粒度≤0.8mm的煤粉；

(2)将细煤粉与水和木质素磺酸铵按1：1：0.005干基质量比加入混合搅拌罐，搅拌制备浆料，浓度为45wt％；

(3)将步骤(2)制备浆料送入湿法细磨机进行研磨，制备平均粒径为20μm的细浆，循环返回搅拌罐中；

(4)将细煤粉与细浆、水和添加剂按1：0.3：0.18：0.006干基质量比加入搅拌罐中，搅拌制备浓度为66wt％的成品水煤浆；

(5)将步骤(4)制备成品水煤浆总量的30％按1：0.42质量比加入水稀释后，进行湿法细磨制备平均粒径为20μm的细浆，循环返回搅拌罐中；

(6)将湿法细磨以外煤浆过滤杂物即可制得浓度为66wt％的合格水煤浆。

工况稳定后得到的水煤浆的浓度为66wt％，粘度为789mpa·s，稳定性良好，静置48小时后析水率为3.5％。

本发明制备过程中采用细破少磨制浆技术，气化水煤浆的制浆能耗为8～10kwh，显著降低了制浆成本。

对比例1、

原料煤为神华特低灰煤：神混1#煤＝1：1的配煤(以下简称“神华煤”)，其全水mt＝16％，收到基灰分aar＝9％，收到基挥发分var＝23％。

利用上述原料煤制备水煤浆的过程如下：

(1)将神华原料煤进行破碎至粒度≤13mm；

(2)将神华煤和木质素磺酸钠按干基的质量比100：0.3比例与水混合送至棒磨机入口，在磨机筒体内靠钢棒之间的冲击与碾挤作用进行研磨，研磨至一定细度后的煤浆由磨机出口溢流而出；

(3)步骤(2)制备的水煤浆经剪切处理后即得合格水煤浆，煤浆浓度为59％。

上述水煤浆制备工艺采用单棒磨机，制备燃料水煤浆耗能为35kwh，制备气化水煤浆的能耗为20kwh。