一种高钠煤脱钠方法
【专利摘要】本发明涉及一种高钠煤脱钠方法，包含以下步骤：将高钠原煤破碎成碎原煤；将所述的碎原煤用超纯水进行润湿并静置一段时间，得到润湿的煤；将所述润湿的煤放入微波炉中，进行微波加热处理并保温一段时间，得到微波处理后的煤；将所述微波处理后的煤降温至50~70℃，搅拌水洗5~15min，分离废液，得到提质煤；将所述的提质煤进行热风干燥处理，得到低钠煤。本发明的高钠煤脱钠方法，工艺简单，处理周期短，能有效的降低准东煤炭中钠的含量，提高原煤的品质，解决了锅炉等设备在燃用高钠煤时存在的换热面沾污、结渣和积灰的问题，更适合工业生产。
【专利说明】一种高钠煤脱钠方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭【技术领域】，具体地说，是一种高钠煤脱钠方法。
【背景技术】
[0002]我国是一个煤炭资源丰富的国家，其储量居世界第三，而目前开发利用不足20%。可以预测，煤炭在未来10年内能源生产和消费结构中仍占60%左右。煤炭一直是我国的主要能源，并且在石油资源储量日益减少，新能源开发有待完善提高的前提下，煤炭资源的优势日益明显。
[0003]高钠煤是指煤中碱金属钠含量较高的煤种，其在澳大利亚、美国、德国等地都有一定的储量。新疆准东是煤炭资源储量非常富集的区域，预测储量达3900亿吨，目前累计探明煤炭资源储量为2136亿吨，煤田成煤面积1.4万平方公里，是我国目前最大的整装煤田。以我国现在煤炭年产量计算，一个准东煤田就能够全国使用一百年。
[0004]由于准东煤矿的历史成因和当地不同的自然条件，该地区的煤质也是沿着煤矿分布带而变化的。总体来说，该地区的煤质大致具有以下特点:(I)中高水分；(2)中等发热值；(3)煤质堆积密度小；(4)易着火、易燃尽；(5)强结焦；(6)高碱金属含量、强沾污性；
(7)各矿的灰熔点相差比较大。准东煤中含钠组分的含量(以灰分计，以下同)总体都在2 %以上，远高于其他地区动力用煤(中国国内动力煤中氧化钠的含量都在I %以下)，有的矿区产煤甚至高达10%以上，由于这些煤中含钠组分的含量高，因此通常将这些煤称为高钠煤。
[0005]高钠煤在燃烧利用过程中，低熔点的煤灰极易(高温环境下)以液态或半液态的渣粒即熔融的灰粘结在受热面上或炉墙上，形成一层紧密的灰渣层，造成锅炉等设备结渣；这些活性含钠组分会在锅炉等设备换热面管壁上凝结，并与烟气中的二氧化硫、三氧化硫等反应生成的硫酸钠等物质形成密实的粘结层，该粘结层一方面与金属管壁反应造成高温腐蚀，另一方面可以捕获烟气中的灰颗粒造成高温粘结性积灰；因此，高钠煤中活性含钠组分会造成飞灰粘性高，容易被密实沾污粘结层捕获，在换热面上沉积形成积灰，造成换热面沾污和结渣。正是由于此类问题的存在，导致高温环境中利用高钠煤的锅炉等设备在短时间运行后不得不更换换热面，造成严重的经济损失，高钠煤燃烧过程中出现的粘污问题严重限制了高钠煤的应用。
[0006]目前对准东高钠煤的利用主要采用掺烧沾污性弱的煤种的方法，但这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。因此，严重限制了对准东煤的利用，同时当地电厂又要从其他地方购买优质燃煤，既增加了发电企业的成本，又对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了非常大的困难，致使准东煤的优势难以得到充分的利用。究其原因，以上存在的问题均与煤灰中碱金属含量较高密切相关。而对于如何降低高钠煤入炉时的碱金属含量，防止结渣、沾污和腐蚀，提高准东煤的燃烧品质，确保锅炉安全经济长期运行的研究及处理技术仍存在不足。高钠煤脱钠提质研究对解决其燃烧利用过程中所带来的问题具有重要的现实意义和经济价值。
[0007]中国专利文献CN 201310460315.X，公开了一种新疆高钠煤脱钠方法，所述的方法包含以下步骤:将高钠原煤破碎成一定尺寸的碎原煤；在第一温度和一定压力下使用高温洗涤溶液对所述碎原煤进行洗涤，得到混合液并稳定一定时间；将所述混合液搅拌一段时间，得到高温搅拌液；将所述高温搅拌液降温至第二温度，得到低温搅拌液；将所述低温搅拌液进行煤水分离，得到废液以及提质煤；将所述提质煤进行干燥，得到所述低钠低氧煤。该种方法虽然能降低高钠煤中钠含量，但其工艺中包含高温加压洗涤和高温搅拌步骤，工艺繁复且成本高昂，不适合工业上的大规模快速处理。因此开发一种工艺简单，高效快速脱除高钠煤中钠含量的方法是十分必要的。
【发明内容】
[0008]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
一种高钠煤脱钠方法，其特征在于，所述的高钠煤脱钠方法包括以下步骤:
(1)将高钠原煤破碎成碎原煤；
(2)将所述的碎原煤用超纯水进行润湿并静置一段时间，得到润湿的煤；
(3)将所述润湿的煤放入微波炉中，微波加热处理并保温一段时间，得到微波处理后的煤；
(4)将所述微波处理后的煤降温至5(T70°C，搅拌水洗5?15min，分离废液，得到提质煤；
(5)将所述的提质煤进行干燥处理，得到低钠煤；
