第32卷第6期化學(xué)工業(yè)2014年6月CHEMICAL INDUSTRY27提高水煤漿成漿濃度的幾種方法唐鳳金,張宗飛,游偉,王光友,姜賽紅,楊珂,章衛(wèi)星(中國(guó)五環(huán)工程有限公司,武漢430223)摘要:從煤質(zhì)特性、粒度分布、水煤漿添加劑三個(gè)方面分析對(duì)水煤漿成漿濃度的影響。論述了提高水煤漿成漿濃度的幾種常用方法,即合適的粒度分布、高效添加劑、制漿工藝與配煤技術(shù)。關(guān)鍵詞:水煤漿;煤質(zhì);粒度分布;添加劑;配煤文章編號(hào):1673-9647(2014)6-0027-04中圖分類號(hào):TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A我國(guó)是一個(gè)貧油、少氣但煤炭資源相對(duì)豐富化工裝置關(guān)注的焦點(diǎn)之一3,也成為眾多科研學(xué)的國(guó)家,低階煤(長(zhǎng)焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐者的重點(diǎn)研究課題之煤等)資源量豐富。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的褐煤資源量約本文從煤質(zhì)特性、粒度分布、水煤漿添加劑130萬(wàn)億t,古我國(guó)煤炭保有資源量的17%左右,三個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)分析,探討其對(duì)水煤漿成漿濃主要分布在內(nèi)蒙古東部、云南東部和黑龍江東部度的影響,據(jù)此論述提高水煤漿成漿濃度的幾種地區(qū)。另外,在陜西北部、內(nèi)蒙古部分地區(qū)存在常用方法,即粒度級(jí)配、高效添加劑、制漿工藝大量較年輕的亞煙煤,如神華煤、神木煤等。這與配煤技術(shù)。些低階煤,尤其是褐煤,含水量大,不適合長(zhǎng)途1影響水煤漿成漿濃度的因素運(yùn)輸,目前多用于坑口電廠直接燃燒發(fā)電,如云11煤質(zhì)特性南的小龍?zhí)犊涌陔姀S以及內(nèi)蒙古霍林河坑口電廠煤質(zhì)特性是影響煤成漿性能的主要內(nèi)因,也等是影響水煤漿成漿濃度的首要因素。煤種不同,用低階煤制漿不僅能以較低的價(jià)格保證制漿即煤的體相、表面組成、表面形貌、內(nèi)水含量用煤的供應(yīng),提高水煤漿的經(jīng)濟(jì)性,而且符合國(guó)礦物質(zhì)種類和含量等不同,制漿難易程度有很大家合理利用煤炭資源的政策,是近年來(lái)制漿用煤差異,其中煤的灰分、揮發(fā)分、固定碳、內(nèi)在水的主要研究方向。但由于低階煤具有內(nèi)水含量高、分、可磨性指數(shù)、氧碳比、氫碳比與燃料比等9含氧官能團(tuán)多、可磨性差等特點(diǎn),導(dǎo)致用常規(guī)制因素對(duì)成漿濃度均有較大影響。漿工藝制備的水煤漿濃度偏低。由于低濃度煤漿般來(lái)說(shuō),煤種成漿濃度隨其內(nèi)在水分含量粒度偏粗,且粒度分布不合理,漿體流變性及霧的增大而降低,較低的內(nèi)水含量有利于制備較高化性能差,致使煤漿管道、泵、閥門、氣化爐噴濃度的煤漿。變質(zhì)程度淺的煤種,其內(nèi)水含量較嘴等磨損嚴(yán)重,氣化煤耗和氧耗偏高,氣化效率高、含氧官能團(tuán)多,制漿濃度較低;變質(zhì)程度深降低,氣化運(yùn)行成本增加凹2。的媒種,其內(nèi)水含量較低、含氧官能團(tuán)少,制漿制漿技術(shù)的核心是在保持煤漿合適的流動(dòng)性、濃度較高s穩(wěn)定性和黏度的基礎(chǔ)上,盡量提高煤漿濃度。工煤的內(nèi)在水分含量可反映煤的內(nèi)孔表面和親業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明,在約60%的工業(yè)煤漿基礎(chǔ)上水性能。內(nèi)水含量較低說(shuō)明該煤的比表面積小或煤漿濃度每提高1%,有效氣體成分約提高04%,吸附水的能力差。