本发明涉及煤化工技术领域水煤浆制备，特别是改善低变质煤成浆性的方法。
背景技术：
我国半焦产业主要分布于宁、晋、陕等主要煤炭资源丰富的省区，以上地区煤化工产业发展火热，其中以煤气化为代表的新型煤化工受到企业广泛的关注和欢迎，水煤浆气化技术作为新型煤化工技术中的典型代表之一，具有煤种适应性广、气化压力与温度高、安全环保等优点的显著特点，在新型煤化工中占有相当大的比例。
作为水煤浆气化的原料煤的成浆性是影响企业效益与效率的一个重要因素，它要求水煤浆具有较高的浓度、较好的稳定性与流动性，而这些因素之间却是相互矛盾。目前，我国的水煤浆厂大部分以成浆性好和中等挥发性的气煤和焦煤作为制浆原料，而在我国的煤炭品种中，难成浆的煤种占到总储量的70％。随着煤炭的变质程度的升高，煤炭的成浆性也随之改善，这是由于低变质煤由于其表面含氧官能团丰富导致其成浆性较差。因此，开发一种改善低变质煤成浆性的工艺具有十分重要的意义。
半焦，它是褐煤，长焰煤等低变质煤在500～700℃下经过热解得到的固体产物。目前，半焦的产能在5000万吨/年以上，半焦多用于电石、铁合金等领域，由于半焦传统应用途径受到半焦性质和规模等限制，产能出现严重过剩。经过热解后，低变质煤的含氧官能团部分分解，导致半焦颗粒表面的含氧官能团含量降低，从而有利于由半焦制备高浓度水焦浆，存在流动性差等缺点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种低变质煤与半焦耦合的制浆工艺，使得到的水煤浆成浆浓度可提高2～3个百分点，流动性好，工艺简单；同时，本发明的制浆工艺也扩展了半焦的用途。
为了实现的发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种低变质煤与半焦耦合的制浆工艺，包括以下步骤：
(1)将低变质煤破碎得到低变质煤粉，半焦破碎得到半焦粉；
(2)将步骤(1)得到的低变质煤粉与半焦粉混合，得到固体混合物；
(3)向所述的固体混合物中加入水煤浆分散剂和水，搅拌均匀后制得水煤浆；
其中，以步骤(2)中所述的固体混合物的质量为100％计，所述的半焦粉的质量为20～50％，所述的固体混合物的粒度分布在＜75μm、75～125μm和125～250μm三个范围内，且粒度分布在＜75μm范围内的固体混合物为0～50％，比如，10％，20％，30％；粒度分布在75～125μm范围内的固体混合物为0～50％，比如，10％，20％，30％；粒度分布在125～250μm范围内的固体混合物为0～50％，比如，10％，20％，30％。
本发明提供的制浆工艺是将低变质煤、半焦通过进行粒度级配，然后耦合制浆，有效地改善了低变质煤的成浆性和流动性，同时也扩展了半焦的应用领域。如本领域技术人员熟知，本发明中提到的低变质煤从煤化角度来讲通常是指变质程度较低的煤，例如，褐煤原煤、烟煤、次烟煤和/或长焰煤；本发明所用的半焦是低变质煤在500～700℃下经过热解得到的固体产物，优选为挥发分大于15％，比如，18～30％，比如，20％，25％；灰分小于10％，优选为3～8％，比如，5％，7％的半焦。
需要具体说明的是，本发明中粒度分布在75～125μm范围内的物料是指物料的粒度大于等于75μm且小于125μm，又如，粒度分布在125～250μm范围内的物料是指物料粒度大于等于125μm且小于250μm，其他粒度范围同理。
在一些优选的实施方式中，以步骤(2)中所述的固体混合物的质量为100％计，步骤(1)中经破碎得到的低变质煤粉的粒度分布在＜75μm、75～125μm和125～250μm三个范围内，粒度分布在＜75μm范围内的低变质煤粉为0～50％，比如，20％，30％，40％；粒度分布在75～125μm范围内的低变质煤粉为0～50％，比如，10％，30％，40％；粒度分布在125～250μm范围内的低变质煤粉为0～50％，比如，10％，30％，40％；进一步优选地，步骤(1)中经破碎得到的低变质煤粉的粒度分布在＜60μm、90～110μm和150～200μm三个范围内，比如，经破碎至粒度在50～60μm、90～100μm、170～180μm三个范围内。
