一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法

2023-05-11 14:52:26

專利名稱：一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法
技術領域：
本發明屬於潔淨煤技術領域，涉及一種以褐煤半焦為原料，通過添加單一 或復配物為分散劑，得到適用於大型水煤漿氣化爐使用且性能良好的水焦漿。
技術背景水煤漿是指含60% 70%的煤，29% 39%的水以及1%左右的添加劑所得到的 一種粗分散體系。最早是由美國科學家在上世紀40年代受重油氣化的啟發而提 出的，目的在於降低粉煤氣化的成本，減少對環境的汙染。隨著石油資源的減 少和油價的不斷上升，從煤生產液體燃料和化學品的新型煤化工技術研究和產 業化得到廣泛的重視，而煤炭氣化生產合成氣是新型煤化工的龍頭。其中以水 煤漿為原料的大型氣化技術(如德士古煤氣化技術)不僅存在環境汙染小，氣 化成本低，而且具有合成氣中H2/C0比例高，工業應用成熟等優點，得到廣泛的 應用。在整個水煤漿的製備過程中，原料及添加劑的成本佔到總成本的70%以上。 因此如何進一步降低這部分成本成為水煤槳技術研究的重點。而在影響水煤漿 性能的因素中，煤與分散劑的性質直接決定了成漿性能的優劣。在煤的性質中， 煤表面的含氧官能團的量對煤的成漿性能的影響最大。煤表面含氧官能團的含 量決定煤親水性的強弱，這在很大程度上決定了分散劑在煤表面的吸附。 一般 認為煤表面含氧官能團的量越少，則分散劑在煤表面越能有效地吸附，得到煤 漿的表觀粘度越低，成漿性能越好。因此為了得到成漿性能良好的水煤漿，傳 統製備水煤漿的原料一般以表面含氧官能團含量較少的煙煤、無煙煤等高階煤為主，而褐煤雖然價格低廉，但由於表面含氧官能團含量高而不能直接得到性能良好的煤漿。對褐煤進行化學或物理預處理(Y.K丄eong， et al. Rheologica Acta. 32: 277-285 (1993))，雖然可以提高水煤漿的成漿性能，但同時也增加 了製漿成本。褐煤經熱解得到半焦可作為褐煤提質的重要方法，不僅可以獲得 部分油品和煤氣，而且可以改變褐煤的利用方法。褐煤經熱解處理後得到的半 焦表面含氧官能團的含量遠低於褐煤，平衡含水量與煙煤相當，因此可以製成 水焦漿後進行輸送和進一步的加工。本發明是在對褐煤熱解和對半焦性質研究 基礎上，提出以褐煤半焦為原料製備水焦漿，並篩選出性能優良的木質素磺酸 鈉、萘磺酸鈉甲醛縮聚物或二者的復配物為分散劑。特別是採用復配物為分散 劑時，可產生正向協同作用。結合了木質素磺酸鈉具有成本低廉、製備的漿體 穩定性良好的特點以及萘磺酸鈉甲醛縮聚物為分散劑製備的漿體具有流動性好 的特點，使製備得到的水焦漿漿體性能好，不僅滿足氣化要求，而且降低了制 漿成本。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方 法，該方法是以褐煤熱解產物半焦為原料，採用木質素磺酸鈉或萘磺酸鈉甲醛 縮聚物或二者的復配物為分散劑，得到適用於氣化，成本低廉，性能良好的水 焦漿。本發明的技術方案如下本發明所用半焦是以內蒙古霍林河褐煤為原料，在300-700 T溫度下經固 體熱載體快速熱解得到。半焦經過幹法球磨，得到製漿用半焦的粒度範圍在 250 um以下，其中小於70tim佔70%以上。所用分散劑木質素磺酸鈉和萘磺酸鈉甲醛縮聚物均為工業應用的商品，分散劑添加量為0.05% 1.5wt% (幹基煤重)，兩者復配使用時，木質素磺酸鈉和萘磺酸鈉甲醛縮聚物的質量比為1:9 9:1。先將水加入到含有一定量分散劑的容器中，在恆溫水浴中低速攪拌使其完 全溶解，然後把製漿用半焦逐漸加入溶液中，同時緩慢提高轉速。當全部半焦 加入到含有分散劑的溶液中時，將轉速調到800 2000 rpm，並恆速攪拌6 40 min，即得到水焦槳。穩定性以密封保存7天，然後以析出水的體積佔水焦漿中總水體積的比率， 以及產生沉澱的形式(硬沉澱還是軟沉澱，後者可以通過簡單的攪拌恢復到水 焦漿的初始狀態)來評價。濃度測定是將3g左右的水焦漿在105'C烘乾至恆重，通過計算前後質量差 而得到。表觀粘度的測定在剪切速率為344 s-、 25 "C條件下進行。 本發明的效果和益處是採用本方法得到的水焦漿的濃度在60%左右，流動性好，易於泵送，穩定性良好，不易析水，適合氣化；而且選用的兩種陰離子分散劑木質素磺酸鈉和萘磺酸鈉甲醛縮聚物均來源廣泛，故分散劑的成本較低，尤其是復配後兼具效果良好和成本低廉的特點。