水煤漿氣化原料的成漿性研究

第33卷第4期化VoL 33 No 42010年10月COAL CONVERSIONct,2010水煤漿氣化原料的成漿性研究邵守言1)王忠華?)王輔臣3摘要在實(shí)驗室條件下研究了從低煤化度煙煤到高煤化度無(wú)煙煤,以及石油焦等不同氣化原料煤的成漿性.為提高低煤化度煙煤的成漿濃度,在保證其混合原料灰熔融特征溫度滿(mǎn)足液態(tài)排渣前提下,將低煤化度煙煤與一種或兩種煤化度較高的煤或者石油焦配比,考察了它們的成漿性結果表明,煤化度適中的QD煤?jiǎn)为氈茲{濃度達到70%,黏度536mPa·s,流動(dòng)性為A;通過(guò)不同煤種的級配,三種原料配合的料漿濃度為62%時(shí),黏度在340mPa·s~550mPa·s之間,可以獲得符合液態(tài)排渣氣化要求的混合料水煤漿,擴大了氣化原料來(lái)源關(guān)鍵詞水煤漿,成漿性,配煤,無(wú)煙煤,石油焦中圖分類(lèi)號TQ517.4+3SF煤的內在水分較高,超過(guò)10%,同時(shí)灰分也較0引言低,氧含量較高,屬于難成漿煤,而其余煤樣內在水分較之SF煤和SF煤低,故成漿濃度應高于SH煤水煤漿氣化技術(shù)是采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排渣和SF煤,水煤漿添加劑為市售的陰離子型添加劑的氣流床高溫氣化工藝,理論上講煤種適應性廣,但表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析(%)從實(shí)際運行的可操作性和經(jīng)濟性角度來(lái)看,對煤種 Table1 Proximate and ultimate analysis of coal samples%)要求也相當苛刻特別是煤灰的熔融特性和成漿性 imple M oximat analysisUltimate analysis裝置目前使用的氣化原料煤主要來(lái)自神華集團煤灰%0 V FC C H N S,o能要求更高.江蘇鎮江索普集團公司的水煤漿氣化熔點(diǎn)較低的神府煤田,運輸距離遠.2007年底中國 HN coal.1118.0240.2659.7483275.31.460.3410.17南方地區的冰雪天氣造成電煤運輸困難,一些電廠(chǎng)QDcl1.132.2935.9664.0484.115.71.360.269.0的存煤達到嚴重警戒水平.這說(shuō)明單一依靠遠距離23520.3240.3959.618.545.421.440.311煤炭原料來(lái)保障氣化裝置連續生產(chǎn)存在較大的風(fēng)sY0.430.999.4690.5489.483.461.340.045.68sY22,800.289.17險,所以開(kāi)展水煤漿氣化原料煤的篩選與優(yōu)化是十 DT coal 2.320.03.461.83951.0.680.64713分必要的本研究考察各種原料煤?jiǎn)蚊汉筒煌烀篗Lol.64.!812.188.8291.035.291.241.161.28的成漿性,從水煤漿的成漿濃度、水煤漿黏度和析水 PC coal1.2710.809.2390.7792.305.081.230.530.86率等方面考察了其成漿性能15,為其工業(yè)應用提供實(shí)驗數據.[61.2水煤漿制備方法1實(shí)驗部分濕法制漿:將原煤破碎到一定大小后,放人磨煤機中將其粉碎,再將一定量單煤或混合煤放入星型1.1實(shí)驗原料球磨機中,并向其中加入一定量的添加劑和水,研磨30min后即得到所需的煤漿實(shí)驗選用SH煤、SF煤、HN煤、QD煤、Z煤1.3水煤漿成漿性評價(jià)方法SYJ1、SYJ2、DT煤、ML煤和PC煤為原料煤,其工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1從表1可看出,SH煤和水煤獎成獎性評價(jià)方注加下中國煤化工長(cháng)江學(xué)者和創(chuàng )新團隊發(fā)展計劃項目(IRT0620)1)博士生、高級工程師;華東理工大學(xué)煤氣化教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,200237上CNMHG,,二程師江蘇索普(集團)有限公司6江蘇鎮江收稿日期:20100506;修回日期:2010-06-11第4期邵守言等水煤漿氣化原料的成漿性研究1)黏度測定:采用ND-B旋轉黏度計3號轉子右.