在一些优选的实施方式中，以步骤(2)中所述的固体混合物的质量为100％计，步骤(1)中经破碎得到的半焦粉的粒度分布在＜75μm、75～125μm和125～250μm三个范围内，粒度分布在＜75μm范围内的半焦粉为0～50％，比如，20％，30％，40％；粒度分布在75～125μm范围内的半焦粉为0～50％，比如，10％，20％，30％；粒度分布在125～250μm范围内的半焦粉为0～50％，比如，10％，20％，30％；进一步优选地，步骤(1)中经破碎得到的半焦粉的粒度分布在＜60μm、90～110μm和150～200μm三个范围内，比如，经破碎至粒度在50～60μm、90～100μm、170～180μm三个范围内。
在本发明制浆工艺的步骤(2)中，固体混合物是由低变质煤粉与半焦粉混合而得到，如本领域技术人员所熟知，本发明所指的混合是利用本领域常规技术中的共混手段得到，共混过程中对物料的粒度分布影响较小，此处可忽略。
在一个具体的实施方式中，以固体混合物的质量为100％计，经步骤(1)破碎后得到的半焦粉、低变质煤粉中，粒度分布在＜75μm的半焦粉的质量为15％，低变质煤粉的质量为30％；粒度分布在75～125μm的半焦粉的质量为5％，低变质煤粉的质量为10％；粒度分布在125～250μm的半焦粉的质量为10％，低变质煤粉的质量为20％；经步骤(2)混合后得到固体混合物，粒度分布在＜75μm的固体混合物的质量为45％，粒度分布在75～125μm的固体混合物的质量为15％，粒度分布在125～250μm的固体混合物的质量为30％。
在本发明中，步骤(2)中所述的固体混合物的粒度优选分布在＜60μm、90～110μm和150～200μm三个范围内；进一步优选地，以步骤(2)中所述的固体混合物的质量为100％计，粒度分布在＜60μm范围内的固体混合物占0～50％，比如，10％，20％，30％；粒度分布在90～110μm范围内的固体混合物占0～50％，比如，10％，20％，30％；粒度分布在150～200μm范围内的固体混合物占0～50％，比如，10％，20％，30％。
在本发明制浆工艺中，以步骤(2)中所述的固体混合物的质量为100％计，所述的半焦粉进一步优选为25～40％，比如，30％，35％；使得加入的半焦粉能够有利于提高水煤浆的浓度，同时满足在后续气化应用过程的标准。
在本发明的制浆工艺过程的步骤(3)中，以所述的固体混合物的质量为100％计，所述的水煤浆分散剂的加入量为1～3‰，进一步优选为1.5～2.5‰，比如，2‰；所述水的加入量为35～42％。
在一些具体的实施方式中，添加的水煤浆分散剂选自脂肪族分散剂、聚羧酸分散剂、萘磺酸分散剂或改性木质素分散剂；本发明中提到的改性木质素分散剂具体是指进行氧化、羟甲基化、酚化、磺化、聚合、接枝共聚、缩合和脱甲基化后得到的木质素分散剂，比如，市售的分子量大于10000，磺化度大于2mmol/g的改性木质素磺酸盐分散剂。在一些优选的实施方式中，水煤浆分散剂选自萘磺酸分散剂和改性木质素分散剂，且两者用量的质量比为1:1～4:1，比如，3:2，3:1。在固体混合物中加入水煤浆分散剂，使得低变质煤粉和半焦粉更容易分散，搅拌后得到的水煤浆性质更稳定。
在本发明的制浆工艺过程的步骤(3)中，采用搅拌器在600～1200r/min的转速下搅拌3～10min得到水煤浆，为使水煤浆能够更加均匀，转速可以进一步控制在800～1000r/min，搅拌时间可以进一步控制在5～8min。
在一些优选的实施方式中，所述的低变质煤选自长焰煤、烟煤和/或次烟煤；优选地，所述的低变质煤选自长焰煤和烟煤，且两者用量比为1:4～4:1，比如，3:2，3:1。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
本发明提供的制浆工艺通过控制低变质煤和半焦的固体混合物的粒度分布，保证了在每个粒度范围内分布的物料的物理特性均一，从而保证了水煤浆浆体的浓度和流动性等性能；同时，在本发明中，通过优化配煤，有利于低变质煤与半焦的更好混合制浆。
