气化水煤浆的制备方法与流程

1.本发明涉及煤炭高效清洁利用技术领域，具体而言，涉及一种气化水煤浆的制备方法。

背景技术：

2.在湿法选煤工艺中，煤泥存在于煤泥水中，经压滤脱水后形成煤泥副产品，未分选煤泥灰分高，含水量高，发热量低，利用价值低。长期以来，经济高效的动力煤煤泥分选手段的缺乏，导致动力煤煤泥均未实现分选。煤企将未分选煤泥掺入产品销售，或掩埋、堆弃至矸石山。前者导致产品质量下降，降低销售价格，还加重烟尘、so2等污染物排放；后者形成资源浪费，还存在着扬尘与自燃风险，企业需要承担高额的征地税与环保。在环境空间与利润空间双重压力下，不分选的粗放式煤泥处置方式不再可行，动力煤煤企急需合理的煤泥资源化利用，解决煤泥处置难题。
3.浮选是分选细粒矿物最有效、应用最广泛的方法，在矿浆中加入药剂作用后给入到浮选设备，疏水性强的煤粒附着在气泡表面被带出成为浮选精煤，而矸石因亲水性强留在矿浆中成为浮选尾煤。但由于动力煤煤泥浮选药耗量大，无经济性可言，动力煤煤泥浮选一直无法实现。现阶段，相关学者突破药剂瓶颈，开发出动力煤煤泥浮选技术，但浮选后的浮选精煤＜45μm粒度级物料含量高达60％以上，含水率高，经压滤脱水后水份仍达到28～35％，除灰分、硫分显著降低外，其粒度细、含水率高的特点依然存在，采用掺混销售、燃烧发电等处理方式仍存在诸多问题。
4.水煤浆是由不同粒度分布的煤、水和添加剂经过剪切等手段制备出的液态混合物，可作为煤基液体燃料或气化原料。成浆浓度是水煤浆生产工艺中的一个主要考核指标，成浆浓度偏低会降低燃料水煤浆热值，对于气化水煤浆则会降低气化效率。国内绝大多数企业水煤浆制备系统多采用单棒/球磨机制浆工艺，该工艺流程简单，但存在水煤浆粒度级配不合理，制备的水煤浆浓度普遍偏低，水煤浆流态、稳定性差等问题。
5.而现阶段逐渐成为主流的第二代分级研磨水煤浆制备技术(专利cn101173765b)，是通过粗磨机和细磨机的有机结合，利用细磨机将粗磨机部分出料粗浆研磨为细浆后回掺至粗磨机，从而优化水煤浆的粒度级配，使成浆浓度获得一定提高。专利cn 103242918 a公开了一种利用浮选精煤制备高浓度水煤浆的方法，但其是将浮选精煤直接送入棒磨机中，实验证明得到的水煤浆浓度相比于直接利用同样煤质的破碎原料煤制得的水煤浆，并无提升，且受浮选精煤粒度影响较大，水煤浆质量不易控制。专利cn 106244266 a公开了一种利用分形级配技术制备水煤浆的方法及制备的水煤浆，提到了利用4种不同粒径分布的煤粉配置水煤浆的方法，但其未涉及浮选精煤及浮选精煤中浮选药剂对成浆性的影响，且工艺繁琐，经济性不佳，可操作性不强。

技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种气化水煤浆的制备方法，以解决现有技术中煤泥
难以利用、气化水煤浆浓度低的问题。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种气化水煤浆的制备方法，包括以下步骤：步骤s1，将浮选精煤、分散剂和水混合，进行超细研磨，得到超细水煤浆；步骤s2，将原料煤进行破碎，得到粗煤粉；步骤s3，将超细水煤浆、粗煤粉、分散剂和水混合，依次进行研磨和剪切搅拌，得到提浓后的气化水煤浆；其中，超细水煤浆的平均粒径为5～15μm。
8.进一步地，提浓后的气化水煤浆的质量百分浓度为60～65％，粒度为≤2400μm。
9.进一步地，步骤s1中，超细水煤浆的干基质量百分浓度为35～45％。
10.进一步地，步骤s1中，浮选精煤的干基与分散剂的质量比为100:(0.1～0.9)；优选地，浮选精煤的干基与分散剂的质量比为100:(0.5～0.9)。
11.进一步地，步骤s2中，粗煤粉的粒径≤30mm。
12.进一步地，步骤s3中，超细水煤浆的干基和粗煤粉的质量比为(20～30):(80～70)。
13.进一步地，步骤s3中，超细水煤浆的干基和粗煤粉的质量之和与分散剂的质量比为100:(0.1～0.3)。
14.进一步地，分散剂为木质素磺酸盐、腐植酸盐和萘磺酸盐甲醛缩合物的一种或多种。
15.进一步地，按质量百分比计，浮选精煤的全水占比为20～40％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为25～35％。
16.进一步地，按质量百分比计，原料煤的全水占比为8～30％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为20～30％。