所述的碎原煤尺寸为2?20mm ;所述的碎原煤与超纯水的质量比为3:1 ;所述的润湿方式为搅拌喷洒润湿。
[0009]所述的一段时间为3(Tl20min。
[0010]所述的微波加热处理所用的功率为400w-1000w，保温温度为120°C?200°C，保温时间为5?30min。
[0011 ] 所述的干燥处理为热风干燥处理。
[0012]本发明的脱钠方法的原理为:高钠煤中的钠主要以水溶性钠为主，孔隙结构越丰富，内水含量越高，则水溶性钠的含量越多。在润湿过程中，由于润湿液具有很好的渗透性，能够渗透到煤颗粒内部，与煤中的含钠组分充分接触。静置30-120min，保证润湿液充分通过煤表面渗透到煤颗粒孔隙内部，从而增加煤中水溶性钠的含量。同时，微波加热具有独特的加热方式，相比较传统的加热方式而言，它不需要外部热源，而是直接向被加热材料内部辐射微波电磁场，并以每秒几亿次速度进行周期变化的透入物料内，与物料的极性分子相互作用，升温速率很快。将润湿且静置一段时间的煤放入微波炉中，微波炉直接向煤内部辐射微波电磁场，并以每秒几亿次速度进行周期变化的透入煤颗粒内部，与煤中的极性水分子相互作用。极性水分子在微波场中作高速的往复运动，产生“摩擦效应”，结果一部分能量转化为分子热运动动能，此时，在煤颗粒孔隙内部迅速升温，瞬间产生一个类似于高温爆炸源，将水分快速挤出煤外，高钠煤中含量最多的水溶性钠随着煤中水分的挤出而被带出。采用微波加热方式，升温速率快，不仅煤自身水分中的水溶性钠被带出，而且溶入在超纯水中的那部分钠也被带出。经过这一脱钠过程，最终降低了高纳原煤中碱金属含量，提高了高钠煤的品质和利用率，使高钠煤燃烧引起的粘污、结渣和积灰问题得到很好的控制，使得处理后的高钠原煤可以得到更加广泛的利用。本发明中，润湿液的作用是，当润湿液渗透到煤的孔隙中，煤中的部分可溶性钠(主要是水溶性钠)溶入到润湿液中，在后期微波处理过程中，不仅煤中自身水分所携带的钠被带出，而且，溶入到润湿液中的那部分钠也会随润湿液的蒸发而被带出。因此，本脱钠方法大大增强脱钠效果。另一方面，在微波场中，煤中的水分被瞬间挤出，这一过程也使煤大分子结构变得疏松，微孔结构得到扩张，从而提高煤大分子网络结构中小分子的相对流动性，这有利于高钠煤孔隙中的水溶性钠驱除出孔隙，大大降低了处理后高钠煤中的钠的含量。另外，相比较电加热创造的高温环境来脱钠，本发明所用的微波加热方式，升温速率快，而且整个脱钠流程所消耗的时间将会缩短许多。经过微波处理后的煤样，搅拌水洗去除残留在煤颗粒表面的水溶性钠。在冲洗的同时，还增加了搅拌。在搅拌的作用下，水溶液和高钠煤可得到更充分的混合和接触，增强冲洗效果。
[0013]虽然微波加热是技术人员将物体中的水分去除的的常规技术手段，但本发明并不是将微波加热简单的引入。本发明针对准东煤孔隙结构丰富的特点，创造性的将微波加热引入煤炭脱钠工艺中，利用微波加热的内部加热特性，使得煤炭内部迅速受热升温产生大量蒸汽往外冲出，在颗粒内部形成无数细小孔道，使得其孔隙增大，增加煤炭中可溶性钠的脱除量，提升脱除效果。同时煤炭内部细小孔道的形成使煤结构更加疏松，有利于煤炭的燃烧利用。使用超纯水作为润湿液进行润湿，由于超纯水中杂质含量很低，具有较强的渗透能力，能充分渗透至煤颗粒内部，与煤中的含钠组分充分接触，使煤炭中的可溶性钠能快速扩散到润湿液中，大大降低了处理后高钠煤中的钠含量。同时，经润湿后，煤中的可溶性杂质减少，在脱除过程中存在于水中的钠被带至煤颗粒表面的阻力也随之减少，这将有利于钠的脱除。另本发明的技术参数并不是本领域技术人员的常规选择，是发明人在大量的实验技术上总结得出的，产生了有益的技术效果。如:超纯水与煤炭质量比为1:3时，既能保证润湿液能充分的将煤炭中可溶性钠溶出，同时较少的水含量能节约微波加热所需的时间和能量，大大降低了生产成本；将原煤破碎成2?20mm的颗粒，既保证超纯水能渗透至煤炭颗粒内部，与煤中的钠组分充分接触，同时较大的颗粒尺寸能降低将原煤破碎所需要的能量，节约生产成本；第四步将微波处理后的煤降温至5(T70°C进行搅拌冲洗处理，在余温和搅拌的共同作用下，水溶液和高钠煤可得到更充分的混合和接触，增强脱除效果。
[0014]本发明的高钠煤脱钠方法，工艺简单，处理周期短，能有效的降低准东煤炭中钠的含量，提高原煤的品质，解决了锅炉等设备在燃用高钠煤时存在的换热面沾污、结渣和积灰的问题，适合工业处理。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明提供的【具体实施方式】作详细说明。
[0016]实施例1
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2?20mm的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1:3，静置30分钟后放入微波炉中，设置功率为400W，加热至120°C后保温30分钟，取出待冷却降温至50°C后搅拌水洗10分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为 80%ο
