制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
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对于确定的煤种而言 ,影响成浆性的主要因素 为煤粉粒度分布和煤浆添加剂 。 1. 2 粒度级配
在制浆过程中 ,为了制备高浓度的水煤浆 ,要求 煤粉颗粒各粒径的含量要有一定的分布 ,使大颗粒 间的空隙为小颗粒所填充 ,以减少空隙所含水量 ,从 而提高制浆浓度 。水煤浆的最佳粒度分布可以用不 同的数学模型来表述 : ①从煤粉的粒度分布数据来 计算煤粒子的填充空隙率 ,空隙率最低的粒度分布 制成的水煤浆浓度最高 ; ②计算粒度分布指数 ,目前 最常用的粒度分布是 Rosin2Ramm ler函数的改进形 式 R 2R 2B 分布 : R = 100exp [ - ( d / d ’) n ] , R 是筛孔 d时的网上粒子质量 , d’为粒度特性值 ,相当于 R = 36. 7%时的粒径 , n 为粒度分布指数 。一般认为 n 值越小 ,分布越宽 ,填充效率就越高 。但是 ,粒度分 布指数并非越小越好 ,无论是否加入分散剂 , n值均 在 0. 7～0. 8的范围内煤浆的粘度最低 [ 4 ] 。
目前 ,对水煤浆添加剂的研究要多于对粒度分 布的控制 ,因为水煤浆添加剂的使用更具有实用意 义 ,使用添加剂后 ,不仅可以提高制浆浓度 ,而且可 以降低煤浆粘度 ,提高流动性 。
水煤浆添加剂主要是一些不同性能的表面活性
1244
应用化工
第 36卷
剂 ,主要有 4类 : ①阴离子型表面活性剂 ; ②阳离子
用下的制浆结果 ,其中 1#煤样的制浆浓度为 67% , 6#煤样的制浆浓度为 74% ;图 3 为添加剂 DT对成
浆性能的影响曲线 。
表 3 不同添加剂下的成浆性能试验数据 Table 3 Test da ta of property of slurry2mak ing
w ith d ifferen t add itives
煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲水 性能 ,其量较低时说明该煤的比表面积小或吸附水 的能力差 [ 2 ] 。因 此 , 制 浆时 煤粒 上能 吸附 的 水 量 少 ,形成的水化膜也较薄 ,致使占用的水量较少 ,所 以在水煤浆浓度相同的情况下 ,固定于煤粒上的水 量就相对较少了 ,从而导致悬浮体的自由流动相增 多 ;也就是说 ,欲使水煤浆具有同样的流动性 ,其浓 度必然会增高 。总之 ,煤质特性是制备高浓度水煤 浆的决定因素 ,而煤的内在水分含量又对这一决定 因素起着明显的支配作用 。因此 ,煤的内在水分含
水煤浆制备技术是水煤浆加压气化的关键技术 之一 。本文主要从煤的性质 、粒度分布 、添加剂及制 浆工艺等方面对气化用高浓度水煤浆制备的影响进 行探讨 。
1 制备高浓度水煤浆影响因素
1. 1 煤质特性 煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素 。一般
来说 ,煤种制浆浓度随其内在水分含量的增大而降 低 ,较低的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆 。 变质程度浅的煤种 ,其内水含量较高 、含氧官能团 多 [ 1 ] ,制浆浓度较低 ;变质程度深的煤种 ,其内水含 量较低 、含氧官能团少 ,制浆浓度较高 。
表 1 煤种分析数据及制浆结果 Table 1 Ana lytica l da ta and results of slurry2mak ing
of coa l k inds
煤种 Mad Aad Vad Cad Had Oad 制浆浓度
/% /% /% /% /% /%
/%
1# 1. 77 6. 36 40. 64 76. 83 5. 13 6. 15 68. 0