17.本发明提供了一种选煤厂浮选精煤制备超细煤浆后用于气化水煤浆提浓的综合利用方法，是一种跨行业技术创新和产业链延伸方法，主要表现在煤炭行业选煤厂浮选精煤与煤化工行业水煤浆提浓技术相结合的产业联合创新，利用浮选精煤本身含水率高、粒度细的特点，免去脱水、干燥等高能耗环节，通过超细研磨技术直接制备成平均粒径5～15μm的超细水煤浆，将其代替第二代分级研磨水煤浆制备技术中细磨机研磨制备的细浆，掺配至研磨设备中，优化水煤浆粒度级配，并随破碎后的原料煤一起混合研磨为气化水煤浆，实现气化水煤浆提浓的同时，完成浮选精煤的资源化梯级利用。
18.与现有技术相比，本发明至少具有以下进步性：
19.1.本发明将现有的浮选精煤制备为超细水煤浆应用于煤化工行业，可以解决煤炭分选企业煤泥难处理难利用的困局，提升经济效益。
20.2.本发明将超细水煤浆掺配至传统研磨制浆技术，可以有效提升成浆浓度，显著提高煤化工企业气化效率和经济效益，实现煤炭全产业链条的利用最大化。
21.3.本发明是一种跨行业技术创新和产业链延伸方法，表现在煤炭行业选煤厂浮选精煤与煤化工行业水煤浆提浓技术相结合的产业联合创新。
22.4.本发明的工艺流程简单，为连续式生产工艺，可以很好地满足煤炭分选行业、水煤浆制备及煤化工企业的连续、稳定生产要求。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1示出了根据本发明一种实施例的工艺示意图。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.正如本发明背景技术中所述，现有技术中存在煤泥难以利用、气化水煤浆浓度低的问题。为了解决上述问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种气化水煤浆的制备方法，包括以下步骤：步骤s1，将浮选精煤、分散剂和水混合，进行超细研磨，得到超细水煤浆；步骤s2，将原料煤进行破碎，得到粗煤粉；步骤s3，将超细水煤浆、粗煤粉、分散剂和水混合，依次进行研磨和剪切搅拌，得到提浓后的气化水煤浆；其中，超细水煤浆的平均粒径为5～15μm。
27.发明人在研究过程中出乎意料地发现，浮选精煤粒度细、含水率高，恰恰是制备水煤浆的优势，可免去脱水、干燥等高能耗环节，大幅降低煤泥利用的加工成本。但是，浮选精煤中含有少量的残留浮选药剂(上游工段浮选过程中加入，目的是使精煤和灰分分离)，浮选药剂有使煤水分离的作用，与制浆所需的煤水结合的作用相反，这样一来提高了使用浮选精煤进行制浆的难度。如果浮选精煤直接作为研磨机械，比如棒磨机的制浆原料，其制浆浓度要低于同样煤质的破碎原煤。
28.因此，本发明先将其超细研磨，且在研磨过程中加入了具有表面活性剂作用的分散剂作为添加剂，在一定程度上消除了浮选药剂对制浆的不利影响，在此基础上利用浮选精煤粒度细和含水率高的特点，进行超细研磨直接制备成平均粒径5～15μm的超细水煤浆，将原本不利于成浆的浮选精煤制成了具有提浓作用的物料，变废为宝，然后与原料煤破碎得到的粗煤粉和分散剂混合进行研磨，并利用研磨机械，比如棒磨机内钢棒之间的冲击与碾压作用对煤浆进行研磨，研磨至一定细度后的水煤浆由出口流出，从而对研磨机械中粗煤粉浆料进行充分填充，优化水煤浆粒度级配，利用粒度级配对气化浆进行提浓，最后进行剪切搅拌，得到高浓度气化水煤浆。
29.与现有技术相比，本发明的方法对于气态水煤浆的提浓效果明显提升，提浓后气化效率显著升高，后续可以创造极大的经济效益。本发明实现了煤炭行业选煤厂浮选精煤与煤化工行业水煤浆提浓技术相结合的产业联合创新，在实现气化水煤浆提浓的同时，可以完成浮选精煤的资源化梯级利用。
30.如上所述，本发明的方法为气化水煤浆的提浓方法，气化水煤浆粒度较粗，而且本发明的方法可以显著提升气化水煤浆的浓度，从而可以提高气化水煤浆气化效率，更便于其应用。在一种优选的实施方式中，提浓后的气化水煤浆的质量百分浓度为60～65％，粒度为≤2400μm。
31.超细水煤浆需要具有适宜的干基质量百分浓度，受限于超细研磨设备和物料本身性质，在一种优选的实施方式中，步骤s1中，超细水煤浆的干基质量百分浓度为35～45％，其一，现有常用超细研磨设备中，立式搅拌磨最高仅能处理干基质量百分浓度38％的物料，
