关于以新疆库尔勒煤制备水煤浆的研究

June, 2014化肥设计第52卷第3期12Chemical fertilizer design2014年6月设计技术关于以新疆库尔勒煤制备水煤浆的研究夏吴,陈钢,曾凡虎,唐凤金,陈巳樊(1.中国五环工程有限公司,湖北武汉430223;2.国家能源低阶煤综合利用研发中心,湖北武汉430223摘要:以新疆库尔勒煤为煤样,研究了在以萘磺酸盐为添加剂的情况下,采用粒度级配方法制备水煤浆的最佳条件。实验结釆表明,①菾磺酸盐的添加量宜为0.3%(以干基煤为标准);②μ"煤样粗细粒度宜按6:4级配,2“煤样粗细粒度宜按5:5级配;③1"煤样可制得质量分数约为59%的水煤浆,2ˉ煤样可制得质量分数约为62%的水煤浆,且均表现出一定的屈服假塑性,可以满足水煤浆气化技术的要求关键词:新疆库尔勒;煤样;水煤浆;添加剂;粒度级配;流变特性doi:10.3969/j.isn.1004-8901.2014.03.004中图分类号:TQ534.4文献标识码:A文章编号:1004-8901(2014)03-0012-03Researching on Preparing Water Coal Slurry Made by Coal in Korla of XinjiangXIA Wu 2, CHEN Gang, ZENG Fan-hu, TANG Feng-jin',CHEN Si-fan(1. China Wuhuan Engineering Company Lid, Wuhan Hubei 430223 China2. Comprehensive Utilization Development Centre of Low Valence Coal of National Energy, Wuhan Hubei 430223)Abstract: Taking the coal in Korla of Xinjiang as a coal sample, author has researched the optimal condition for preparing the water coal slurry bymeans of granularity class-distribution method under situation taking naphthalene sulfonate as an addingExperimental result indicates that (1)Adding quantity of naphthalene sulfonate should be 0. 3 % taking dry base coal as standard )i (2) Granularity of 1 coal sample shall be proportional asaple can make water coal slurry with mass fraction of about 62%, moreover all showing definite pseudo-plasticity, it can meet requirement for gasifietion technology of water coal slurryKey words: Korla Xinjiang; coal sample; water coal slurry; adding agent; granularity class-distribution: flow variation characteristicdoi:10.3969/j.isn.10048901.2014.03.004水煤浆是伴随着20世纪70年代国际石油危机主知识产权的对置式多喷嘴水煤浆气化技术、多元料发展起来的一种新型煤基流体洁净燃料,是由煤浆气化技术已应用于多套装置。粉、水和添加剂混合搅拌而成的流体,与重油一样基于经济性考虑,水煤浆气化技术对煤的特性可作为流体输送、贮存,在气化炉中参与化学反应有一定要求。煤的氧碳比、挥发分与灰分含量、灰制造合成气。熔融温度和水煤浆浓度及流变特性均影响水煤浆我国研究水煤浆技术始于20世纪80年代初,气化的正常运行。