[0017]实施例2
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2?20mm的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1: 3，静置120分钟后放入微波炉中，设置功率为1000W,加热至200°C后保温5分钟，取出待冷却降温至70°C后搅拌水洗5分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为89%。
[0018]实施例3
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2?20mm的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1:3，静置70分钟后放入微波炉中，设置功率为700W，加热至120°C后保温18分钟，取出待冷却降温至60°C后搅拌水洗8分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为84%。
[0019]对比例I
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2?20_的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1: 3，静置70分钟后放入电炉中加热升温至200°C保温10分钟，取出待冷却降温至70°C后搅拌水洗8分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为61%。
[0020]对比例2
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2?20_的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1:3，静置70分钟后进行热风干燥处理，将干燥后的煤炭搅拌水洗8分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为64%。
[0021]对比例3
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为0.r20mm的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1:3，静置30分钟后放入微波炉中，设置功率为400W，加热至120°C后保温30分钟，取出待冷却降温至50°C后搅拌水洗10分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为 62%。
[0022]对比例4
取准东煤炭用破碎机破碎成直径为2(Γ30_的原煤，用超纯水对原煤进行喷洒润湿，边喷洒边搅拌，超纯水与原煤的质量比为1:3，静置30分钟后放入微波炉中，设置功率为400W，加热至120°C后保温30分钟，取出待冷却降温至50°C后搅拌水洗10分钟，分离废液后用热风干燥处理得低钠煤。用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-1CP-AES分析法)测定处理后的低钠煤中钠离子含量，与原煤相比，钠含量的脱除率为 67%。
[0023]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高钠煤脱钠方法，其特征在于，所述的高钠煤脱钠方法包括以下步骤: (1)将高钠原煤破碎成碎原煤； (2)将所述的碎原煤用超纯水进行润湿并静置一段时间，得到润湿的煤； (3)将所述润湿的煤放入微波炉中，微波加热处理并保温一段时间，得到微波处理后的煤； (4)将所述微波处理后的煤降温至5(T70°C，搅拌水洗5?15min，分离废液，得到提质煤； (5)将所述的提质煤进行干燥处理，得到低钠煤； 所述的碎原煤尺寸为2?20mm ;所述的碎原煤与超纯水的质量比为3:1 ;所述的润湿方式为搅拌喷洒润湿。
2.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于，所述的一段时间为3(Tl20min。
3.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于，所述的微波加热处理所用的功率为400w-1000w，保温温度为120°C?200°C，保温时间为5?30min。
4.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠方法，其特征在于，所述的干燥处理为热风干燥处理。
【文档编号】C10L9/00GK104312655SQ201410562851
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】张守玉, 金涛, 刘大海, 郑红俊, 吴巧美, 邓文祥, 唐文蛟, 侯宝鑫, 涂圣康, 赵孟浩 申请人:上海理工大学