本发明中将半焦的添加量控制在20～50％，能够有效提高水煤浆的浓度；同时，本发明的制浆工艺整体的流程简单，既达到提高浆体的浓度，也扩展了半焦的应用途径。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
下述各例中得到的水煤浆性能采用以下方法测试：
(1)水煤浆流动性：
a—稀流体，流动状态似液体水；
b—稠流体，流动状态似蜂蜜；
c—稀糊状流体；
d—无法流动。
(2)成浆浓度测试：
采用水分测定仪测定，或者采用如下测试方法：
将制备得到的水煤浆称重，记作w0；然后将水煤浆在105℃烘干至恒重，记作w1，则成浆浓度为w1/w0×100％。
(3)粒度检测方法：
采用超声衰减粒度仪测定物料的粒度分布范围。
本发明中涉及到的其他检测方法均为本领域的熟知技术。
以下实施例中采用的原料来源或组成说明如下：
低变质煤：神华宁煤公司梅花井煤矿的长焰煤；红柳煤矿的烟煤；
半焦：采用宁夏焦化厂提供的半焦样品，其挥发分为20％，灰分8％，灰分熔点(弱还原气氛)t4温度小于1250℃；
水煤浆分散剂：
(1)市售分子量为2000-10000，磺化度为3mmol/g的改性木质素磺酸钠分散剂；
(2)市售分子量为10000-30000的萘磺酸分散剂。
实施例1
(1)将神华宁煤公司梅花井煤矿的长焰煤破碎至粒度在50～60μm、90～100μm、170～180μm粒度范围的低变质煤粉1；将红柳煤矿的烟煤破碎至粒度为50～60μm、90～100μm、170～180μm的低变质煤粉2；
按照质量比为1:1的比例混合低变质煤粉1与低变质煤粉2，得到低变质煤粉；
将宁夏焦化厂提供的半焦样品破碎至粒度为50～60μm、90～100μm、170～180μm的半焦粉；
(2)将上述破碎得到的低变质煤粉与半焦粉进行混合，得到固体混合物；其中，以固体混合物的质量为100％计，粒度分布在50～60μm范围内的低变质煤粉的质量为35％，粒度分布在90～100μm范围内的低变质煤粉的质量为5％，粒度分布在170～180μm范围内的低变质煤粉的质量为25％；
粒度分布在50～60μm范围内的半焦粉的质量为10％，粒度分布在90～100μm范围内的半焦粉的质量为10％，粒度分布在170～180μm的半焦粉的质量为5％；
(3)以固体混合物的质量为100％计，向上述混合得到的固体混合物中添加2‰的水煤浆分散剂(水煤浆分散剂为质量比1:1的萘磺酸分散剂与改性木质素分散剂的混合物)和30％水后，在1200r/min的搅拌速度下搅拌8min后得到水煤浆。
实施例2～3与实施例1的区别在于选用的低变质煤种：实施例2采用的低变质煤为质量比为3:2的长焰煤与烟煤的混合物；实施例3采用的低变质煤为质量比为3:1的长焰煤与烟煤的混合物；
实施例2～3的制浆工艺参数，具体制浆工艺参数详见表1；
表1
对比例1
(1)将神华宁煤公司梅花井煤矿煤样破碎至粒度分布在50～60μm、90～100μm、170～180μm三个范围内，得到低变质煤粉；
(2)将上述分布在各粒度范围的低变质煤粉混合；其中，粒度分布在50～60μm范围内的低变质煤的质量为50％，粒度分布在90～100μm范围内的低变质煤的质量为10％，粒度分布在170～180μm范围内的低变质煤的质量为40％；
(3)将上述的混合物中添加3‰的水煤浆分散剂(水煤浆分散剂为质量比1:1的萘磺酸分散剂与改性木质素分散剂的混合物)和30％水后，在1200r/min的搅拌速度下搅拌8min后得到水煤浆。
经检测，该对比例制得的水煤浆流动性为c。
对比例2
此对比例2与实施例1的区别在于：步骤(2)中低变质煤粉与半焦粉进行混合的混合比例，具体制浆工艺参数详见表2。
表2
从表1、2中的数据来看，本发明提供的制浆工艺通过将固体混合物的粒度分布控制在50～60μm、90～100μm和170～180μm三个范围内，提高了固体混合物的堆积密度，保证了在每个粒度范围内分布的物料的物理特性的均一化，使得水煤浆的浓度提高了2～3百分点，水煤浆的流动性能也得到提升。