具體實施方法以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施例。實施例1:選用450 'C下褐煤熱解得到的半焦(Mad=4.3%)，分散劑為萘磺酸鈉甲醛縮 聚物，添加量為0.2wt。/c)。將分散劑加入到一定體積的水中，低速攪拌至分散劑 全部溶解。然後緩慢將經過級配的半焦逐次加入含有分散劑的水中，同時緩慢 提高轉速。當半焦全部加入水中後，將轉速提高到1000 rpm，並恆速攪拌10 min，。然後依次進行穩定性、粘度、濃度的測定。得到的水焦漿性質見表1中序號1。水焦漿濃度為60.21%，衷觀粘度550 mPa. s， 7天後無析水，無任何沉澱，流動性良好。 實施例2:對在不同熱解溫度下得到半焦，採用不同分散劑、不同添加量以及不同復 配比例下，使用與實例1相同的實驗方法製備得到水焦漿。水焦漿的濃度、表 觀粘度以及水焦漿穩定性(即放置7天後析水率以及7天後沉澱形式)等性質 見表l。從水焦漿的濃度、表觀粘度以及穩定性等參數，實例中得到的水焦漿均能 滿足水煤槳氣化爐的要求。表l:製備水焦漿的條件和基本性質序號分散劑添加量 (wt%)半焦溫度 (°c)濃度 (%)表觀粘度 (mPa. s)7天後析 水率(％)7天後沉 澱形式1NSF0. 245060. 215500無沉澱2NSF0.254060.0565015. 08軟沉澱3SL0. 254059. 917000無沉澱4SL0. 260060. 236506. 50軟沉澱5SL0. 454060. 056200軟沉澱6SL1.045060, 304200無沉澱7SL:NSF:2:30, 260060. 423715. 15軟沉澱8SL:NSF=2:30. 451060. 083757. 23軟沉澱9SL:NSF=2:31.054059.803709.25軟沉澱10SL:NSF=1:10. 245060. 143750軟沉澱11SL:NSF=1:10.251060. 143321. 64軟沉澱12SL:NSF=1:10. 254060. 143752. 60軟沉澱13SL:NSF=1:10. 460060. 393257. 55軟沉澱14SL:NSF=1:11. 054060, 163589. 58軟沉澱15SL:NSF二4:10. 245060. 423209. 72軟沉澱16SL:NSF=4:10.660060. 553903. 10軟沉澱17SL:NSF=4:11.051060. 14370■ 8. 52軟沉澱注SL—木質素磺酸鈉NSF—萘磺酸甲醛縮聚物權利要求
1.一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法，其特徵在於以褐煤半焦為原料，通過添加分散劑製成水焦漿；添加的分散劑為木質素磺酸鈉或萘磺酸鈉甲醛縮聚物，或是兩者的復配物。
2. 根據權利要求1所述的一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法，其特 徵還在於，所用褐煤半焦為褐煤在30(TC 70(TC下熱解得到的固體產物。
3. 根據權利要求1所述的一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法，其特 徵還在於，分散劑的添劑量為0. 05wt% l. 5wt%。
4 .根據權利要求1所述的一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法，其特 徵還在於，所用的分散劑為木質素磺酸鈉和萘磺酸鈉甲醛縮聚物的復配物時， 復配比例為1:9 9:1。
全文摘要
本發明屬於潔淨煤技術領域，提供了一種以褐煤半焦為原料製備水焦漿的方法。其特徵以褐煤在中低溫條件下熱解得到的半焦為原料，以木質素磺酸鈉、萘磺酸鈉甲醛縮聚物或二者的復配物為分散劑。褐煤半焦在添加少量分散劑的條件下，可製得濃度為60％左右、具有優良流動性和穩定性、適用於氣化的水焦漿。本發明的效果和益處是在滿足水焦漿氣化要求的前提下，可降低製漿過程中原料和分散劑的成本。
文檔編號C10L1/32GK101323803SQ20081001242
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月16日 優先權日2008年7月16日
發明者張秋民, 樊義龍, 胡浩權 申請人:大連理工大學