专利名称：湿煤粉处理法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用湿块物料制备自由流动粒状产品的方法，尤其是将水不溶物与湿煤粉混合而制备自由流动粒状产品的方法。
关于煤中灰和硫含量的严格环保规定要求常规采煤工艺和先进的煤加工法制成研细的煤，并且细煤粉含15-40%游离水分。煤结构中含固有或平衡水分，已知低级煤的固有水分含量高。除煤的固有水分而外，常规采煤和洗煤工艺制成的煤粉中游离水分吸附在煤粒表面上。湿煤粉产品煤炭工业中常称为湿煤饼。
湿煤饼基本上为煤粒的湿粘性结块(一般小于约28目)，极难于保存、处理和运输，常与大颗粒较干煤混合后大批送去作燃料。但只有满足混合产品特定湿含量规格的湿煤饼才能这样处理。为满足这些规定，常需在加热干燥机中将湿煤饼干燥而降低其湿含量。干燥操作提高了应用这些细煤粉的成本。不能这样处理的过细煤粉常排入沉降池，从而带来经济损失。
运送和使用细干煤粉产生的粉尘具有潜在爆炸危险，而且运输损失导致经济上的损失并造成环境污染。
广泛的研究已提出生产可作为液体处理的细煤粉浆料，可喷雾干燥后在炉中燃烧，但这种浆料需大量采用昂贵化学品才能保证长期贮存而又不沉淀以及提供泵送和雾化粘度控制。
在制备煤-油悬浮液时向细煤粉中加油的方法已见于US 4859209和4744797。在US 4744797中重油和煤粉在约50-150rpm剪切力的作用下与水溶性明胶或胶水在重油中的水溶液混合，其中水溶性成分的溶液将水分散到重油中。
干燥粉煤用油润湿以降低煤尘和自燃趋势的方法已见于US 4775390，4828576，4783200，4402707和3953927。
煤-油结块法中，将油在高剪切力下加入以稀释煤-水混合物(少于约20%煤)中以使每粒煤都涂上油。高剪切混合力使涂油煤粒相互粘结形成几乎没有或完全没有剩余水的煤块。可用结块法从水流中回收应用煤，其中典型煤-油结块法C见于US4396396和4889538。
但目前还未提出使湿块稳定以提供易输送，可贮存并易处理的物料的实用办法。
因此要求开发湿煤粉饼进行处理而制成易贮存，运输和应用的自由流动的物料的方法，并且需要开发可完全消除或降低这种物料加工处理时存在的危害的方法，最后还需寻求可作燃料的湿煤饼稳定方法。
本发明提出可自由流动，易处理和贮存的物料的制造方法，其中包括将游离水分约5-60wt%的粉煤饼与有效量水不溶物质混合，而混合时间足以生产出许多由煤粒、水分和水不溶物质混合物构成的可自由流动颗粒。
混合时水不溶物质可逐渐或一次加入粉煤块中或在混合步骤前掺在一起，该法连续或间隙式生产。
粉煤饼为常规采煤、煤加工或洗煤工艺等期间制成的物料，常称为湿煤饼。水不溶物质优选为室温下不会蒸发的油，适合的油选自原油，润滑基础油，柴油燃料，液态植物油，松节油，亚麻子油，聚硅氧烷，废润滑油，减压塔底油和№.6燃料油。
最终产品为干燥外观粒状产品，湿含量约2-50wt%。水不溶物质与一个或多个颗粒混合成粒，据信可在煤粒间缝中保持湿分。可自由流动颗粒可用目前常用于干燥水泥和砂处理中的常见方法进行处理，如可从地面上的贮室、仓或堆中气动运直接送到应用地点。优选方案中油、水和煤粒混合物的自由流动颗粒可直接送到可烧粉煤的燃烧室。水分可从颗粒中逸出的能力可使自由流动颗粒干燥，如必要时在加热干燥器中干燥。这样干燥后若放在高温环境中可观察到湿分不再进入颗粒。