笔者通过相关实验,考察了新疆经过长期的研究和开发,已经进人工业生产推广应库尔勒煤的煤质特性和成浆性能,获得了新疆库尔用阶段。勒煤样的最佳制浆浓度。水煤浆气化技术具有如下特点:①原料来源广1实验部分泛,煤浆性能稳定,易于泵送;②技术成熟、可靠,已有数套工艺装置多年的运行经验便于大型化、规模化,1.1样易实现自动化控制和清洁化生产;③气化压力较高,勸中国煤化工为成浆原料,新疆库尔可以节省合成气的压缩功;④气化炉内无传动装置,CNMHG元素分析和工业分析结构比较简单;⑤有效气(CO+H2)含量高,由于气化见表1温度高,气体中甲烷含量低,不含焦油,惰性组分含量作者简介:夏吴(1965年-),男,湖北利川人,1985年毕业于浙江大低适合作为化工生产的合成原料气。随着国内煤化学化学工程专业,教授级高级工程师,中国五环工程有限公司总工工行业的蓬勃发展,该项气化技术发展迅速,拥有自的研究、设计、开发和项目管理第3期夏吴等关于以新疆库尔勒煤制备水煤浆的研究表1新疆库尔勒煤样元素分析和工业分析水分和氧碳比是反映煤质的2个重要指标,也是衡量煤种成浆性能的重要指标。由表1可知,新元素分析,m/%工业分析,v/%疆库尔勒煤样的水分含量较低,氧碳比较低。Oa N在气化过程中煤中的硫生成H,S和少量有机1“煤74.724.0219.740.780.747.447.1430.322#煤75.934.1118.820.850.297.174.6030.61硫(COsS),煤中硫含量主要影响合成气的净化。由表1可知,新疆库尔勒煤样属于低硫煤1.2实验灰分和发热量直接影响着气化性能和经济性能。1.2.1水煤浆制备发热量高、灰分含量较低的煤种作为水煤浆气化的原煤样用量约3kg,破碎至粒度约10mm。将粗料时,气化氧耗、煤耗较低,气化效率较髙。由表1和碎后的煤样使用对辊破碎杋进行细碎,将细碎后的表3可知,新疆库尔勒煤样属于髙发热量、特低灰煤煤样均匀地平铺在托盘中,放人105℃的恒温鼓风HOⅠ是衡量煤可磨性的重要指标,HGI越高,煤干燥箱内进行干燥,干燥时间为12h。干燥后的煤越易磨碎,在同等粒度分布条件下,制备水煤浆电样使用球磨机进行磨煤制样,时间控制在10~15耗越低。表3显示煤样的HGⅠ分别为67和7,属min。煤样使用40目和200目筛子进行筛分。粒度于中等可磨煤。级配后的煤样加入水和萘磺酸盐(添加剂)制备成灰熔融温度是确定水煤浆气化操作温度的主水煤浆,并用1000r/min搅拌器搅拌15min。要因素,也是煤种选择的重要依据。由表3可知1.2.2水煤浆浓度的测定新疆库尔勒煤样属于低灰熔融温度煤,符合水煤浆采用GB/T18856.2-2008中规定的红外干气化用煤灰熔融温度要求。燥法进行浓度测定2.2煤的成浆性能1.2.3水煤浆黏度的测定2.2.1添加剂比选使用成都分析仪器厂生产的NXS-4C型黏度在水煤浆的制备过程中需加入一定量的表面计,采用GB/Tl854-200812中规定的方法测定活性剂或其他助剂,使煤粉均匀分散在水中成为稳水煤浆的黏度和流变特性定的悬浮液,以提高水煤浆的浓度并改善水煤浆的1.2.4水煤浆流动性和稳定性分析流动性和稳定性。综合考虑分散效果和生产成本水煤浆的流动性分析采用目测法,稳定性分析采等因素,并借鉴相关经验,实验中确定萘磺酸盐为用棒插观察法,水煤浆流动性和稳定性分析见表2添加剂,用量0.3%(以干基煤为标准)。2.2.2粒度级配表2水煤浆流动性和稳定性分析粒度分布是影响水煤浆的流变性、稳定性及燃料流动性分析稳定性分析性的重要因素。水煤浆中煤粉的粒度要达到一定的平滑流动,不间断无析水,无沉淀ABcD流动不流畅,有间断轻微析水,少许沉淀细度,保证其充分燃烧,还要具备良好的粒度分布,尽C不能自主往下流,需借助外力沉淀严重可能地减少水的消耗,制成高浓度浆。因此,控制好结团现象严重结块水煤浆的粒度分布是水煤浆制备过程中的一项关键技术。通过分析 Shukla3、 Whitmore4和 Christians2结果与讨论en5等人的相关研究成果,本实验采用双峰级配的方法制浆,40~200日(以下称为粗粒)与200日以上细2.1煤质基础数据分析颗粒(以下简称为细粒)之间的配比见表4。作为水煤浆气化的原料煤种,其煤质直接影响着水煤浆的各项指标、成浆性能、气化性能和经济表4新疆库尔勒煤样级配方案性能。