華亭煤制備高質(zhì)量分數水煤漿的研究

第35卷第6期化學(xué)工程VoL 35 No 62007年6月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)Jun.2007華亭煤制備高質(zhì)量分數水煤漿的研究范立明,陳杰瑢!,黃傳卿2,杜曉瑋2,胡柏星’,何其慧,田曉莉3(西安交通大學(xué)1.生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院;2.環(huán)境科學(xué)與工程系,陜西西安710049;3.陜西省渭河煤化工集團陜西渭南714000;4.南京大學(xué)表面和界面工程技術(shù)研究中心,江蘇南京210093)摘要:針對華亭煤內水質(zhì)量分數高難以制備高質(zhì)量分數水煤漿通過(guò)篩選了NDF系列和WHK復配型2類(lèi)4種添加劑考察了添加劑種類(lèi)、添加量煤粉級配粒徑分布和磨機負荷對制漿質(zhì)量分數的影響其目的是探索提高制漿質(zhì)量分數的有效途徑。結果表明添加劑對制漿質(zhì)量分數提高的順序為NDF10>NDF02>NDF01>WHK,控制添加劑比率為0.3%-0.4%,煤粉粗細比為1.5-16,磨機負荷為30vh時(shí),水煤漿質(zhì)量分數可高達71.5%,該研究表明,通過(guò)添加劑的改性和工藝條件的優(yōu)化,可在工業(yè)生產(chǎn)中獲得高質(zhì)量分數的水煤漿。關(guān)鍵詞:華亭煤;高質(zhì)量分數水煤漿;添加劑;煤粉級配;粒徑分布;磨機負荷中圖分類(lèi)號:TQ542.4文獻標識碼:A文章編號:10059954(2007)064005704Study on preparation of high mass fractioncoal-water slurry from Huating coalFAN Li-ming,, CHEN Jie-rong, HUANG Chuan-qing2DU Xiao-wei, HU Bai-xing, HE Qi-hui, TIAN Xiao-li(1. School of Life Science Technology: 2. Department of Environmental Science Engineeing, Xi'an JiaotongUniversity, Xi'an 710049, Shaanxi Province, China; 3. Shaanxi Weihe Coal Chemical Corporation Group LtdWeinan 714000, Shaanxi Province, China; 4. Research Center of Surface Interface Chemical engineeringTechnology Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu Province, China)Abstract: Aiming at the problem for preparing high mass fraction coal-water slurry from Huating coal due to its highwater mass fraction, and based on the characteristics of Huating coal, the four types of additives in two categories ofNDF-series and WHK were selected so as to find out the influence of the additive characteristics, additive ratio coalder ratio, particle size distribution and mill load on the mass fraction of the slurry. The result shows that thesequence of the slurrying mass fraction with different additives is NDF-10> NDF-02> NDF-01> WHK, the properadditive ratio is 0. 3%-0.4%, the crude/fine powder ratio is about 1. 5 to 1. 