因此,制漿時(shí)煤粒上能吸附的每合成100m3合成氣,煤耗降低10k,氧耗中國(guó)煤化工降低10m3對(duì)于60萬(wàn)ta規(guī)模的裝置,相當(dāng)于收稿日期:201CNMHG年降低氧耗1930萬(wàn)m3,節(jié)煤2.1萬(wàn)t,增加經(jīng)濟(jì)作者簡(jiǎn)介:唐鳳金(1986-),男,安徽省人,從事化工工程設(shè)計(jì)效益2100萬(wàn)元。因此,提高制漿濃度是現(xiàn)代煤工作?；瘜W(xué)工業(yè)28CHEMICAL INDUSTRY2014年第32卷水量少,形成的水化膜也較薄,致使占用的水量13水煤漿添加劑較少,所以在水煤漿濃度相同的情況下,固定于水煤漿添加劑不僅能提高煤漿成漿濃度,而煤粒上的水量就相對(duì)較少了,從而導(dǎo)致懸浮體的且可以降低煤漿黏度。添加劑主要通過(guò)改變煤水自由流動(dòng)相增多;也就是說(shuō),欲使水煤漿具有同界面性質(zhì),促使煤粒在水中分散,使?jié){體具有良樣的流動(dòng)性,其濃度必然會(huì)增高。煤中的含氧極好的流變性,從而提高煤漿流動(dòng)性。性官能團(tuán)多,對(duì)水煤漿的濃度也有很大影響。水由于煤的表面主要是疏水性物質(zhì),具有強(qiáng)烈是典型的極性物質(zhì),含氧極性官能團(tuán)多,則其親的疏水性,不易被水浸潤(rùn)。煤顆粒在水中具有熱水性越強(qiáng),就會(huì)吸附大量的水分子,增大內(nèi)水含力學(xué)不穩(wěn)定性,極易團(tuán)聚,與水不能密切結(jié)合為量,導(dǎo)致在煤粒表面形成堅(jiān)固的水化膜,減少自種漿體。盡管強(qiáng)力攪拌后可制備煤漿,但其濃由流動(dòng)水量,降低水煤漿濃度;另外,極性官能度仍然較低。當(dāng)煤漿濃度較高時(shí),煤粒之間由于團(tuán)含量多時(shí),分散劑的親水基與煤粒表面吸附范得華力而凝聚成一種濕的漿團(tuán),造成體系黏度而將親油基朝外引入水中,將會(huì)降低添加劑的作急劇增大。若在制漿過(guò)程中加入水煤漿添加劑用效果,導(dǎo)致添加劑用量增大。總之,煤質(zhì)特性添加劑分子以其疏水部分吸附在煤表面,親水部是制備高濃度水煤漿的決定因素,而煤的內(nèi)在水分朝向水溶液的定向排列方式使煤粒表面變?yōu)橛H分含量又對(duì)這一決定因素起著明顯的支配作用。水性,借水化膜將煤粒隔開,減少煤粒間的阻力因此,煤的內(nèi)在水分含量可以作為判斷其能否制起到降低黏度的作用。故在制備水煤漿時(shí)可以加備成高濃度水煤漿的初步依據(jù)6。人添加劑以改變煤的表面性質(zhì),使煤粒被添加劑12粒度分布分子和水分子包圍,以降低其表觀黏度,提髙漿煤質(zhì)確定后,粒度分布是影響水煤漿成漿性體的流動(dòng)性。能的主要因素,較佳的粒度分布要求煤粉顆粒能需要注意的是添加劑加入量對(duì)成漿性的影響達(dá)到較高的堆積效率,即要求顆粒堆積時(shí)空隙少,較為顯著,表現(xiàn)在:當(dāng)添加劑加入量較少時(shí),添故制備煤漿時(shí)使用單一粒徑的煤顆粒是不合適的。加劑不能同煤粒有效充分作用,因而不能得到良數(shù)據(jù)顯示,在其它條件相同的情況下,粒度分布好的分散效果,導(dǎo)致制漿濃度較低;當(dāng)添加劑加的好壞可以使煤漿濃度相差5%以上。入量過(guò)多時(shí),添加劑分子之間會(huì)形成膠束,反而在水煤漿制備過(guò)程中,為了制備出高濃度的使其有效濃度相應(yīng)降低,這也會(huì)影響到煤顆粒的水煤漿,要求煤粉顆粒各粒徑的含量要有一定的分散效果。因此,在一般情況下,添加劑的添加分布,使大顆粒間的空隙為小顆粒所填充,以減量存在一個(gè)最佳值。對(duì)于變質(zhì)程度淺的煤種,由少空隙所含水量,從而提高制漿濃度。水煤漿的于其比表面大、內(nèi)孔多、含氧官能團(tuán)多,添加劑最佳粒度分布可以采用不同的數(shù)學(xué)模型來(lái)表述:的最佳加入量將會(huì)很大。