Abstract: Effect of the characteristics of coal p roperty, the particle distribution of pulverized coal, addi2 tives for coal2water slurry and slurry2m aking p rocess etc. on high concentration coal2water slurry for gasifi2 cation is discussed. For high concentration coal2water slurry p reparation, suitable particle distribution, ad2 ditives, slurry2making p rocess or coal blending are selected in according to the different coal kinds, so the high perform ance coal2water slurry for industrial app lication is p repared. Key words: coal2water slurry; p reparation; high concentration; affecting factors
型表面活性剂 ; ③非离子型表面活性剂 ; ④高分子化 合物和无机盐 [ 627 ] 。
wenku.baidu.com
由于煤的表面具有强烈的疏水性 ,不易被水浸 润 ,与水不能密切结合为一种浆体 ,尽管强力搅拌后
可制备煤浆 ,但其浓度仍然很低 。当浓度较高时 ,煤 粒之间由于范得华力而凝聚成一种湿的浆团 ,造成
体系粘度急剧增大 ,故需要在其中加入分散剂以改 变煤的表面性质 ,使煤粒被添加剂分子和水分子包
收稿日期 : 2007209213 作者简介 :袁善录 (1976 - ) ,男 ,青海乐都人 ,西北化工研究院工程师 ,从事气化煤种评价 、料浆制备及煤气化技术研究工
作 。电话 : 029 - 83870244, E - mail: yuanslu@163. com
第 12期
袁善录等 :制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
2# 7. 68 11. 24 40. 84 63. 41 4. 86 10. 26 61. 0
3# 6. 62 7. 30 32. 37 70. 40 4. 65 9. 78 63. 0
4# 1. 56 9. 00 32. 97 76. 83 5. 03 5. 75 69. 0
5# 7. 17 13. 87 33. 13 58. 80 3. 81 13. 58 54. 0
第 36卷第 12期 2007年 12月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 36 No. 12 Dec. 2007
制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
袁善录 ,戴爱军
(西北化工研究院 ,陕西 西安 710600)
摘 要 :综述了煤质特性 、粒度分布 、添加剂及制浆工艺等因素对气化用高浓度水煤浆制备的影响 。制备高浓度水 煤浆时 ,应根据不同煤种 ,选择适宜的粒度分布 、添加剂 、制浆工艺或配煤技术 ,才能制备出适合工业化应用的高性 能水煤浆 。 关键词 :水煤浆 ;制备 ;高浓度 ;影响因素 中图分类号 : TQ 536. 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2007) 12 - 1242 - 03
围 ,以降低其表观粘度 ,提高浆体的流动性 ;另一方
面 ,添加剂加入量对成浆性的影响也较为显著 。当
添加剂加量太少时 ,添加剂未能同煤粒充分作用 ,起 不到良好的分散效果 ,制浆浓度较低 ;当添加剂加量
过多时 ,添加剂分子之间会形成胶束 ,反而使其有效
浓度相应降低 ,也会影响到分散效果 。因此 ,在一般
of Shenm u coa l
堆积率 / %
水煤浆粘度 / (mPa·s)
水煤浆浓度 / %