本发明方法可包括将表面活性剂或其它某些添加剂加入自由流动颗粒中的步骤，最好是在应用地点进行，以制成稳定煤-水浆。这些添加剂可包括表面活性剂，如环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物，由BASF Chemical Corporation制造(Pluronics)或乙氧基化醇，如Umion Carbide Chemical Corporation制造的产品(Tergitols)。可用其它制剂，如呫吨胶或瓜耳胶作为增稠剂进行稳定和调节粘度用并可用木素或萘磺酸盐作分散剂。浆料可按需要泵送和/或雾化而进入燃烧室。
本发明方法制成的自由流动颗粒的性质可随选用的煤种、粒径、水不溶物质及煤炭加工业人员已知的其它作用参数而变化。
本发明方法制成的自由流动颗粒克服了现有湿块材料，如湿煤饼材料在处理和输送方面的问题。而且，本发明产品大大降低了目前常用干煤粉的爆炸和污染危险性。
本发明方法可用来将湿粉煤饼转化成外表面干燥的自由流动颗粒，后者易于经干颗粒物料处理，贮存，输送和应用的常见方法而进行处理、贮存、输送和应用。为对本发明进行详细说明，本方法参照将湿煤饼转换成易处理、可自由流动颗粒(有时也称为研制煤)的情况进行说明。
本发明研制煤生产方法中先处理粒径不超过约28目且游离水分含量约5-60wt%的粉煤饼。游离水分将煤粒一起保持在许多湿粘性块，有时亦称为湿煤饼中。湿煤饼然后与室温下不蒸发的水不溶物质(如油，优选为液态烃)混合。
湿煤饼和油在室温下以低剪切混合力混合，混合时间应足以生成众多自由流动颗粒，如约5-15分钟。据信，每一粒均由湿分附到其表面上的一个或多个煤粒与油混合构成，而且据信这些颗粒可在煤粒缝隙间保持水分，因此具有干燥粒状产品外观，可含约2-50%水分，堆积密度20-40磅/英尺3。从颗粒作用和外观可推测的一种结构是煤粒四周形成了油膜并有吸收水。
该法中应用的低剪切混合力低于可将水从煤粒表面拉出来的剪切速度。已发现，不超过约一千(1000)倒数秒(reciprocal seconds)的平均剪切力即可满意地形成颗粒，而低至10-100倒数秒的剪切混合力也可成功地用于实验室，但已知更高剪切力也可适用。不过混合速度不能太高以至可将水从煤-油混合物中分出。但据信对本发明而言混合剪切并不象原料湿含量那么关键。
本发明方法原料最好是湿煤饼，用常规采煤，制煤或洗煤工艺得到的粉煤制成，优选高级煤。不管粒煤块中固有水分含量为多少，游离水分为约5-60wt%，优选约10-50wt%，更优选为20-40wt%。已发现超过约60wt%的游离水分会形成混入研制煤的游离水，而低于约5-10wt%的游离水分含量又不宜按本发明生产研制煤。
选来与粉煤饼混合的物质必须水不溶，优选无毒，闪点高(即至少约280°F)的挥发分低的油。如表Ⅱ所示，更低闪点油也可用。油为相对长链(N＞4)有机或共价键合化合物，带有非极性化学官能团(如烃，醚，聚硅氧烷等)就足矣，如可用石油制得(柴油燃料，润滑油渣，＃6燃料油，原油，减压渣油，废润滑油和石脑油)，用木材制得(松节油)，用植物油制得(如玉米油，大豆油，蓖麻油，亚麻籽油等)或用合成材料(聚硅氧烷)制得。高度精制润滑打底油，如由Chevron以商名Pale Oil 75或由Pennzoil以商名N-60-HT销售的产品也成功地用于本发明方法，其典型性质如下表Ⅰ。
表Ⅰ添加剂油的典型性质性质 Chevron PennzoilPale Oil 75 N-60-HTAPI重力 26.5 26.5-28.0粘度-CST＠40℃ 13.3 9.07-10.25粘度-SUS＠100°F 75 60闪点，COC°F 310 290倾点，°F -20 -50分子量 30.0 -硫，wt% 0.09 ＜0.50
但从经济、环境或操作方面考虑，也可用其它油，如也可用柴油，但有环境和安全方面的危害。