在此情況下,就需要結(jié)①?gòu)拿悍鄣牧６确植紨?shù)據(jù)來(lái)計(jì)算煤粒子的填合制漿經(jīng)濟(jì)性和成漿性來(lái)確定出適宜的添加劑加充空隙率,空隙率最低的粒度分布制成的水煤漿量。因此,對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程,應(yīng)在兼顧成漿濃度最高性及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,確定出適宜的添加劑加入②計(jì)算粒度分布指數(shù),目前最常用的粒度分量布是 Rosin- Rammer函數(shù)的改進(jìn)形式R-R-B分2提高水煤漿成漿濃度的常用方法布:R=1008p[-(dd')n],R是篩孔d時(shí)的網(wǎng)21粒度級(jí)配上粒子質(zhì)量,d為粒度特性值,相當(dāng)于R=36.7%在制備水煤漿時(shí),合理的粒度分布是減小煤時(shí)的粒徑,n為粒度分布指數(shù)。一般認(rèn)為n越小,粒間隙增加煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重要參數(shù)。研究煤粒分布越寬,填充效率就越高。但是,粒度分布指分布與堆積效率之間關(guān)系的級(jí)配技術(shù)是水煤漿制數(shù)并非越小越好,無(wú)論是否加入水煤漿添加劑,n備技術(shù)的基V凵中國(guó)煤化工求水煤漿的粒均在07-0.86范圍內(nèi)煤漿的黏度最低6。因此,度分布堆積CNMH〔高。粒度級(jí)配制備高濃度水煤漿時(shí)應(yīng)綜合考慮粒度分布與煤漿越好,堆積率越高,煤漿濃度越高。通過(guò)優(yōu)化研黏度。磨體級(jí)配等工藝參數(shù)獲得良好的粒度分布,使大第6期唐鳳金等:提高水煤漿成漿濃度的幾種方法顆粒間的空隙能被小顆粒填充,是提高水煤漿濃達(dá)到生產(chǎn)能力條件下取得所需粒度的煤漿,需控度的重要措施。通過(guò)控制煤的粒徑和粒度分布不制入磨機(jī)原料的粒度(一般<10mm),調(diào)整研磨僅能降低水煤漿的黏度,還能增強(qiáng)其穩(wěn)定性,故體級(jí)配。控制粒度級(jí)配是制備水煤漿的關(guān)鍵技術(shù)之一。在煤化工裝置大部分采用常規(guī)的單磨機(jī)工藝工業(yè)生產(chǎn)水煤漿時(shí),可通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法獲得最佳成漿濃度較低,通常在55%以下。針對(duì)常規(guī)制漿的煤粉粒度分布。實(shí)際生產(chǎn)中,通過(guò)篩分的方式工藝制漿濃度低的問(wèn)題,以少破多磨、分級(jí)研磨得到各粒級(jí)的煤粉后,再配制成漿。目前,國(guó)內(nèi)和優(yōu)化粒度級(jí)配為理論指導(dǎo),煤炭科學(xué)研究總院外大多采用雙峰級(jí)配制漿。小顆粒的煤可填充在國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心自2004年起致力于大顆粒煤的縫隙之間,降低了漿體的空隙率,提低階煤制高濃度水煤漿技術(shù)的研究,歷時(shí)3年開高漿體中煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)叩。發(fā)出分級(jí)研磨低階煤高濃度水煤漿制備技術(shù)及設(shè)22高效添加劑備。該技術(shù)可使低階煤的制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高3%-水煤漿添加劑屬于表面活性劑范疇,可以分5%,且煤漿的粒度級(jí)配趨于合理,平均粒徑降為4類:(1)陰離子型表面活性劑;(2)陽(yáng)離低,流動(dòng)性能與霧化性能明顯提高。因此,開子型表面活性劑;(3)非離子型表面活性劑;發(fā)新型提高水煤漿成漿濃度的制漿工藝,也是今(4)高分子化合物和無(wú)機(jī)鹽類。后水煤漿制備的一個(gè)研究方向。