其余幾種原料的內在水分少,故制漿濃度較高以60r/min的轉速旋轉,從水煤漿放入恒溫杯開(kāi)始計研究表明,低階煤的表面親水性強,煤的成漿性時(shí),30℃恒溫,5min后開(kāi)動(dòng)黏度計,記錄11min~差;主焦煤和瘦煤等有著(zhù)最高的疏水性,成漿性最15min的黏度值,取其平均值為該試樣的黏度值好;到無(wú)煙煤階段煤的成漿性有所降低,這從表2中2)流動(dòng)性測定:采用目測法,分為四級.A級為的成漿濃度和析水率也可以看出:煤的成漿濃度除稀流體,連續流動(dòng),平滑不間斷;B級為稠流體,流動(dòng)與其內在水分直接相關(guān)外,還與煤表面親水性有關(guān),較連續流體表面不光滑;C級要借助外力才能較好而煤的親水性強弱又與煤中含氧官能團多少和類(lèi)型地流動(dòng);D級不能流動(dòng)相關(guān)羥基和羧基等含氧官能團親水性強.3)析水率:用D25mm×250mm的大試管裝為了測定煤表面上的官能團,采用美國 Nicolet水煤漿,液面用液體石蠟密封,7d后測定析水率.的 Magna-IR550傅立葉紅外光譜儀,波長(cháng)4000析水率一水煤漿原始高度(m-10%(1)cm1~400cm-2,KBr壓片法,將樣品充分除去水高度(cm)分后進(jìn)行紅外光譜測定,結果見(jiàn)圖4)穿透率:將重25.9g的玻璃棒從液面上自由垂直下落穿透率插入高度(cm)水煤漿原始高度(cm)×100%(2)5)水煤漿濃度:水煤漿濃度質(zhì)量(g千煤質(zhì)量(g)+水重(g5(3)2結果與討論4000350030002500200015001000500圖1實(shí)驗煤樣的紅外光譜2.1單煤的成漿性Fig 1 FT-IR spectra of coals實(shí)驗所用單種煤的成漿性見(jiàn)表2由圖1可知,樣品表面分子中特征吸收峰對應表2單種煤的成漿性某種特征官能團.其中3400cm-處又強又寬的吸Table 2 Slurry ability of single coa收峰是一OH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的,2920cm1和2851cm處出現的兩個(gè)比較弱的吸收峰是一CH2Sample Concentration/ Viscosity/ Perforation Water precipfFluidity和一CH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的,1600cm處出現一(mPa. s) ratio/% tation ratio/SH coal 601.156.13c+個(gè)很強的吸收峰歸因于氫鍵化的羰基和芳香環(huán)19.44C=C吸收相重疊的結果,1100cm-1~1300cm-1HN coal5461002.30之間的峰是一C—OC—的吸收峰,900cm-1D coal53610700cm-1間的吸收峰歸屬于不同取代單苯環(huán)和縮合芳環(huán)的C—H變形振動(dòng).從圖2中可以看出,SF煤DT coal 642.15中羥基等親水性基團的吸收峰比較強,而表征煤化ML coal 65程度高的—CH2和一CH3的伸縮振動(dòng)吸收峰比較PC coal弱.SF煤中較長(cháng)的碳氫側鏈和較多的羧基、甲氧基342100及羥基等親水性含氧官能團使得神府煤有較強的親水性,表現為內在水分達到11.5%從而導致SF煤成漿濃度較低SYJ2中含有的羥基和醚氧鍵等親水由表2可見(jiàn),SH煤和SF煤的成漿極限濃度只基團的吸收峰相對較弱,芳環(huán)內一C-H鍵和能達到60%,并且流動(dòng)性C級,不易流動(dòng)原因是CV凵中國煤化工相對較強因此SH煤和SF煤的內在水分較高(兩者的空氣干燥基SYJ2CNMHG漿濃度較高DT水分超過(guò)10%),減少了煤漿中可自由流動(dòng)水分的含煤、F的亂外尤諧相似,羥基含量少,煤量使得在較低濃度下黏度就高達1000mPa·s左化程度較高,內在水分也不高故成漿濃度比較高.