异煤种的精细水煤浆制备及其成浆性研究

异煤种的精细水煤浆制备及其成浆性研究任兰柱2,崔凤禄3,王毅1,孙远敬2,张强2,王祖纳1(1中国矿业大学,北京100083;2.辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000;3开滦钱加营矿业分公司,河北唐山063018)摘要:在对不同煤种进行工业分析和元素分析基础上,针对不同煤种特点找岀制浆规律,通过分析水煤浆的性能,发现影响各煤种制浆的关键因素是煤质、添加剂、煤粉粒度。发展以煤代油技术为应对石油资源危机,缓解石油进口压力具有重大意义关键词:精细水煤浆;成浆性;添加剂;粒度中图法分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:1006-6772(200)01-0049-04中国是一个煤炭资源丰富而石油资源相对精细煤浆是在普通水煤浆的基础上发展起来短缺的国家,在中国全部能源的总消耗中,煤炭的,它是一种超细和超低灰煤浆,由精细煤粉、水占75%以上,石油占17%左右。多年来石油产量和一定量的添加剂组成。一般精细水煤浆灰分为直保持在约1.6亿t的水平,每年大约进囗石1%~2%,浓度为50%~55%,粘度小于0.3Pa·s,粒油1亿t。目前国际油价依然在高位徘徊,中国石度小于10μm,可作为内燃机、燃气透平燃料油进囗压力逐年增大。同时中国煤炭的加工利用水平和国外相比有很大差距,几乎80%的煤炭未2精细水煤浆的制备与燃烧技术经洗选用于直接燃烧。大气中飘尘SO2、NOx、CO2中国研制水煤浆始于1982年,由国家科委等污染物的80%以上来自煤炭的燃烧,80%的燃攻关局组织进行,1983年1月国家科委将“水煤烧设备是低效率的。因此,煤炭在能源结构中的浆制备和燃烧技术”正式列为国家“六五”攻关项基础地位在短期内不会改变,为应对石油资源危目,其制备技术的开发由中国矿业大学北京研究机和提高石油战略安全,发展以煤代油技术,以生部承担,为此,学校专门成立了水煤浆制备与减少对石油的依赖具有现实意义。燃烧实验室。通过几十年的技术攻关,开发和掌握了一系列的水煤浆制备与燃烧技术,主要包1水煤浆简介括水煤浆(CWM是近年来兴起的以煤代油为目(1)制浆用煤的选择与煤炭成浆性的判别标的新型燃料。它是把煤加工研磨成微细煤粉般要求制浆用煤的挥发分大于28%,对于大多按煤质量分数约70%、水质量分数约30%的比数采用固态排渣的炉子,要求煤炭的灰熔点(T2)例和适量的化学添加剂配制而成的煤水混合物。高于1250℃。煤种和煤质是影响水煤浆性质的主由于它既能保持煤的物理化学性能,又能像石油要因素。其主要衡量参数有:含硫量、灰分、挥发一样具有良好的流动性和稳定性;既可泵送、雾分、热值、水分、固定炭FC与挥发分之比、燃烧指化,又易储存和运输;属低污染、燃烧效率高的洁标、稳定燃烧温度、变形温度、流动温度、SiO2、Na净燃料,有着代油、节能、环保和综合利用等多种等。煤炭的成浆性与煤炭的物理化学性质有着效益,因此水煤浆(CWM)成为煤炭加工利用方面密切的关系。的一项重要技术。(2)“级配”技术:制备高浓度的水煤浆时,不收稿日期:2005-12-06中国煤化工基金项目:国家重点技术创新项目“煤基柴油代用燃料的制备与燃用”;中国CNMHG重点项目作者简介:任兰柱(1966-),男,黑龙江齐齐哈尔人,副教授,目前中国矿业大学在读.c事水煤浆燃烧与环保机械研究异煤种的精细水煤浆制备及其成浆性研究仅需要把煤炭磨至一定的细度,更重要的是它同,所适宜的表面活性剂及加入量不同。但对大的粒度分布情况,应能使大小颗粒互相充填,以多数煤来说,通常以阴离子型表面活性剂效果减少颗粒间的空隙;空隙率越小,颗粒的堆积率较好,特别是磺酸盐及木质素磺酸盐性能优良,越高,用少量的水就能使浆体流动;使颗粒堆积这是由于绝大多数煤粒表面呈现正电性的缘率高的技术称“级配”。煤粉旳堆积效率直接影故。为了改善煤的成浆性,提高煤浆的质量分数响悬浮体系的流体力学特征,在粒度分布中双使煤浆既具有良好的流动性,又具有良好的稳定模粒度(2个粒级分布)是提高煤浆浓度的有效性除添加剂的应用是在成浆工艺中最重要的措方法施之外,采用配煤成浆、压力处理和热力处理(3)磨矿技术:是指通过磨机使其产品既能等达到一定的细度,又有较高的堆积效率的磨矿技术。