一种采用间断粒度级配的水煤浆及其制备方法与流程

本发明涉及一种采用间断粒度级配的水煤浆及其制备方法，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燃料和气化原料，可用于工业锅炉、窑炉和电站锅炉的燃烧发电或供气，亦可用于煤气化生产合成氨、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，我国燃料水煤浆用量已达3000万吨/年，气化水煤浆用量已超过2亿吨/年。随着燃料和气化水煤浆的大规模推广及应用，水煤浆浓度偏低带来的诸多问题逐渐引起人们的关注，亦成为限制水煤浆产业发展的主要技术瓶颈。据测算，煤浆浓度每提高1个百分点，煤浆的热值可提高60kcal/kg，比煤耗可降低10kg/knm³，比氧耗可降低10nm³/knm³，有效气成分提高0.8个百分点，燃烧和气化效率显著提高。因此，开发先进的制浆技术，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，是水煤浆产业发展亟需解决的重要课题。

水煤浆的粒度级配是影响水煤浆浓度、粘度和流变性的关键因素。但原有的水煤浆制备多采用单棒/球磨机制浆技术(第一代制浆技术)，原料煤破碎后经棒/球磨机一次研磨即可制得成品煤浆，工艺流程简单，无法实现水煤浆粒度级配的优化，煤颗粒的堆积效率和煤浆浓度普遍偏低。近年来，随着水煤浆制备技术的不断发展，第二代分级研磨水煤浆制备技术(公开号：cn101173765b)逐渐成为主流的制浆技术，该技术通过粗磨机和细磨机的有机组合，可在一定程度上实现水煤浆粒度级配的优化，与原有的制浆技术相比煤浆浓度可提高3个百分点左右。但该技术是在成品水煤浆中补充平均粒径为20μm的细颗粒，粒度级配未达到有效控制，仅在＜45μm的粒度区间内小幅提高，水煤浆浓度的提高幅度有限，难以满足水煤浆产业发展的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种容易实现的采用间断粒度级配的水煤浆及其制备方法，本发明通过控制煤粉颗粒间断粒径的区间范围，使细颗粒充分填充大颗粒形成的孔隙，形成效率极高的紧密堆积状态，大幅优化水煤浆粒度级配，进而提高煤浆浓度。

本发明所提供的采用间断粒度级配的水煤浆，由煤粉、添加剂和水组成；

所述煤粉由粒度为临界粒径～2.5mm的煤粉a与粒度≤0.045mm的煤粉b组成；

所述临界粒径(dpc)为0.09～0.3mm，具体可根据煤粉煤种的不同进行调整。

本发明中，所述临界粒径(dpc)指的是将一次粗磨后的水煤浆中的煤颗粒进行分离所选取的粒径值，即以dpc为界点将煤浆中粒径为0～2.5mm的煤颗粒(不包括零)分离为0～dpc与dpc～2.5mm煤颗粒。

所述水煤浆中，所述煤粉a与所述煤粉b的质量比可为1：0.1～1，具体可为1：0.25～0.67、1：0.43～0.54、1：0.43或1：0.54。

所述水煤浆中，所述添加剂与所述煤粉的干基质量比可为0.2～1：100；

所述水煤浆的质量百分浓度可为55～70％，具体可为61～66％、61％或66％；

所述添加剂可为木质素磺酸盐(如木质素磺酸钠)、腐植酸盐(如腐殖酸钠盐)和萘磺酸甲醛缩合物中至少一种。

所述水煤浆中，所述煤粉可由不同变质程度的煤种制成，如弱粘煤、不粘煤等。

本发明还进一步提供了所述水煤浆的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粒度≤30mm的煤粉、所述添加剂和所述水混合，经粗磨得到煤浆a；所述煤浆a中的煤粉颗粒粒径≤2.5mm；

(2)根据所述临界粒径将所述煤浆a进行分离，得到煤浆b和煤浆c；所述煤浆b中煤粉颗粒粒径为所述临界粒径～2.5mm，所述煤浆c中煤粉颗粒粒径为0～临界粒径；

(3)所述煤浆b经脱水得到煤浆d；

(4)所述煤浆c依次经沉降处理、增浓处理和超细研磨得到煤浆g，所述煤浆g中的煤粉颗粒粒径≤0.045mm；

(5)将所述煤浆d和所述煤浆g混合，即得到所述水煤浆。

上述的制备方法中，步骤(1)中，所述煤浆a的质量百分浓度可为40～65％；

可由原料煤经破碎得到粒度≤30mm的煤粉；

步骤(3)中，所述煤浆d的质量百分浓度可为55～80％。

上述的制备方法中，步骤(4)中，经所述沉降处理得到的煤浆e的质量百分浓度可为15～40％；

经所述增浓处理得到的煤浆f的质量百分浓度可为30～50％；

经所述超细研磨处理得到的煤浆g的质量百分浓度可为30～50％。

经本发明方法制备的水煤浆粒度分布为：临界粒径(dpc)～2.5mm的煤颗粒的质量百分比为60～80wt％，0mm～0.045mm(dpc)的煤颗粒的质量百分比为40～20wt％。