65. 86
1 272. 0
58. 67
68. 69
1 285. 0
62. 12
79. 00
820. 0
65. 08
由表 2 可知 ,随着堆积率的增大 ,制浆浓度上 升 ,成浆性能好转 。 在实际生产过程中 ,要直接通过磨机磨出符合 上述各种粒度分布式的煤粉 ,几乎难以达到 ;而通过 筛分分出各粒级的粉煤后再配制煤浆 ,又会加大生 产成本 。因此 ,在实际制备过程中 ,只能控制最大粒 度和最小粒度以及它们的粗略比例 。除此之外 ,为 了获得高浓度的水煤浆 ,更多采用的技术方法是添 加水煤浆添加剂 。 1. 3 水煤浆添加剂
水煤浆加压气化技术作为一种先进的新型气化 技术 ,在我国得到了较快的发展 ,自 20世纪 80年代 至今 ,我国相继建设了数套水煤浆加压气化装置 ,其 合成气用于生产合成氨 、甲醇 、二甲醚 、烯烃等化工 产品 。当前 ,多数生产企业生产的水煤浆浓度不高 , 能量消耗大 ,生产成本较高 ,不能满负荷生产 。高浓 度水煤浆具有含水量少 、有效固含量高 、发热量高 、 泵送性能好等诸多优点 ,水煤浆浓度高低将会影响 水煤浆气化过程中的氧耗 、煤耗 ,而且高性能水煤浆 对于气化过程中的煤浆贮存 、输送 、喷嘴雾化也至关 重要 ,提高水煤浆浓度 ,将会使气化过程中的消耗降 低 。因此 ,制备高浓度水煤浆对于水煤浆气化装置 实现节能降耗 、扩大生产能力 、提高企业经济效益是 至关重要的 ,也是势在必行的 。
D iscussion on the affecting factors of h igh concen tra tion coa l2wa ter slurry prepara tion
YUAN S han2lu, DA I A i2jun
(Northwest Research Institute of Chem ical Industry, Xi’an 710600, China)
of slurry2making
由图 1可知 ,对于同一浓度下的同一煤种 ,粒度 < 200目含量较多的煤粉 ,其成浆性较粒度 < 200目 含量较少煤粉的成浆性要差 ,表观粘度要高 ,即粒度 较粗的煤粉粒子之间大小搭配合理 ,填充效率较高 , 欲使表观粘度相同 ,则制备的煤浆浓度较高 。
表 2 神木煤堆积效率与制浆结果 Table 2 D eposition eff ic iency and results of slurry2mak ing
粒度级配越好 ,堆积率越高 ,煤浆浓度越高 。通 过优化研磨体级配等工艺参数获得良好的粒度分 布 ,使大颗粒间的空隙能被小颗粒填充 ,是提高水煤 浆浓度的重要措施 。图 1为 3个煤样不同粒度的成 浆性能实验曲线 ;表 2 为神木煤在不同粒度级配条 件下的制浆结果 [ 5 ] 。
图 1 粒度分布对成浆性能的影响 Fig. 1 Effect of particle size distribution on p roperty
6# 1. 03 25. 00 13. 17 65. 15 3. 17 4. 32 76. 0
表 1中 6#煤内水含量低 、O /C 小 ,制备的煤浆 浓度高 ; 2#煤与 5#煤内水相差不大 ,但 5#煤氧含量 高 、O /C较大 ,制备的煤浆浓度低 ,说明含氧官能团 影响较大 。从煤质角度考虑 ,要制备高浓度的水煤 浆 ,选择内水含量和含氧量少的煤种为宜 。
情况下 ,添加剂加量存在一个最佳值 。而对于变质 程度浅的煤种 ,由于其比表面大 、内孔多 、含氧官能 团多 ,添加剂的最佳加入量将会很大 ,在此情况下 ,
就结合制浆经济性和成浆性来确定出适宜的添加剂
加量 。因此 ,对于实际生产过程 ,应在兼顾成浆性及
经济性的基础上 ,确定出适宜的添加剂加量 。 表 3列出了 1#煤和 6#煤在 4 种不同添加剂作
1243
量可以作为初步判断其能否制备成高浓度水煤浆的
依据 。