中国矿业大学研究了磨介运动规律、曆介对3精细水煤浆的制备及其成浆性分析不同粒级煤的破碎作用及磨矿过程中粒度减少中国矿业大学世界合作实验室经过多年坚过程的连锁变化规律持不懈的研究,已有大量的自主知识产权和技(4)化学添加剂技术:添加剂是保证水煤浆术装备,精细水煤浆的制备与燃烧已通过小试具有良好液态性能比不可少的成分,性能优良和中试。本文利用实验室的技术和设备对6种的添加剂对高浓度煤浆制备有着重要作用,它不同的煤种(各有代表性)进行制浆实验,6种不改善了煤粒表面亲水性,增大煤水表面动电位,同的煤种分别为HB(瘦煤)、LL(焦煤)、DT(不使煤易于分散,形成均匀稳定的低粘度煤浆,以粘煤)、ST(石台煤)、SM(神木煤晋城煤)。利用输送与应用,其中最重要的是分散剂。添加制浆时对各种煤样的工业分析和元素分析剂还包括有稳定和助燃等功能的剂性型,主要见表1和表2。是不同性能的单一或复合表面活性剂。煤质不通过实验探索不同煤种的磨矿时间与磨矿表1实验煤工业分析煤种14.1216.1010.3210.3574450.42760.43893.3031451.10231.10183480550.16191111.3110.4519.720.66470.6表2实验煤元素分析煤种NO80.24.5613.053.961.504.13JC73.1793.130.9712420粒度的关系,按照不同煤种符合制浆粒度要求的度要求的煤样。在优化不同煤种的制浆工艺的条磨矿时间制备样品。将制浆所用的煤样先破碎到件下制备水煤浆,并对样品质量、成分、结构和粒0.419lmm以下,然后用于磨矿的入料,采用不锈度特性进行分析。各种制浆用煤粒度分析是采用钢滚筒球蘑机进行破碎,毎个煤样都通过磨矿实英国MalⅤ中国煤化工r激光粒度分验得到粒度与时间的变化曲线,然后再根据制浆析仪来进aYHCNMHG析见表3。用煤的粒度要求,控制磨矿时间得到符合制浆粒《洁净煤技术》2006年第12卷第1期表3各种实验煤的粒度分析3000)D14.3D3.21浓度66.08%240018.936.54063922.7413.227.3637.25758菜120050.1924.5910.52.545.78将以上各制浆煤样分别加入一定量的水,再剪切率/s1加入一定比例的添加剂,搅拌数分钟后既制得水图2LL浮选精煤所制得水煤浆的粘度煤浆,制浆完毕后用旋转粘度计测其流体粘度。用D'、LL、HB3种煤样进行添加剂和灰分实验浓度61.95%制浆用煤样的产率及其灰分见表4。1600表4制浆用煤样的产率及其灰分1200也煤样名称y/%14.59379460120150剪切率/s1由表4可以看出只有D煤样的浮选精煤灰图3HB浮选精煤所制得水煤浆的粘度分是小于2%,而且产率也较高,LL煤样在产率很低的情况下也可以制得超低灰精煤,但是在保的芳香核结构中所含的羟基、羧基官能团具有强证一定意义的产率前提下,灰分有所升高,达到亲水性。对含氧量较小的煤种来说,添加剂作用了3.17%,HB煤样的产率最高,灰分也最高,3个明显;而对含氧量较多的煤种,添加剂作用不明煤样的浮选尾煤可以制成中煤水煤浆。对上述3显;对含氧量4%以上的各煤种加入添加剂后虽种煤样用旋转粘度计测试岀的数据输入计算机有一定的增浓作用,但使煤浆疏松结构破坏,产拟合得到的曲线可知在剪切速率由低至高时的生硬沉淀。因此,要使这些煤能制得合格的煤浆流体类型,在剪切速率为100s-时的表观粘度图必须加入分散剂的同时再增添稳定剂,以保持煤为图1至图3所示。浆疏松、稳定的结构3000(2)灰分对稳定性的影响:灰分较高(在11%~浓度56.51%20%)的煤种本身煤浆结构疏松、稳定,加入添加2400剂都对原煤浆结构影响较小;而灰分较低灰分(在自184%~7%)的煤种,加入添加剂后不能保持原煤浆结构性能,产生了硬沉淀,必须加入稳定剂以改变煤浆结构性能。因此,选择灰分适中的煤种制浆有利于保持煤浆结构性能,不产生硬沉淀4结论剪切率/s图1D浮选精煤所制得水煤浆的粘度(1)灰分高的煤样容易制得固体浓度较高的水煤浆,灰分中等的煤成浆性能较好,灰分低的根据实验结果可以看出,影响水煤浆成浆性煤,应在加入分散剂的同时加入稳定剂,才能保的主要因素有持煤浆疏中国煤化工(1)添加剂的作用:实验所用添加剂为磺酸CNMHG某浆的质量分盐分散剂,加入量分别为煤浆量的0.5%。由于煤数、流变性、稳定性及燃烧特性。如果煤粒的颗粒异煤种的精细水煤浆制备及其成浆性研究过大则虽然易成浆,但稳定性较差。如果过细,由21顾全荣,胡宏纹,王诅讷,等.金属离子在煤界面吸附对于比表面积增大成浆性则会变差。