更先进的卧式细磨机能够处理＜45％的物料。其二，当煤粉被超细研磨至微米级时，其比表面积将大幅增加，与水界面的静电斥力很大，另一方面，相同体积的物料内，微米级煤粉将不能被承装太多。这就导致了如果进一步提高超细水煤浆的浓度，一是立式设备无法处理，二是出料将不是流体，二是膏状，即失去流动性，不利于后续气化水煤浆的制备，因此本发明限定超细水煤浆的干基质量百分浓度在上述范围内。
32.为进一步改善浆料煤水关系，提高成浆浓度，消除浮选精煤中浮选药剂对本发明的制浆过程的不利影响，在一种优选的实施方式中，步骤s1中，浮选精煤的干基与分散剂的质量比为100:(0.1～0.9)；优选地，浮选精煤的干基与分散剂的质量比为100:(0.5～0.9)，上述质量比范围内可以更好地达到前述目的，过大将失去经济性，过小则不能完全抑制浮选药剂的不利影响。
33.在一种优选的实施方式中，步骤s2中，粗煤粉的粒径≤30mm，更适合于与前述超细水煤浆进行粒度级配从而进一步提浓。
34.超细水煤浆的干基质量在气化水煤浆干基总质量中的占比不能过低，否则起不到改善粒度级配的效果，但也不能过高，否则其中的浮选药剂会对最终的气化水煤浆产品产生较大不利影响。在一种优选的实施方式中，步骤s3中，超细水煤浆的干基和粗煤粉的质量比为(20～30):(80～70)。本发明在研磨过程中加入了分散剂，在一定程度上消除了浮选药剂对制浆的不利影响，且加入棒磨机的比例较低，因此浮选药剂对最终的气化水煤浆产品的不利影响基本已消除。
35.为进一步改善浆料煤水关系，提高成浆浓度，在一种优选的实施方式中，步骤s3中，超细水煤浆的干基和粗煤粉的质量之和与分散剂的质量比为100:(0.1～0.3)。
36.在一种优选的实施方式中，分散剂为木质素磺酸盐、腐植酸盐和萘磺酸盐甲醛缩合物的一种或多种，上述分散剂可以更好地消除浮选精煤中浮选药剂对本发明的制浆过程的不利影响。
37.本发明的浮选精煤和原料煤可由中等变质或低变质程度的煤种制成，在一种优选的实施方式中，按质量百分比计，浮选精煤的全水占比为20～40％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为25～35％。
38.相应地，在一种优选的实施方式中，按质量百分比计，原料煤的全水占比为8～30％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为20～30％。
39.上述原料更适合于使用本发明的方法进行级配，进一步提高气态水煤浆浓度。
40.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
41.如无特殊说明，以下实施例中所使用的实验方法均为常规方法，以下实施例中所使用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。
42.如无特殊说明，以下实施例中所使用的浮选精煤为国能神东集团布尔台选煤厂浮选精煤，按质量百分比计，其全水m
t
＝32％，收到基灰分a
ar
＝8％，收到基挥发分v
ar
＝30％；原料煤为神混煤，其全水m
t
＝17％，收到基灰分a
ar
＝10％，收到基挥发分v
ar
＝25％。
43.实施例1
44.按照图1所示的工艺流程，气化水煤浆制备过程如下：
45.步骤s1，将浮选精煤与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.7的比例混合后再和水
混合，利用超细研磨技术进行超细研磨，得到平均粒径10μm，干基质量百分浓度45％的超细水煤浆；
46.步骤s2，将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
47.步骤s3，将上述超细水煤浆和粗煤粉按干基质量比10:90的比例混合后，与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.5的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径120μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为62.68％，0.075mm通过率为42％。
48.实施例2
49.按照图1所示的工艺流程，气化水煤浆制备过程如下：
50.步骤s1，将浮选精煤与腐植酸盐按干基质量比100:0.1的比例混合后再和水混合，利用超细研磨技术进行超细研磨，得到平均粒径15μm，干基质量百分浓度45％的超细水煤浆；