煤中的含氧极性官能团多 ,对水煤浆的浓度也 有很大影响 。水是典型的极性物质 ,含氧极性官能 团多 ,则其亲水性越强 ,就会吸附大量的水分子 ,增 大内水含量 ,导致在煤粒表面形成坚固的水化膜 ,减 少自由流动水量 ,降低水煤浆浓度 ;另外 ,极性官能 团含量多时 ,分散剂的亲水基与煤粒表面吸附 ,而将 亲油基朝外引入水中 ,将会降低添加剂的作用效果 , 导致添加剂用量增大 [ 3 ] 。表 1列出了几个不同煤样 的分析数据及制浆结果 。
在制浆过程中 ,为了制备高浓度的水煤浆 ,要求 煤粉颗粒各粒径的含量要有一定的分布 ,使大颗粒 间的空隙为小颗粒所填充 ,以减少空隙所含水量 ,从 而提高制浆浓度 。水煤浆的最佳粒度分布可以用不 同的数学模型来表述 : ①从煤粉的粒度分布数据来 计算煤粒子的填充空隙率 ,空隙率最低的粒度分布 制成的水煤浆浓度最高 ; ②计算粒度分布指数 ,目前 最常用的粒度分布是 Rosin2Ramm ler函数的改进形 式 R 2R 2B 分布 : R = 100exp [ - ( d / d ’) n ] , R 是筛孔 d时的网上粒子质量 , d’为粒度特性值 ,相当于 R = 36. 7%时的粒径 , n 为粒度分布指数 。一般认为 n 值越小 ,分布越宽 ,填充效率就越高 。但是 ,粒度分 布指数并非越小越好 ,无论是否加入分散剂 , n值均 在 0. 7～0. 8的范围内煤浆的粘度最低 [ 4 ] 。
目前 ,对水煤浆添加剂的研究要多于对粒度分 布的控制 ,因为水煤浆添加剂的使用更具有实用意 义 ,使用添加剂后 ,不仅可以提高制浆浓度 ,而且可 以降低煤浆粘度 ,提高流动性 。
水煤浆添加剂主要是一些不同性能的表面活性
1244
应用化工
第 36卷
剂 ,主要有 4类 : ①阴离子型表面活性剂 ; ②阳离子
用下的制浆结果 ,其中 1#煤样的制浆浓度为 67% , 6#煤样的制浆浓度为 74% ;图 3 为添加剂 DT对成
浆性能的影响曲线 。
表 3 不同添加剂下的成浆性能试验数据 Table 3 Test da ta of property of slurry2mak ing
w ith d ifferen t add itives
煤的内在水分含量可反映煤的内孔表面和亲水 性能 ,其量较低时说明该煤的比表面积小或吸附水 的能力差 [ 2 ] 。因 此 , 制 浆时 煤粒 上能 吸附 的 水 量 少 ,形成的水化膜也较薄 ,致使占用的水量较少 ,所 以在水煤浆浓度相同的情况下 ,固定于煤粒上的水 量就相对较少了 ,从而导致悬浮体的自由流动相增 多 ;也就是说 ,欲使水煤浆具有同样的流动性 ,其浓 度必然会增高 。总之 ,煤质特性是制备高浓度水煤 浆的决定因素 ,而煤的内在水分含量又对这一决定 因素起着明显的支配作用 。因此 ,煤的内在水分含
水煤浆制备技术是水煤浆加压气化的关键技术 之一 。本文主要从煤的性质 、粒度分布 、添加剂及制 浆工艺等方面对气化用高浓度水煤浆制备的影响进 行探讨 。
1 制备高浓度水煤浆影响因素
1. 1 煤质特性 煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素 。一般
来说 ,煤种制浆浓度随其内在水分含量的增大而降 低 ,较低的内水含量有利于制备较高浓度的煤浆 。 变质程度浅的煤种 ,其内水含量较高 、含氧官能团 多 [ 1 ] ,制浆浓度较低 ;变质程度深的煤种 ,其内水含 量较低 、含氧官能团少 ,制浆浓度较高 。
表 1 煤种分析数据及制浆结果 Table 1 Ana lytica l da ta and results of slurry2mak ing
of coa l k inds
煤种 Mad Aad Vad Cad Had Oad 制浆浓度
/% /% /% /% /% /%
/%
1# 1. 77 6. 36 40. 64 76. 83 5. 13 6. 15 68. 0