煤成浆性的影响[J]·燃料化学学报,1995,23(4):435.(3)煤质的好坏是制备高质量分数水煤浆的3]孙成功,李保庆。水煤浆技术研究开发现状及面临的问題J].煤炭转化,1995,18(3):1重要因素。原煤因产地不同而其成分有很大的差4]孙成功,吴家珊,李保庆,等.水煤浆应用基础研究现状异,如灰分、水分、硫和氮等含量以及煤粒表面的及发展趋势[].煤炭转化,1993,16(1)性质对浆体的各性能都具有很大的影响。5]孙成功,谢亚雄,李保庆,等.分散剂分子结构特征对煤(4)水煤比高的浆体虽然成浆性较好,但由于流变特性的影响卩].燃料化学学报,1997,25(3)煤粉的质量分数低而使浆体的稳定性不好,而且[6]寿崇崎.水煤浆添加剂及水煤浆稳定性研究J.日用化学作为燃料其燃烧值也会下降。工业,2003,4参考文献郭延红煤浆燃烧技术J延安大学学报,1996,6「8]吉登高,水煤浆燃烧特性的研究中国矿业大学,2005,4I]李永晰,李保庆,陈诵英,等,添加剂分子结构特性与灵9}万玲娟·煤的超细粉碎及超净煤的制备D]中国矿业大武煤水煤浆浆体各性质间匹配规律研究卩J].燃料化学学,2004,5Study on the Preparation and Formed slurry Character of Ultra - CleanedCoal Water Mixture by using Different CoalsREN Lan-zhu 2, CUI Feng-Lu', WANG Yi, SUN Yuan-jing?ZHANG Oiang. WANg Zu-na(1. China University of Mining Technology. Beijing, 100083 China; 2. Liaoning Technology University. Fuxin 123000, China3. Qian ja ying mining filiale, Kairuan Group. Tangshan 063018, ChinaAbstract: The slurry preparation rule was find based on the different kind coal characters and its proximateanalysis and ultimate analysis. The result is indicated that, the main influence factors including coal qualitydditives, and fine coal size are gained through coal water mixture properties analysis. To develop the coalwater mixture as an institute has great role for use it as a substitute for oil and decreasing petroleum importKeywords: ultra -cleaned coal water mixture; formed slurry character; additives; size《中国无烟煤利用技术》书讯由永城煤电集团公司董事长陈雪枫主编的《中国无烟煤利用技术》-书,系统地介绍了中国无烟煤资源、性质和洗选。在此基础上又详细地阐述了无烟煤作为气化、间接液化、髙炉喷吹、小高炉直接炼铁、烧结矿、制造炭电极、活性炭、滤料等多种炭素材料、型煤(焦)、甲醇、二甲醚、合成氨、电石、立窑烧水泥烧石灰、冾炼有色金属、配煤炼焦、动力配煤、制造超低灰燃料和年老无烟煤直接发电等多种广泛的用途及其有关原理和工艺技术路线等内容。本书可供有关无烟煤的生产、利用、研究、设计、教学和环保等方面的厂矿企业、科研单位、高等院校、设计院所、管理机构的工程技术、科研、教学人员以及管理和营销人员参考使用《中国无烟煤利用技术》一书,由化学工业出版社出版,全书共41万字,大16开,260页。有意购买本书者,请与《洁净煤技术》编辑部联系编辑部地址:北京市和平里煤科院內《洁净煤技术》编辑部中国煤化工电话:(010)84262927传真:(010)84262340CNMHG联系人:武英刚电子信箱:jmjs@263《洁净煤技术》2006年第12卷第1期