新疆库尔勒煤的发热量、哈氏可磨指数序号粗粒:细粒(质量比)煤2"煤某(HGⅠ)和灰熔融温度见表表3新疆库尔勒煤样发热量、HI和灰熔融温度「H中国煤化工CNMHG灰熔融温度/℃添加剂用量为0.3%,采用表4所述配比方案/(kJ·kg-)制成质量分数为60%的水煤浆。水煤浆的表观黏1煤281428211ll111082111011361152度、流动性及稳定性的变化规律,即煤样粒度级配对水煤浆特性的影响见表5化肥设计2014年第52卷表5新疆库尔勒煤样粒度级配对水煤浆特性的影响粗粒:细粒表观黏度序号煤样流动性稳定性l600(质量比)mPa·s1“煤995.0012448.83CccAA420.00CccBBB米800新疆库尔勒1·煤样粗细颗粒按6:4级配制得的水煤浆黏度最小,为448.83mPa·s,但其流动性和剪切速率/s稳定性较差,故1煤样粗细颗粒可按6:4级配确定1煤样(浓度59%);2°煤样(浓度62%)最佳制浆浓度;新疆库尔勒2“煤样粗细颗粒按5:5图1新疆库尔勒煤样最佳成浆浓度的流变特性级配制得的水煤浆黏度小,且具有良好的流动性和稳定性,由此得出煤样粗细颗粒按5:5级配确定最佳制浆由表7可知,新疆库尔勒1煤样和新疆库尔勒浓度2煤样制得水煤浆的表观黏度都随着浓度的增加而2.2.3水煤浆浓度变大。这是因为随着水煤浆浓度增加,体系中固体添加剂用量为0.3%,由新疆库尔勒煤样制备颗粒的质量分数增加,颗粒之间起润滑作用的自由的水煤浆性能见表6。流动水的质量分数减少,颗粒之间摩擦力增加,导表6新疆库尔勒煤样水煤浆成浆性能致水煤浆黏度增加,即对于同一煤样,水煤浆的黏序号煤样粗粒:细粒浓度表观黏度度大小与水煤浆的浓度呈正相关特征流动性稳定性(质量比)w/%/mPa·s由图1可以看出,新疆库尔勒煤样最佳成浆浓1煤6:459453.67BC度条件下水煤浆的表观黏度随着剪切速率增大而6:4448.83CC降低,均表现出一定的屈服假塑性。这有利于气化煤B用水煤浆的储存、泵送和雾化。5:562772.33B5:51037.50C3结论新疆库尔勒1煤样制得的水煤浆质量分数在(1)以萘磺酸盐作为添加剂,添加量为0.3%59%时呈现较好的流动性和稳定性,新疆库尔勒2(以干基煤为标准),粗细颗粒按6:4级配,实验室煤样制得的水煤浆质量分数在62%时呈现较好的条件下新疆库尔勒1煤样成浆的质量分数约为流动性和稳定性。由此可知,新疆库尔勒1煤样和2“煤样的最佳成浆质量分数分别为59%和62%。59%,可以满足水煤浆气化技术的要求。2.3水煤浆的流变特性(2)以萘磺酸盐作为添加剂,添加量为0.3%水煤浆流变特性是指受外力作用发生流动与变(以干基煤为标准),粗细颗粒按5:5级配,实验室形的特性,其与水煤浆的储存、输送和雾化燃烧密切条件下新疆库尔勒2煤样成浆的质量分数约为相关。在表6所示浓度条件下,新疆库尔勒煤样水煤62%,可以满足水煤浆气化技术的要求浆表观黏度随剪切速率变化的规律见表7,最佳浓度(3)2种煤样单独制浆,新疆库尔勒2“煤样的条件下的表观黏度随剪切速率变化的规律见图1。成浆性能明显优于新疆库尔勒1煤样。表7新疆库尔勒煤样水煤浆表观黏度随剪切速率变化的规律参考文献煤粗粒:细粒浓度不同剪切速率下的表观黏度/mPa·s[1]GB/T8856.2-2008.水煤浆质量试验方法[S](质量比)u/%10s-120s-140s-160s-180s-1100s-1[2]中国煤化工试验方法[SAL S K. et al. Coal -oil-water煤6:4489CNMHG6:460806623536474454449nineologcal benavior and prediction of optimum2#煤5:5particle size [J].Fuel, 2008,87: 3428-34326215891250998868807772[4 Fidleris V, et al. Rheol. Acta VI, N4-6, 196197816291312115410641037[5]Chong JS. et al. J. Appl. Polymer Sci., V22, 1收稿日期:2014-01-14