6 and the mill load is 30 th, and theslurry mass fraction can reach as high as 71. 5%. The experiment indicates that through the renovation of additive andoptimizing the operation conditions, the high mass fraction coal-water slurry can be got in the industrial productionKey words: Huating coal; high mass fraction coal-water slurry; additive; coal powder ratio; particle size水煤漿質(zhì)量分數是水煤漿加壓氣化裝置運行的果6。關(guān)鍵控制參數之一,直接影響水煤氣生產(chǎn)過(guò)程的氧華亭煤以其灰熔點(diǎn)低、灰分質(zhì)量分數低的特點(diǎn)耗和煤耗,關(guān)系到生產(chǎn)的經(jīng)濟性。因此,設法獲得高而被陜西渭河煤化工集團(以下簡(jiǎn)稱(chēng)渭化)、淮南化質(zhì)量分數水煤漿是水煤氣生產(chǎn)中的重要課題。工集團等國內多套水煤漿加壓氣化裝置普遍使用。水煤漿質(zhì)量分數與煤種和制漿條件等因素密切相但由于其內水質(zhì)量分數高達9.4%,所以難以制備關(guān),已有研究報道的均為各自特定工況下的制漿結出高質(zhì)量分數的水煤漿,使得氧耗、煤耗均較高,從基金項目:陜西省自然科學(xué)基金項目(2005B11)作者簡(jiǎn)介:范立明(1962-),男,博士生,教授級高工, E-mail: limingfan@263.,net;陳杰瘩(1949-),女,博士,教授,通訊聯(lián)系人,電話(huà)029)82664818, E-mail: jochen@ mail, xjtu. edu.en化學(xué)工程2007年第35卷第6期而嚴重制約裝置的經(jīng)濟運行,亟需探索提高水煤漿測定。按GB/T18564-2002水煤漿表觀(guān)粘度測定質(zhì)量分數的有效方法。為此,本研究在剖析華亭煤方法,采用NDJB型旋轉粘度計(3”轉子轉速60的基本性質(zhì)的基礎上,篩選出與之配伍的添加劑,通v/min,1min后讀數)測定水煤漿粘度測試溫度為過(guò)考察添加劑種類(lèi)添加量煤粉級配粒徑分布和23-25℃。按JB/T7612-1994篩分法測定煤粉的磨機負荷對制漿質(zhì)量分數的影響探索制漿工藝的粒徑和粒徑分布優(yōu)化方案,為水煤漿加壓氣化裝置經(jīng)濟運行提供科1.3煤的組成分析學(xué)依據和技術(shù)指導。采用 ELeMeNT200型元素分析儀對煤樣進(jìn)行體相元素分析;用X射線(xiàn)光電子能譜儀1實(shí)驗方法( ESCALAB MK-Ⅱ型,VGCo.U.K.)測定煤樣的1.1煤粉及煤漿的制備方法表面元素,真空度優(yōu)于108Pa;按GB/T21220011.1.1煤粉的制備法測定煤樣的內水分和全水分;按GB/T2122001取一定量的華亭煤(塊煤)在105℃下烘7h,法測定煤樣的灰分;用1100+2000型電感耦合等破碎至粒徑小于3mm,再于105℃下烘16h,用球離子光譜儀(ICP, Jarrell Co.U.S.)分析溶出元素磨機磨制,所得煤粉經(jīng)篩分后,按表1水煤漿加壓氣組成?；に嚢蟮牧椒植贾频妹悍墼嚇?。1.4水煤漿成漿質(zhì)量分數實(shí)驗1.4.1添加劑對成漿質(zhì)量分數的影響實(shí)驗表1水煤漿煤粒徑分布要求依據華亭煤的基本性質(zhì)和組成測定結果,選用Table 1 Particle-size-distribution requirement of不同添加劑,以成漿質(zhì)量分數為評價(jià)指標,考察添加coal-water-mixture劑種類(lèi)、用量對水煤漿性能的影響。通過(guò)率通過(guò)率1.4.2煤粉級配對成漿性能的影響實(shí)驗粒徑/目粒徑/目(質(zhì)量分數)/%(質(zhì)量分數)/%煤粉級配以煤粉的粗細比(粒徑200目以上與98-10032-40粒徑200目以下的煤粉質(zhì)量之比)表征,測定煤粉95-9325不同粗細比對成漿質(zhì)量分數的影響及磨機運行負荷(棒磨機,525kW,磨煤量28-35.7υ/h)對煤粉粗1.1.2煤漿的制備細比和水煤漿質(zhì)量分數的影響。