Abstract: Effect of the characteristics of coal p roperty, the particle distribution of pulverized coal, addi2 tives for coal2water slurry and slurry2m aking p rocess etc. on high concentration coal2water slurry for gasifi2 cation is discussed. For high concentration coal2water slurry p reparation, suitable particle distribution, ad2 ditives, slurry2making p rocess or coal blending are selected in according to the different coal kinds, so the high perform ance coal2water slurry for industrial app lication is p repared. Key words: coal2water slurry; p reparation; high concentration; affecting factors
型表面活性剂 ; ③非离子型表面活性剂 ; ④高分子化 合物和无机盐 [ 627 ] 。
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由于煤的表面具有强烈的疏水性 ,不易被水浸 润 ,与水不能密切结合为一种浆体 ,尽管强力搅拌后
可制备煤浆 ,但其浓度仍然很低 。当浓度较高时 ,煤 粒之间由于范得华力而凝聚成一种湿的浆团 ,造成
体系粘度急剧增大 ,故需要在其中加入分散剂以改 变煤的表面性质 ,使煤粒被添加剂分子和水分子包
收稿日期 : 2007209213 作者简介 :袁善录 (1976 - ) ,男 ,青海乐都人 ,西北化工研究院工程师 ,从事气化煤种评价 、料浆制备及煤气化技术研究工
作 。电话 : 029 - 83870244, E - mail: yuanslu@163. com
第 12期
袁善录等 :制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
2# 7. 68 11. 24 40. 84 63. 41 4. 86 10. 26 61. 0
3# 6. 62 7. 30 32. 37 70. 40 4. 65 9. 78 63. 0
4# 1. 56 9. 00 32. 97 76. 83 5. 03 5. 75 69. 0
5# 7. 17 13. 87 33. 13 58. 80 3. 81 13. 58 54. 0
第 36卷第 12期 2007年 12月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 36 No. 12 Dec. 2007
制备高浓度水煤浆的影响因素探讨
袁善录 ,戴爱军
(西北化工研究院 ,陕西 西安 710600)
摘 要 :综述了煤质特性 、粒度分布 、添加剂及制浆工艺等因素对气化用高浓度水煤浆制备的影响 。制备高浓度水 煤浆时 ,应根据不同煤种 ,选择适宜的粒度分布 、添加剂 、制浆工艺或配煤技术 ,才能制备出适合工业化应用的高性 能水煤浆 。 关键词 :水煤浆 ;制备 ;高浓度 ;影响因素 中图分类号 : TQ 536. 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2007) 12 - 1242 - 03
围 ,以降低其表观粘度 ,提高浆体的流动性 ;另一方
面 ,添加剂加入量对成浆性的影响也较为显著 。当
添加剂加量太少时 ,添加剂未能同煤粒充分作用 ,起 不到良好的分散效果 ,制浆浓度较低 ;当添加剂加量
过多时 ,添加剂分子之间会形成胶束 ,反而使其有效
浓度相应降低 ,也会影响到分散效果 。因此 ,在一般
of Shenm u coa l
堆积率 / %
水煤浆粘度 / (mPa·s)
水煤浆浓度 / %
65. 86
1 272. 0
58. 67
68. 69
1 285. 0
62. 12
79. 00
820. 0
65. 08