51.步骤s2，将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
52.步骤s3，将上述超细水煤浆和粗煤粉按干基质量比20:80的比例混合后，与腐植酸盐按干基质量比100:0.1的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨合格的水煤浆(平均粒径140μm)由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为60.98％，粒径0.075mm通过率为40％。
53.实施例3
54.按照图1所示的工艺流程，气化水煤浆制备过程如下：
55.步骤s1，将浮选精煤与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.5的比例混合后再和水混合，利用超细研磨技术进行超细研磨，得到平均粒径10μm，干基质量百分浓度40％的超细水煤浆；
56.步骤s2，将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
57.步骤s3，将上述超细水煤浆和粗煤粉按干基质量比25:75的比例混合后，与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.2的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径150μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为62.33％，粒径0.075mm通过率为43％。
58.实施例4
59.按照图1所示的工艺流程，气化水煤浆制备过程如下：
60.步骤s1，将浮选精煤与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.9的比例混合后再和水混合，利用超细研磨技术进行超细研磨，得到平均粒径10μm，干基质量百分浓度40％的超细水煤浆；
61.步骤s2，将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
62.步骤s3，将上述超细水煤浆和粗煤粉按干基质量比25:75的比例混合后，与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.2的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径100μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为62.47％，粒径0.075mm通过率44％。
63.实施例5
64.按照图1所示的工艺流程，气化水煤浆制备过程如下：
65.步骤s1，将浮选精煤与萘磺酸盐甲醛缩合物按干基质量比100:0.9的比例混合后再和水混合，利用超细研磨技术进行超细研磨，得到平均粒径5μm，干基质量百分浓度35％的超细水煤浆；
66.步骤s2，将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
67.步骤s3，将上述超细水煤浆和粗煤粉按干基质量比30:70的比例混合后，与萘磺酸盐甲醛缩合物按干基质量比100:0.3的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径105μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为61.17％，粒径0.075mm通过率44％。
68.对比例1
69.本对比例用的原料煤为神混煤，其全水m
t
＝17％，收到基灰分a
ar
＝10％，收到基挥发分v
ar
＝25％。利用上述原料煤制备水煤浆过程如下：
70.(1)将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
71.(2)将粗煤粉与木质素磺酸盐按干基质量比100:0.5的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径130μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为水煤浆，水煤浆浓度为59.48％，粒径0.075mm通过率为42％。
72.对比例2