稱(chēng)取一定量的煤粉試樣,置于400mL燒杯中,控制總制漿量為250g,攪拌速度1000y/mi,攪拌2結果與討論時(shí)間5mino2.1華亭煤的基本性質(zhì)和組成1.2水煤漿性質(zhì)測定華亭煤的組成和溶出物組成分析結果分別如表按GB/T1856.22002水煤漿質(zhì)量分數測定方法2和表3所示。表2華事煤的組成分析結果Table 2 Composition analysis result of Huating coal水分質(zhì)量體相元素質(zhì)量分數/%表面元素組成灰分質(zhì)量分數/%分數/%CH內水分全水分70.04.41.01.0000.4280.0130.0679.417.610.6①下標1s,2p表示原子核外的電子層。表3電感耦合等離子光譜ICP測得華亭煤溶出物組成分析結果Table 3 Analysis result of solute composition of Huating coal with ICP溶出物Mg組成/mg9.0130.5248.713①每100g煤中所含溶出物的質(zhì)量。范立明等華亭煤制備高質(zhì)量分數水煤漿的研究依據對華亭煤的組成和基本結構的測定結1750+-NDF-01果,剖析制漿過(guò)程中的添加劑與華亭煤配伍性能,150}NDF-101350亠NDF-02篩選出4種供試添加劑,即南京大學(xué)表面和界面工程技術(shù)研究中心研制的NDF系列添加劑3種(NDF01、NDF02、NDF-10型)和渭化開(kāi)發(fā)的復配添加劑WHK。2.2添加劑對水煤漿性能的影響2.2.1添加劑種類(lèi)對水煤漿質(zhì)量分數的影響固定添加劑用量(質(zhì)量分數)為0.3%,不同添水煤漿質(zhì)量分數%加劑的成漿性能見(jiàn)表4。由表4可知,無(wú)論何種添圖1華事煤水煤漿粘度與質(zhì)量分數關(guān)系圖加劑的情況,水煤漿質(zhì)量分數隨成漿粘度的增大而coal-water slurry from Huating漸增,當粘度大于1000mPa·s以上時(shí),質(zhì)量分數雖仍有提高,但流動(dòng)性卻降低,故控制成漿粘度在22.2添加劑質(zhì)量分數對水煤漿性能的影響1000mPa·s左右即可。根據上述結果,添加劑質(zhì)量分數對水煤漿性能的影響實(shí)驗選用NDF-10型,并以渭化現場(chǎng)使用的表4不同添加劑對華亭煤成漿性能的影響WHK添加劑為參比。在煤漿粘度為(1000±50)Table 4 Influence on the mass fraction of the slurrymPas的條件下,改變體系中添加劑質(zhì)量分數分別with respect to the different additive為0.15%,0.20%,0.25%,0.30%,0.40%,測定成添加劑煤樣流動(dòng)性①粘度/(mPas)質(zhì)量分數/%漿質(zhì)量分數,結果列于表5NDF-0AAA63.51表5添加劑質(zhì)量分數對煤漿成漿性能的影響Table 5 Effect of additive mass fraction on the64.02coal-water slurryNDF-02 1BAAA添加劑煤樣流動(dòng)性添加劑質(zhì)量質(zhì)量分數530分數/%NDF-10 165,730.2064.7865.01NDF-1023412345612AAAAAA62.610.3065.103065.85350WHK65.753066.75123AAAAAAAA0.3061.2261.420.4561.54103067.13AAAAAA57.58粘度為(1000±50)mPa·859.50從表5中結果可以看出,增大添加劑的質(zhì)量分數650可以提高成漿質(zhì)量分數,對成漿質(zhì)量分數的提高61.70NDF10型明顯優(yōu)于WHK添加劑,這表明NDF10型添加劑與華亭煤配伍性良好。從煤漿制備的經(jīng)濟性*無(wú)添加劑水煤漿質(zhì)量分數50%,添加劑質(zhì)量分數0.3%;①A:考慮,一般控制添加劑質(zhì)量分數在030%-040%。流動(dòng)性好,A':流動(dòng)性較好,B:流動(dòng)性一般B':流動(dòng)性不好2.3煤粉級配對成漿性能的影響2.3.1煤粉的粗細比對水煤漿質(zhì)量分數的影響圖1是華亭煤水煤漿粘度與質(zhì)量分數關(guān)系圖。