表Ⅱ典型添加剂油性质性质 溶剂油 松节油 亚麻籽油(原汁)颜色 水-白 水-白 黄-褐B.P.范围，°F 310-377 310-330 无SP.Grav.， 0.779 0.860-0.875 0.931-0.936＠60°F闪点，°F(TCC) 103 90-115 432碘值 N/A N/A 177该法中水不溶物质用量优选为干煤的约1-5wt%，不过任何可将粉煤饼转化成油/水/煤粒混合物，再形成本发明的具有干燥外观，可自由流动颗粒的量均适宜。用油量和本发明方法制成的单颗粒粒径根据初始煤粒径而变化，而煤粒径又确定了材料表面积及其保持游离水分的能力。湿煤饼湿含量越大，水不溶物质需求量就越大。
例1430g含30%水分的湿煤滤饼放入实验室混合机中，其中装有开式浆叶。混合机低速启动(100-500rpm)以保证混合。然后一次加9g Pale oil 75，混合进行5-10分钟直至得到可自由流动的粒状产品。产品从混合室中自由流入容器。
例217479g含35%水分的湿煤饼(11361g干煤加6118g水)放入0.2m3(6英尺3)市售灰浆搅拌机中并开始低速混合(40-50rpm)。然后一次加入340g(以煤干重计为3%)选定油，同时继续进行混合。混合进行5-10分钟直到形成具有干燥外观的粒状研制煤产品。该产品的移出仅从混合机的活动混合室倾出自由流动颗粒即可。
例3300g平均体积直径13.3μm(100%颗粒＜62μm)并含6%灰分的干燥Pittsburgh＃8层煤与190g水混合。充分混合后可观察到湿粘性饼。然后加9.0g Pennzoil HT-60，混合物在实验室混合器中以约200rpm搅拌，约5-10分钟后可观察到外观干燥的细粒状材料。倾侧混合容器即可移出该物料。
例4300g平均体积直径20μm并含1.4%灰分的干燥Upper Elkhorn＃3煤与161g水混合。充分混合后可观察到湿粘性饼。然后加入9α玉米油(商名Mazola 油)，混合物在实验混合器中以约200rpm搅拌，5-10分钟后可观察到外观干燥的粒状产品。仅倾侧混合容器即可移出该产品。
例5300g平均体积直径12.7μm(98%颗粒＜44μm)的干燥东部无烟煤粉与161g水混合。充分混合后形成了看似湿的煤饼。然后加入9.0g Pennzoil HT-60，混合物在实验室混合器中以约200rpm搅拌，约5分钟搅拌后得到外观干燥的粒状产品。仅倾侧混合容器即可移出该产品。
上述例子表明了本发明的一些特征。本发明中可用任何能低剪切力混合的适宜混合设备，其中工业规模连续和间歇操作要求不同类型的混合设备。
对形成的自由流动颗粒研究表明，该研制煤产品在空气中或加热时迅速失水且再放入高温环境时不会再吸水。这表明油会沿缝间水表面束缚或包覆煤粒，其中易使水逸出，但可防止煤粒再吸水。颗粒的这种失水能力使其可进一步加工以降低水分的工艺。颗粒可以适宜的已知方式加热干燥，但应当看到，干燥不是必须的。本发明方法制成的颗粒外观干燥，可按同于任何干燥粒状堆积物料的方式进行处理、运输和贮存。这种颗粒可提供稳定湿煤饼，该饼无须进一步加工即可燃烧，或易于在燃烧地点转化成煤/水燃料。
本发明方法本质上不同于现有技术中的加油或油结块工艺。在油结块工艺中，油加入低浓度(低于2.0%煤)煤-水混合物中，该混合物然后在高剪切力下混合以使每一煤粒涂上油并使颗粒相互粘结成块，其中大部分或全水排除了。本发明方法中，保持了游离水。将相当少量的水不溶物质加入湿煤粉中，条件是进行高剪切力混合，使水和油加细煤粒而形成自由流动粒状混合物，其中许多由一个或多个煤粒和水(2-50wt%)构成的颗粒看起来是束缚或隔离在与水不溶物质的混合物中。