制漿用添加劑主要有分散劑、穩(wěn)定劑和其他24配煤技術(shù)輔助藥劑,其中分散劑起關(guān)鍵作用。目前的水煤煤種成漿性能與煤質(zhì)特征密切相關(guān),變質(zhì)程漿分散劑主要有萘系、腐殖酸系、木質(zhì)素系、聚度較淺的煤種屬較難成漿煤種,較難制備高濃度烯烴系、丙烯酸系以及相關(guān)復(fù)配產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)不少水煤漿;而變質(zhì)程度較深的煤種屬易成漿煤種,企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都對(duì)水煤漿分散劑的研究做了很可制備出較高濃度的水煤漿。從煤質(zhì)角度考慮,多工作,開發(fā)出很多具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,如迪昆要制備高濃度的水煤漿,選擇內(nèi)水含量和含氧量精細(xì)化工公司側(cè)重于研究高效的水煤漿分散劑少的煤種為宜。而對(duì)于確定的煤種而言,影響成主要品種有CWF-15和WCS-AC;南京大學(xué)冉寧漿性的主要因素為煤粉粒度分布和煤漿添加劑。慶等科研人員開發(fā)的NDF型分散劑適用煤種寬,因此,對(duì)于難成漿的煤種,改善其成漿性能的途性能好,占有大量的水煤漿添加劑市場(chǎng);還有徑,除了從原料煤種粒度級(jí)配、添加劑及制漿工淮南礦業(yè)集團(tuán)合成材料有限責(zé)任公司開發(fā)的HNF藝等方面加以解決外,還可通過(guò)配入一定比例的型分散劑可以同時(shí)兼顧水煤漿的分散性和穩(wěn)定易成漿煤種,達(dá)到改善其成漿性能的目的。不僅性。國(guó)外比較突出的有 Nippon油脂公司、Kao公如此,配煤技術(shù)的實(shí)施,還可擴(kuò)大原料煤種的適司、Lion公司等。日本研究人員開發(fā)的一系列性用范圍,實(shí)現(xiàn)原料多樣化及資源的合理利用。能優(yōu)良的分散劑如NSF(萘磺酸鹽聚合物)、PSS目前,國(guó)內(nèi)運(yùn)行的幾套水煤漿加壓氣化制合聚苯乙烯磺酸鹽)作為水煤漿專用分散劑已經(jīng)工成氣裝置,受原料煤質(zhì)的制約。為了提高生產(chǎn)能業(yè)化生產(chǎn)0。目前我國(guó)水煤漿分散劑市場(chǎng)上,萘力、降低氣化過(guò)程中的能耗、氧耗和煤耗,大多系應(yīng)用比較廣泛,其研究已達(dá)到較高水平,成本采用配煤技術(shù)來(lái)改善原料煤種的成漿性能,提高相對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品較低,但是仍然存在著適用煤制漿濃度,實(shí)現(xiàn)水煤漿加壓氣化裝置的長(zhǎng)周期安種范圍窄,成本較高的問(wèn)題。全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過(guò)配煤技術(shù)來(lái)提高水煤漿23制漿工藝制漿濃度,對(duì)于氣化裝置經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行以及煤炭水煤漿制漿工藝主要是為了取得粒度組成的資源的合理配置具有很強(qiáng)的實(shí)用意義。最佳級(jí)配,也就是最大堆積效率,便于制備高質(zhì)3結(jié)論量的水煤漿。氣化用水煤漿的制備主要采用磨機(jī)影響媒V中國(guó)煤化工有煤質(zhì)特性、制漿。在磨機(jī)選定的情況下,制漿工藝影響水煤粒度分布及CNMHG它們對(duì)煤炭漿濃度的因素有入磨粒度、生產(chǎn)能力、研磨體級(jí)成漿濃度均有不同程度的影響。根據(jù)不同的煤質(zhì),配。在工業(yè)化生產(chǎn)中,由于磨機(jī)連續(xù)作業(yè),欲在選擇合適的粒度分布、添加劑及添加劑加入量、化學(xué)工業(yè)30·CHEMICAL INDUSTRY2014年第32卷制漿工藝和配煤技術(shù),可以顯著提高煤炭成漿濃5]鄒立壯,朱書全,王曉玲,等.