由表 2 可知 ,随着堆积率的增大 ,制浆浓度上 升 ,成浆性能好转 。 在实际生产过程中 ,要直接通过磨机磨出符合 上述各种粒度分布式的煤粉 ,几乎难以达到 ;而通过 筛分分出各粒级的粉煤后再配制煤浆 ,又会加大生 产成本 。因此 ,在实际制备过程中 ,只能控制最大粒 度和最小粒度以及它们的粗略比例 。除此之外 ,为 了获得高浓度的水煤浆 ,更多采用的技术方法是添 加水煤浆添加剂 。 1. 3 水煤浆添加剂
水煤浆加压气化技术作为一种先进的新型气化 技术 ,在我国得到了较快的发展 ,自 20世纪 80年代 至今 ,我国相继建设了数套水煤浆加压气化装置 ,其 合成气用于生产合成氨 、甲醇 、二甲醚 、烯烃等化工 产品 。当前 ,多数生产企业生产的水煤浆浓度不高 , 能量消耗大 ,生产成本较高 ,不能满负荷生产 。高浓 度水煤浆具有含水量少 、有效固含量高 、发热量高 、 泵送性能好等诸多优点 ,水煤浆浓度高低将会影响 水煤浆气化过程中的氧耗 、煤耗 ,而且高性能水煤浆 对于气化过程中的煤浆贮存 、输送 、喷嘴雾化也至关 重要 ,提高水煤浆浓度 ,将会使气化过程中的消耗降 低 。因此 ,制备高浓度水煤浆对于水煤浆气化装置 实现节能降耗 、扩大生产能力 、提高企业经济效益是 至关重要的 ,也是势在必行的 。
D iscussion on the affecting factors of h igh concen tra tion coa l2wa ter slurry prepara tion
YUAN S han2lu, DA I A i2jun
(Northwest Research Institute of Chem ical Industry, Xi’an 710600, China)
of slurry2making
由图 1可知 ,对于同一浓度下的同一煤种 ,粒度 < 200目含量较多的煤粉 ,其成浆性较粒度 < 200目 含量较少煤粉的成浆性要差 ,表观粘度要高 ,即粒度 较粗的煤粉粒子之间大小搭配合理 ,填充效率较高 , 欲使表观粘度相同 ,则制备的煤浆浓度较高 。
表 2 神木煤堆积效率与制浆结果 Table 2 D eposition eff ic iency and results of slurry2mak ing
粒度级配越好 ,堆积率越高 ,煤浆浓度越高 。通 过优化研磨体级配等工艺参数获得良好的粒度分 布 ,使大颗粒间的空隙能被小颗粒填充 ,是提高水煤 浆浓度的重要措施 。图 1为 3个煤样不同粒度的成 浆性能实验曲线 ;表 2 为神木煤在不同粒度级配条 件下的制浆结果 [ 5 ] 。
图 1 粒度分布对成浆性能的影响 Fig. 1 Effect of particle size distribution on p roperty
6# 1. 03 25. 00 13. 17 65. 15 3. 17 4. 32 76. 0
表 1中 6#煤内水含量低 、O /C 小 ,制备的煤浆 浓度高 ; 2#煤与 5#煤内水相差不大 ,但 5#煤氧含量 高 、O /C较大 ,制备的煤浆浓度低 ,说明含氧官能团 影响较大 。从煤质角度考虑 ,要制备高浓度的水煤 浆 ,选择内水含量和含氧量少的煤种为宜 。
情况下 ,添加剂加量存在一个最佳值 。而对于变质 程度浅的煤种 ,由于其比表面大 、内孔多 、含氧官能 团多 ,添加剂的最佳加入量将会很大 ,在此情况下 ,
就结合制浆经济性和成浆性来确定出适宜的添加剂
加量 。因此 ,对于实际生产过程 ,应在兼顾成浆性及
经济性的基础上 ,确定出适宜的添加剂加量 。 表 3列出了 1#煤和 6#煤在 4 种不同添加剂作
1243
量可以作为初步判断其能否制备成高浓度水煤浆的
依据 。
煤中的含氧极性官能团多 ,对水煤浆的浓度也 有很大影响 。水是典型的极性物质 ,含氧极性官能 团多 ,则其亲水性越强 ,就会吸附大量的水分子 ,增 大内水含量 ,导致在煤粒表面形成坚固的水化膜 ,减 少自由流动水量 ,降低水煤浆浓度 ;另外 ,极性官能 团含量多时 ,分散剂的亲水基与煤粒表面吸附 ,而将 亲油基朝外引入水中 ,将会降低添加剂的作用效果 , 导致添加剂用量增大 [ 3 ] 。表 1列出了几个不同煤样 的分析数据及制浆结果 。