自由流动颗粒易于用适宜的已知办法(如刮板推出或用真空设备抽取)从混合设备中移排出。因此，颗粒可贮存，无需保存剂，易以常见方式运输，如用气动或螺旋输送设施送到燃烧室，如用于电厂蒸汽锅炉。该研制煤可堆在地面上或贮存在已知粮食、水泥或石灰仓储设备中。
制成的产品可用堆积干燥粒状产品的常见输送设施转送到用户地点并可在应用前与添加剂混合而将自由流动颗粒转化成浆料。可用适宜添加剂将颗粒转化成稳定的低粘度煤-水浆料，再泵送到喷雾器以用于燃烧工艺。这些添加剂包括环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物，由BASF Chemical Corporation制造(Pluronics)或乙氧基化醇，如由Union Carbide Chemical Corporation制造的这种产品(Tergitols)。其它制剂，如呫吨胶或瓜耳胶可作稳定和调节粘度的增稠剂，并可用木素或萘磺酸盐作分散剂。
本发明自由流动颗粒或研制煤处理法对湿含量大小，原料粒径或煤加工工艺中的变量不敏感，且贮存失水对处理性几乎无影响。
权利要求
1.自由流动颗粒制备方法，其中包括将含游离水分约5-60wt%的粉煤饼与有效量水不溶物质混合，混合时间足以制成许多自由流动颗粒，每一粒由至少一个煤粒，水分和所说水不溶物质的混合物构成。
2.权利要求1的方法，其中所说水不溶物质为室温下不蒸发的液态烃。
3.权利要求1的方法，其中所说煤粒平均粒径小于28目。
4.权利要求1的方法，其中所说混合步骤在低于约1000个倒数秒的平均剪切力下进行。
5.权利要求1的方法，其中所说粉煤饼中游离水分约为20-40%。
6.权利要求1的方法，其中所说水不溶物质选自精炼润滑油基础油，柴油燃料，液态植物油，真空塔底产品，№.6燃料油，聚硅氧烷，松节油和溶剂油。
7.权利要求1的方法，其中所说水不溶物质量为所说干燥粉煤块的约1-5wt%。
8.权利要求1的方法，其中众多自由流动颗粒的堆积密度20-40磅/英尺3。
9.权利要求1的方法，其中还包括将所说自由流动颗粒与选自表面活性剂，木素和萘磺酸盐及其混合物的添加剂混合制成浆料。
10.权利要求1的方法，其中还包括将众多自由流动颗粒干燥而降低其水分的步骤。
11.可自由流动物料，其中包括许多自由流动颗粒，每一颗粒由至少一粒煤，约2-50wt%的游离水分和水不溶物质的混合物构成。
12.权利要求11的物料，其中所说水不溶物质在所说煤粒间隙中保持所说水分。
13.权利要求11的物料，其中所说煤粒平均粒径小于28目。
14.权利要求11的物料，其中所说水不溶物质为室温下不挥发的液态烃。
15.自由流动颗粒制造方法，其中包括制成游离水分约5-约60wt%的粒煤饼和有效量水不溶物质的混合物;和将该混合物进行混合，其混合时间足以制成基本上不相互粘结的颗粒，每一颗粒由至少一粒其表面上有吸附水分的煤与水不溶物质相混合。
16.权利要求15的方法，其中还包括将所说颗粒干燥以降低其水分。
17.权利要求15的方法，其中还包括将所说自由流动颗粒与选自表面活性剂、木素和萘磺酸盐及其混合物的添加剂混合而制成浆料。
全文摘要
用湿粉煤饼制备可自由流动的粒状产品的方法，是将水不溶物质(如油)与煤饼混合，最好在低剪切力下进行，时间足以制成许多可自由流动颗粒，制成的每一颗粒最好是包括由一个或多个煤粒，2—50wt％水和水不溶物质的外观干燥的混合物。
文档编号C10L5/06GK1066007SQ92102808
公开日1992年11月11日 申请日期1992年4月18日 优先权日1991年4月19日
发明者B·E·戴维斯, R·M·亨瑞, G·S·特维特, E·W·阿尔鲍 申请人:能源国际有限公司