不同水煤漿分散劑與度,從而制備出適合工業(yè)化應(yīng)用的高濃度水煤漿。煤之間的相互作用規(guī)律研究:X分散劑在煤粒表面上研究提高水煤漿成漿濃度的方法,不但可以提高的吸附作用特征[J.燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2006,34(1)水煤漿的經(jīng)濟(jì)性,減少企業(yè)生產(chǎn)成本,而且符合國(guó)家合理利用煤炭資源的政策,具有明顯的經(jīng)濟(jì)、[6袁善錄,戴愛軍.制備高濃度水煤漿的影響因素探討環(huán)境和社會(huì)效益。[J.應(yīng)用化工,2007,36(12):1242-1245[7]尉遲唯,李保慶,李文.中國(guó)不同變質(zhì)程度煤制備水參考文獻(xiàn)煤漿的性質(zhì)研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2005,33(2)155-160[l]趙衛(wèi)東,劉建忠,周俊虎,等.低階煤高溫髙壓水熱處理改性及其成漿特性[J].化工學(xué)報(bào),2009,60(6)[8]冉寧慶,戴郁菁,朱光,等亞甲基萘磺酸-苯乙烯磺酸-馬來(lái)酸鹽對(duì)水煤漿的分散作用研究[].南京大學(xué)1560-1567[2]張桂玲,杜麗偉,劉燁煒.提高內(nèi)蒙古低階煤氣化水學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,1999(5):643-647煤漿濃度的實(shí)驗(yàn)研究[J].潔凈煤技術(shù),2013,19(4):[9]李少冰HNF系列水煤漿添加劑的應(yīng)用[J.潔凈煤技55-58術(shù),2002(3):19-21[3]張洪偉,謝玉杰,梁彥輝,水煤漿濃度影響因素研究[10]周明松,邱學(xué)青,王衛(wèi)星,等水煤漿分散劑的研究[J].潔凈煤技術(shù),2013,19(3):17-19進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2004,23(8):846851[4]孫寶斌.水煤漿制備主要技術(shù)[J.選煤技術(shù),20004):[l段毆清兵.分級(jí)研磨低階煤高濃度水煤漿制備技術(shù)與應(yīng)32-33用[J.煤炭科學(xué)技術(shù),2012,40(10):113-115.Several Methods for Improvement on Coal Water Slurry Concentration啁 ANG FenZHANG Zong-fei, YOU Wei, WANG Guang-youJIANG Sai-hong, YANG Ke, ZhANG Wei-xingLtd, Wuhan 430223)Abstract: This article has analyzed the effect of coal properties, particle size distribution and coal-water slurry additive on coalwater slurry concentration, and discusses several methods for improvement on coal water slury concentration, such as suitableparticle distribution, high efficient additives, slurry process and coal match techniquesKeywords: coal-water slurry; coal property; particle distribution; additive; coal matchooooooooo@oeoooooeoeoeooeooooooceoeooooooeoeooooooooOOOOooooOoOOoooooo歡迎投槁歡迎訂閡2 eoeoooooeoeoeoooooeo009ooo000009°0°9TH出中國(guó)煤化工NMHG