煤炭轉化10年2.2兩種煤配合的成漿性穩定性好和易點(diǎn)燃的優(yōu)質(zhì)水煤漿,將兩種煤按一定比例配合起來(lái),實(shí)現配煤制漿,是一種合理利用煤炭研究表明配煤可以有效地調節煤灰熔融性,使資源的好方法其滿(mǎn)足液態(tài)排渣要求,但兩種煤配合的混煤是否也根據配煤煤灰熔融特征溫度的測定結果,高灰滿(mǎn)足水煤漿的成漿要求呢?成漿性好的煤與成漿性熔點(diǎn)煤的質(zhì)量配比控制在16%左右,可以使混煤灰不好的煤配合,前者可以提高后者的成漿性;低階動(dòng)的熔融溫度降低到1300℃左右,故考察SF煤/HN力煤成漿性差,水分高,發(fā)熱量低,但揮發(fā)分高,容易煤和SF煤/J煤的最高質(zhì)量比在70:30以下.配著(zhù)火,而高階動(dòng)力煤則相反.為獲得濃度高、黏度低、煤的水煤漿成漿性分析結果見(jiàn)表表3配煤成漿性Table 3ability of blend coalSample Mass ratio Concentration/% viscositys) Perforation ratio/% Water precipitation ratio/% Fluidity70:30F: HN000002.442.64F: ZJ000358BCBBC由表3可以看出,在水煤漿濃度不變的條件下,要求SF煤與不同煤混合對煤漿黏度和析水率的影提高混煤中HN煤和以J煤的質(zhì)量比,可以使配煤響見(jiàn)圖2.水煤漿的流動(dòng)性有所改善,同時(shí)黏度也有所降低.隨著(zhù)J煤和HN煤加入量的增加,水煤漿黏度逐漸降低,原因是刀J煤和HN煤內在水分較之SF煤要低很多,在相同制漿濃度條件下,隨HN煤和Z煤質(zhì)量增加,煤漿中自由水變多,流動(dòng)性得到改善,故水煤漿黏度有所降低SF-PCHN煤和幻J煤的灰分都明顯高于SF煤,故Different blending coal and rateHN煤和幻J煤中的無(wú)機礦物含量高于SF煤,煤中的無(wú)機礦物對水煤漿的穩定性有一定影響,煤中的礦物質(zhì)主要通過(guò)影響煤表面的親水性、電化學(xué)性質(zhì)或通過(guò)與制漿用分散劑的相互作用來(lái)影響漿體的穩定性研究表明,煤中的礦物質(zhì)可以吸收水分,從而大大降低了漿體中作為流動(dòng)介質(zhì)的水分,同時(shí)煤中SF-DT的高價(jià)金屬離子溶出后能吸附在煤表面而使煤的親水性增強,被吸附的水分子在固體顆粒表面定向排圖2SF煤與不同煤混合對黏度和析水率的影響列,減少了漿體中自由水的含量,并且由于這些水分Fig.2 Effect on viscosity and rate of separated water of子膜有很大的黏滯性,導致漿體結構化程度增大,穩SF coal blended with different coals定性提高,這也就解釋了隨HN煤和ZJ煤質(zhì)量比加,煤漿的析水率逐漸降低和穩定性變好的原因將SF煤同高碳含量的高煤化程度煤混合,可以利從圖2可以看出,在混合原料煤中,隨著(zhù)DT用無(wú)煙煤高碳含量和較高成漿濃度提高SF煤的成煤、ML煤和PC煤質(zhì)量配比的增加,其混煤的水煤漿性.DT煤、ML煤和PC煤是煤化程度較高的煤漿黏度呈現降低趨勢.在上述實(shí)驗中,除了SF煤和種,同時(shí)其灰分和煤灰熔融特征溫度也高,故只能采DT山中國煤化工媒化度媒配比增用配煤的方法將它們用于水煤漿氣化原料.當SF加而率均隨高煤化度煤與DT煤、ML煤和PC煤配合,髙灰熔點(diǎn)煤的質(zhì)煤配CNMHG配入的高煤化度量配比不超過(guò)20%時(shí),都能滿(mǎn)足氣化爐液態(tài)排渣的灰分產(chǎn)率較高,而煤中無(wú)機礦物質(zhì)的密度大于煤有第4期邵守言等水煤漿氣化原料的成漿性研究機質(zhì).從物理的角度看,灰分高意味著(zhù)制漿用煤的密小,表明其硬度越高,越難粉碎).這表明SYJ比煤度大,固體密度越大,質(zhì)量濃度一定時(shí),煤漿中固體炭更容易粉碎,這對于因揮發(fā)分低而要求粒度更小濃度越低,煤漿的流動(dòng)性越好,所以灰分越高,表觀(guān)的SYJ而言是非常有利的;但SYJ作為燃料也有其黏度越低.