本发明采用间断粒度级配的高浓度水煤浆可应用于气化水煤浆领域。

本发明具有以下优点：

(1)本发明方法采用原煤粗磨与煤粉分离技术相结合的方法实现水煤浆粒度分布的控制，煤颗粒的堆积效率大幅提高，煤浆浓度较第一、二代制浆技术可分别提高5个和2个百分点以上。

(2)本发明方法全流程为湿法流程，安全性及可操作性强。

(3)本发明制备方法简单，为连续式生产工艺，满足水煤浆制备及煤化工企业的连续、稳定生产要求。

附图说明

图1为本发明间断级配的高浓度水煤浆中两种粒度分布的质量百分比。

图2为本发明制备方法的流程图。

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、采用间断粒度级配的高浓度水煤浆的制备

本实施例用的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％。

按照图2所示的制备流程，利用该原料煤制备高浓度水煤浆的过程如下：

(1)将神华煤进行破碎至粒径≤30mm的煤粉。

(2)将≤30mm的煤粉与工艺水、添加剂(木质素磺酸盐)混合进行粗磨，得到浓度为50wt％的煤浆a，煤浆a进入螺旋分级机进行分离，选取临界粒径dpc＝0.2mm，得到浓度为60wt％的煤浆b和浓度为25wt％的煤浆c，其中煤浆b的煤粉粒径为0.2mm～2.5mm，煤浆c的煤粉粒径为0～0.2mm。

(3)由约占神华煤总质量的70％的粒径为0.2mm～2.5mm的煤粉所组成的煤浆b进入脱水机进行脱水，得到浓度为75wt％的煤浆d。

(4)由约占神华煤总质量30％的粒径小于0.2mm的煤粉所组成的煤浆c进入沉降槽进行沉降，得到浓度为35wt％的煤浆e，煤浆e进入增浓器，得到浓度为45wt％的煤浆f，煤浆f进入超细研磨机进行超细研磨，得到浓度为45wt％的煤浆g，其煤粉颗粒的粒度为≤0.045mm。

(5)将步骤(3)制备的煤浆d和步骤(4)制备的煤浆g进行混合，经搅拌均匀得到浓度为66wt％的成品浆，其粒度分布如图1所示。

本实施例制备的高浓度水煤浆中，煤粉a(粒径为0.2mm～2.5mm)与煤粉b(粒径≤0.045mm)的质量比为1：0.43。

本实施例制备的高浓度水煤浆的稳定性为大于24h不产生硬沉淀，表观粘度为880mpa.s(国家标准≤1300mpa.s)。

实施例2、采用间断粒度级配的高浓度水煤浆的制备

本实施例用的原料煤为新疆红山煤(以下简称“红山煤”)，其全水mt＝24％，aar＝14％，var＝30％。

(1)将红山煤进行破碎至粒径≤30mm的煤粉。

(2)将≤30mm的煤粉与工艺水、添加剂(萘磺酸盐甲醛缩合物和木质素磺酸盐的复配物)混合进行粗磨，得到浓度为45wt％的煤浆a，煤浆a进入分级机进行分离，选取临界粒径dpc＝0.15mm，得到浓度为55wt％的煤浆b和浓度为32wt％的煤浆c，其中煤浆b的煤粉粒径为0.15mm～2.5mm，煤浆c的煤粉粒径为0～0.15mm。

(3)由约占红山煤总质量的65％的粒径为0.15mm～2.5mm的煤粉所组成的煤浆b进入脱水机进行脱水，得到浓度为68wt％的煤浆d；

(4)由约占红山煤总质量35％的粒径小于0.15mm的煤粉所组成的煤浆c进入沉降槽进行沉降，得到浓度为40wt％的煤浆e，煤浆e进入超细研磨机进行超细研磨，得到浓度为40wt％的煤浆f，其煤粉颗粒的粒度为≤0.045mm；

(5)将步骤(3)制备的煤浆d和步骤(4)制备的煤浆f进行混合，经搅拌均匀得到浓度为61wt％的成品浆。

本实施例制备的高浓度水煤浆中，煤粉a(粒径为0.15mm～2.5mm)与煤粉b(粒径≤0.045mm)的质量比为1：0.54。

本发明高浓度水煤浆的稳定性为大于24h不产生硬沉淀，表观粘度为960mpa.s(国家标准≤1300mpa.s)。