煤粉的粗細比對水煤漿質(zhì)量分數的影響結果如由圖1可以看出在同樣粘度條件下不同添加劑制得圖2所示。由圖2明顯可見(jiàn),水煤漿質(zhì)量分數起初的煤漿質(zhì)量分數相差懸殊水煤漿質(zhì)量分數的提高順隨煤粉粗細比的增大而增加,當煤粉粗細比增大至序由高到低依次為NDF10>NDF02>NDF01>1.5-1.6時(shí),成漿質(zhì)量分數出現極大值(715%),WHK。這表明添加劑的種類(lèi)對華亭煤的成漿質(zhì)量隨后煤粉粗細比再增大,成漿質(zhì)量分數反而下降,當分數有較大影響開(kāi)發(fā)和使用性能優(yōu)良的添加劑是煤粉粗細比增大至1.7以上時(shí),成漿質(zhì)量分數趨于制得高質(zhì)量分數水煤漿的有效途徑。穩定。因此,確定煤粉粗細比1.5-1.6為宜?；瘜W(xué)工程2007年第35卷第6期現場(chǎng)實(shí)測結果表明,在30vh投煤量工況下實(shí)測的煤粉粒徑分布接近實(shí)驗室標配值。3結論(1)配伍適當的添加劑是提高華亭煤制漿質(zhì)量分數的簡(jiǎn)便易行的方法。添加劑的種類(lèi)、用量是影l(fā)41.51.61.71.8192.0響水煤漿質(zhì)量分數的主要因素。實(shí)驗條件下添加劑煤粉粗細比對制漿質(zhì)量分數的提高順序依次為NDF10>NDF圖2水煤漿質(zhì)量分數與煤粉粗細比關(guān)系圖02>NDF01>WHK。從經(jīng)濟性考慮,控制適宜的添Fig 2 Relation of coal-water slurry mass fraction to加劑質(zhì)量分數為0.3%-0.4%。powder crud/fine ratio2)煤粉的級配對成漿質(zhì)量分數有顯著(zhù)影響。當煤粉粗細比在1.5-1.6時(shí),水煤漿質(zhì)量分數可高2.3.2磨機負荷對煤粉粗細比的影響達71.5%。在工況下控制磨機負荷為30t/h時(shí),可工況下試驗結果表明控制磨機負荷30Uh,則獲得高質(zhì)量分數水煤漿其適宜的煤粉粗細比為1可獲得理想的煤粉級配(粗細比1.5),相應制備出5-1.6水煤漿質(zhì)量分數最高可達71.5%。表6所示為磨機負荷30t/h時(shí)煤粉的粒徑及其分布。參考文獻:[1]冉寧慶戴郁箐沈鍵,等水煤漿分散劑的研究和應表630t/h負荷下麝機出口煤粉的粒徑分布用進(jìn)展[J]精細化工,1998,15(增刊):63-6Table 6 Particle size distribution from coal mi[2]郝臨山彭建喜水煤漿制備與應用技術(shù)[M].北京:discharge at the load of 30 t/h煤炭工業(yè)出版社,2003粒徑范圍/目煤粉的粒徑分布/%[3] Ryui Chi K, Yasushi M, Keizo 0, et al. Water absorp-磨機實(shí)測值實(shí)驗室標配值tion by coals: Effects of pore structure and surface oxygend500<4<325[4]孫成功吳家珊李保慶高濃度水煤漿的制備和研究325H420706看年潘俊顧,顧幼魔水煤漿解備中機的改型及【上接第36頁(yè)】汽相摩爾分數i組分讠φ逸度系數y活度系數參考文獻1 Wilson方程參數[1 Hiroshi Okushita, Masakazu Yoshikawa, Takeo ShinidzuNRTL方程參數Pervaporation of cyclohe-xane/ cyclohexanone/ cyclohexanol mixture through polyoxyethylene grafting nylon 6NRTL方程參數membrane[J]. Journal of Membrane Science. 1996, 112上標(6):91-10L液相[2]王建成環(huán)已酮環(huán)已醇二元系汽液平衡數據的推算飽和蒸汽[J].山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1996,10(2):10-13V汽相[3]郭天民多元汽液平衡和精餾[M].北京:化學(xué)工業(yè)出下標版社,1983[4]斯坦利M瓦拉斯化工相平衡[M]韓世釣譯北京b沸點(diǎn)中國石化出版社,1991c臨界性質(zhì)5]馬沛生.化工數據[M].北京:中國石化出版社,2003