有學(xué)者研究得出在采用雙峰級配的前提不足之處,最大問(wèn)題是揮發(fā)分低,一般為10%,而煤下,適當減小級配的髙煤化程度煤細顆粒粒度,使其為20%~40%,因此必須將其研磨至足夠小的顆粒表面性質(zhì)充分釋放,提高煤顆粒的zeta電位,使顆才能達到滿(mǎn)意的氣化效果.如在水泥窯或鍋爐燃燒粒傾向于更高的堆積效率,提高水煤漿的成漿濃度.石油焦,均要求SYJ中90%的顆粒能通過(guò)200目篩這可以說(shuō)明,在低階煤為主的混合原料煤中,隨著(zhù)高孔,對于多數煙煤而言,其200目通過(guò)率在65%煤化度煤的質(zhì)量配比增加,混煤中無(wú)機礦物含量也85%即可.工業(yè)上已經(jīng)成功使用SYJ等作為氣化爐隨之增加,SF煤和ML煤的混煤漿黏度和析水率均氣化原料,但是由于SYJ的揮發(fā)分低和固定碳高,隨ML煤配人量增加而降低.不易點(diǎn)燃,為了使其充分氣化,必須將其研磨到很小2.3煤和SYJ配合成漿性的粒度才能達到完全氣化的要求.年輕煙煤有較高的揮發(fā)分,可以彌補SYJ在氣化過(guò)程中揮發(fā)分少和采用低灰分SYJ燃料可以大大減小灰分變量難點(diǎn)火的缺點(diǎn),故采用年輕煙煤與SYJ配合作為氣的數值,同時(shí)充分利用高硫石油焦資源.SYJ另一個(gè)化爐的氣化原料有實(shí)際工業(yè)價(jià)值.SF煤與SYJ混優(yōu)點(diǎn)是易于粉碎,其 hardgrove指數(參照煤炭可合后的水煤漿成漿性實(shí)驗結果見(jiàn)表4.磨性實(shí)驗方法分析)為95,而SF煤為50(該指數越由表4數據可以看出,隨SY添加比例的增衰4SF煤與SYJ配合對水煤漿成漿性的影響Table 4 Effect of SF coal blended with SY] on slurry ability of CWSF coal/SY](mass ratio) Concentration/% Rate of through 200 mesh/% Viscosity/(mPa.s) Fluidity Water precipitation ratio/%60:4050:5.8462325.105.3774.60:100加,混煤漿黏度逐漸降低,但降低幅度不大,與此同和SF煤混合制漿,考察三種原料制漿的效果是否時(shí),混合水煤漿的析水率也降低,煤漿的流動(dòng)性也得滿(mǎn)足工業(yè)應用,實(shí)驗結果見(jiàn)第30頁(yè)表5.由表5可到較好改善,當SYJ添加量為70%時(shí),混合煤漿的以看出在SF煤質(zhì)量比不變的條件下,隨著(zhù)SYJ2流動(dòng)性達到B級.SF煤的親水性強,SYJ的疏水性質(zhì)量增加,混合料水煤漿的黏度和析水率均逐漸降強,兩者的互補性是獲得水煤漿低黏度的根本原因.低,其變化趨勢與SF煤和SYJ2兩種原料制得的煤有研究得出較強疏水性的煤與較強親水性的煤相配漿相同.由于在三種原料的混合中,SF煤和SYJ2合有利于提高煤的成漿性,而兩個(gè)疏水性均較強的占總量的80%~90%加入HN煤、QD煤和刀J煤煤相混合對煤的成漿性影響不大,但對煤的穩定性后,高灰分煤中無(wú)機礦物的吸水作用和小顆粒的充影響卻很大;SYJ質(zhì)量比例的增加使混合漿中自由分填充作用也使得煤漿的穩定性得到進(jìn)一步提高水含量增多,同時(shí)使混合漿中小顆粒所占比例也提析水率也隨SYJ質(zhì)量比增加而減小高,小顆粒能填充在SF煤和SH煤的大顆?？障吨凶柚勾箢w粒的自由沉降,小顆粒的填充作用大于3結論自由水增多的作用,故混料漿的析水率也降低TrV山中國煤化工漿性表現不同的2.4三種原料配合的成漿性性能CNMHG內在水分高含氧官能以長(cháng)少,平江屬水以度;隨著(zhù)煤化度提為更好地利用各種含碳資源,采用SYJ、無(wú)煙煤高,其煤樣的疏水性也增加,可以制備出較高濃度的煤炭轉化010年豪5三種原料配合對水煤漿成漿性影響Table 5 Effect of blending coal on slurryability of CwSMass ratio Concentration/% Viscosity/(mPa.s) Perforation ratio/% Water recipitation