73.本对比例用的浮选精煤为国能神东集团布尔台选煤厂浮选精煤，按质量百分比计，其全水m
t
＝32％，收到基灰分a
ar
＝8％，收到基挥发分v
ar
＝30％。利用上述原料煤制备水煤浆过程如下：
74.(1)将原料煤破碎为粒径≤30mm的粗煤粉；
75.(2)将浮选精煤和粗煤粉按干基质量比30:70的比例混合后，与萘磺酸盐甲醛缩合物按干基质量比100:0.3的比例混合后再和水混合输送至棒磨机，研磨至平均粒径130μm后的水煤浆由棒磨机出口流出；再经剪切搅拌处理后即为合格水煤浆，煤浆浓度为58.17％，粒径0.075mm通过率为42％。
76.由上可知，本发明实施例1中，利用浮选精煤制备超细煤浆进行掺配的水煤浆提浓工艺代替对比例中传统棒\球磨机制浆技术，制浆浓度提高3.2％，制浆浓度提升的同时，实现了浮选精煤的资源化利用。与对比例相比，本发明各实施例利用浮选精煤本身含水率高、粒度细的特点，免去脱水、干燥等高能耗环节，通过超细研磨技术直接制备成平均粒径5～15μm的超细水煤浆，将其代替第二代分级研磨水煤浆制备技术中细磨机研磨制备的细浆，掺配至研磨设备中，优化水煤浆粒度级配，并随破碎后的原料煤一起混合研磨为气化水煤浆，实现气化水煤浆提浓的同时，完成浮选精煤的资源化梯级利用。
77.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种气化水煤浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，将浮选精煤、分散剂和水混合，进行超细研磨，得到超细水煤浆；步骤s2，将原料煤进行破碎，得到粗煤粉；步骤s3，将所述超细水煤浆、所述粗煤粉、所述分散剂和水混合，依次进行研磨和剪切搅拌，得到提浓后的气化水煤浆；其中，所述超细水煤浆的平均粒径为5～15μm。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提浓后的气化水煤浆的质量百分浓度为60～65％，粒度为≤2400μm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述超细水煤浆的干基质量百分浓度为35～45％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述浮选精煤的干基与所述分散剂的质量比为100:(0.1～0.9)；优选地，所述浮选精煤的干基与所述分散剂的质量比为100:(0.5～0.9)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述粗煤粉的粒径≤30mm。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述超细水煤浆的干基和所述粗煤粉的质量比为(20～30):(80～70)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述超细水煤浆的干基和所述粗煤粉的质量之和与所述分散剂的质量比为100:(0.1～0.3)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述分散剂为木质素磺酸盐、腐植酸盐和萘磺酸盐甲醛缩合物的一种或多种。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述浮选精煤的全水占比为20～40％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为25～35％。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述原料煤的全水占比为8～30％，灰分占比为7～12％，挥发分占比为20～30％。

技术总结

本发明提供了一种气化水煤浆的制备方法。该方法包括：将浮选精煤、分散剂和水混合，进行超细研磨，得到平均粒径为5～15μm的超细水煤浆；将原料煤进行破碎，得到粗煤粉；将超细水煤浆、粗煤粉、分散剂和水混合，依次进行研磨和剪切搅拌，得到提浓后的气化水煤浆。本发明利用浮选精煤本身含水率高、粒度细的特点，免去脱水、干燥等高能耗环节，通过超细研磨技术直接制备成超细水煤浆，将其代替第二代分级研磨水煤浆制备技术中细磨机研磨制备的细浆，掺配至研磨设备中，优化水煤浆粒度级配，并随破碎后的原料煤一起混合研磨为气化水煤浆，实现气化水煤浆提浓的同时，完成浮选精煤的资源化梯级利用。利用。利用。