ratio/% Fluidity50:10140SF/HN/SY250:15:3550:20:3022250:10:4000002417SF/QD/SYJ250:15:355.2350:10:40BBBBBSF/ZJ/SYJ250:15:3550:2011004.87水煤漿,尤其是煤化度適中的QD煤,單獨制漿濃度到液態(tài)排渣要求前提下,配入SYJ和部分高灰熔點(diǎn)達到70%黏度536mPa·s,流動(dòng)性為A煤后,三種原料配合的料漿濃度為62%時(shí),黏度在2)成漿性不同的兩種煤或多種原料混合后,可340mPa·s~550mPa·s之間,流動(dòng)性為B級以提高SF煤和SH煤的成漿性,說(shuō)明通過(guò)配煤可以提上,所配混合原料的料漿濃度和成漿性都滿(mǎn)足水煤高難成漿煤的成漿性,在保證混合原料的灰熔點(diǎn)達漿氣化的工藝要求考文獻[1]李艷昌,程軍劉劍等配煤提高神華煤成漿性能的研究[門(mén)煤炭轉化,2008,31(4):7274[2]李艷昌周志強程軍等.煤的理化特性對其成漿性能的影響[].煤炭轉化,2009,32(3):3539.[3]官長(cháng)平吳翠平高志芳等.低變質(zhì)程度煤配煤制漿的試驗研究[門(mén)選煤技術(shù),2009(2):6-9[4]尉遲唯,李保慶李文等.中國不同變質(zhì)程度煤制備水煤漿的性質(zhì)研究[刀]燃料化學(xué)學(xué)報,2005,332)155160[5]王志光繞志雄張德祥.云南褐煤水煤漿成漿性分析[門(mén)山東冶金,200729(4):41-43.[6]張繼鐘學(xué)峰煤質(zhì)對 Texaco氣化裝置運行的影響及其選擇[J]中氮肥,2002(2):16-20STUDY ON SLURRYABILITY OF COAL WATER SLURRYUSED FOR COAL GASIFICATION(Key lab of Coal Gasification of Ministry of Education, east China University of Scienceand Technology, 200237, Shanghai;* Jiangsu Sopo Group CompanyLimited, 212006 Zhenjiang, Jiangsu)ABSTRACT Rainging from bituminous coals that contain low degree of codification to highrank anthracite, as well as petroleum cokes for coal gasification were carried out in the lab. Un-der the premise of assuring the mixed coals ash fusion temperature is to meet with dischargingliquid ash, some higher rank coal and/ or petroleum cokes are chosen as increasing concentrationof low rank CWS by blending. The slurryability of mixed coals water slurry was also investigad. The test results show that the CwS's concentration of high rank coal is higher than that oflow rank coal, the CwSs concentration of middle rank coal is about 70%, the apparent viscosityis 536 mPa.s, and the flowage property is given a grade. When the CwS,s concentration is tokeep in 62%, the CWs,s apparent viscosity of 3 kinds中國煤化工 ns low rankalis340mPa·s550mPaCAMH G of liquid ashdischarge.KEY WORDS coal water slurry, slurryability, blending coal, anthracite, petroleum coke