褐煤制备高浓度水煤浆技术现状分析及发展趋势

第54卷第3期 化肥设计

2016 年 6 月Chemical Fertilizer Design

June 2016专题综论

褐煤制备高浓度水煤浆技术

现狀分祈及发展趋势

刘卫兵，康善娇,杨明顺，刘鑫,齐永丽，梅长松,李春启

(大唐国际化工技术研究院有限公司，北京100070)

摘要：褐煤是我国煤炭资源的重要组成部分，但褐煤内水高导致其难以制成满足水煤浆气化要求的煤浆，限制了 其清洁化利用的途径。本文介绍了国内外褐煤提浓技术的发展状况，分析了水热处理制浆技术的现状，对褐煤制 备高浓度水煤浆技术的发展方向和趋势进行了探讨。

关键词：褐煤;水煤浆；水热处理;提浓

doi：10.3969/j.issn. 1004 -8901.2016.03.001

中图分类号：TQ536 文献标识码：A文章编号：1004 -8901(2016)03 -0001 -04

Development Status and Trend of Preparation Technologies of High Concentration Coal Slurry from Lignite LIU Wei-bing, KANG Shan-jiao, YANG Ming-shun, LIU X in, QI Yong-li, MEI Chang-song, LI Chun-qi

(Datang International Chemical Technology Research Institute Co. , Ltd. , Beijing100070 China)

Abstract ：Lignite is an important part of coal resources in China. But it has a high moisture content, thus it is difficult to make coal slurry which meets the coal slurry gasification requirements, this restrains the ways of clean utilization of lignite. In this paper, the development status of domestic and foreign coal slurry concentration technologies is introduced, the status of hydrothermal treatment slurrying technology is analyzed and the development direction and trend of preparation technologies of high concentration coal slurry from lignite are discussed.

Keywords：lignite；coal slurry；hydrothermal treatment；concentration

doi：10. 3969/j. issn. 1004 - 8901.2016. 03.001

国内外褐煤资源丰富，我国已发现的褐煤资源 储量约为1291.32亿t,约占我国煤炭保有资源量 的12.7% [1,2],主要分布在内蒙古东部、云南东部和 黑龙江东部地区。由于褐煤含水量高、发热量低、长距离运输易燃等原因，导致就地利用褐煤资源, 发展煤化工产业成为行业焦点。

煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一,是煤化工产业的龙头。在众多的气化技术中，水煤浆气化技术是最成熟、运行最稳定的一种气 化技术，是众多业主比较倾向选择的一种气化方 式，也是煤炭清洁利用的重要途径。但褐煤高内 水含量和多空隙的特点，导致其成浆浓度低，一般 为30%〜50%[3]，使得褐煤利用过程中气化选型 的范围变窄，限制了其被用于水煤浆气化这种成 熟稳定的气化方式。

目前，世界上首套采用褐煤水煤浆作为原料的 水煤浆气化炉在大唐呼伦贝尔化肥有限公司运行，设计煤浆浓度为53%，目前运行煤浆浓度仅为48.5%〜49. 5%。煤浆浓度过低导致气化比煤耗 和比氧耗较高、冷煤气效率低，造成项目经济性不 好，同时也会引起合成气水汽比高、气化炉温度与 压力波动等问题，严重影响着装置的“安、稳、长、满、优”运行。因此，提高褐煤的成浆浓度对褐煤的 高效洁净化利用意义重大。

1褐煤制浆提浓技术发展现状

提高褐煤的成浆性是目前国际上的一个难点，国内夕卜有众多提高褐煤成浆性的技术[3-5]，归纳起来共 分2大类方法:物理方法和化学方法;其中包括6项 技术:配煤制浆技术、干法制浆技术、分级研磨制浆技 术、热解半焦制浆技术、机械热压提质制浆技术和水 热处理制浆技术,褐煤制浆技术分类示意见图1。

作者简介：刘卫兵（1982年-)，男，河北衡水人,2007年毕业于天津 大学化工专业，高级工程师，现主要从事化工技术开发工作。

• 2 •化肥设计2016年第54卷

图1褐煤制浆技术分类示意

1.1配煤制浆技术

配煤制浆技术是通过物理混合的方法，将褐煤 与其他煤种进行混配后制浆，以提高褐煤的成浆浓 度。配煤制浆技术已应用多年，也是应用范围最广 的一项传统技术。

该技术存在以下不足:①由于褐煤成浆浓度不 到50%，因此需要配入较大比例的高阶煤，才能将 其浓度提高到58%以上，这就需要运输大量的高阶 煤与褐煤进行混合制浆，增加了运输费用；②由于 高阶煤和褐煤的表面特性不同，与添加剂的相互配 合效果不同，对添加剂的要求也较高。

1.2干法制浆技术

干法制浆技术[6]是根据褐煤难成浆的特点，打 破传统湿法制浆工艺，设计和开发的一种全新工艺 流程，并采用一系列专用设备，将煤粉磨制成10pm 左右的细粉，实现粒度优化级配和煤种内水的脱 除，从而提高褐煤的成浆性。主要工艺流程:褐煤 先经破碎后再经斗提装置进入专有磨粉机，在磨机 内停留约15s进入筛选，再经螺旋给料机输送至煤 粉仓用于制浆。

该技术存在以下不足:①水分含量高的褐煤在 进入磨机之前是否需要预干燥有待验证;②将煤粉磨 制成10pm级别，磨煤机功耗经济性有待验证，吨浆 处理成本偏高，约98元;③干法研磨至微细，粉尘污 染和燃爆问题有待考虑，且整个系统需要氮气等惰性 气体保护;④该技术制浆回水严重，稳定性差。

1.3分级研磨制浆技术

低阶煤高效分级研磨制备水煤浆工艺技术具 有自主知识产权，是由煤炭科学研究总院开发的。针对原料煤的磨矿特性和水煤浆产品质量的要求，采用“分级研磨”的方法，使煤浆获得较宽的粒度分 布，从而明显改善煤浆中煤颗粒的堆积效率[7]，进 而提高煤浆的成浆浓度。

内蒙古呼伦贝尔某化肥公司制浆单元目前采 用的技术就是煤炭科学研究总院的高效分级研磨 制备水煤浆工艺技术，从实际运行来看，该技术对于褐煤适用性较差，成浆浓度仅能提高1% ~2%，难以从根本上解决褐煤成浆浓度低的难题，难以改 变褐煤无法用于水煤浆气化的现实状况。

1.4热解半焦制浆技术

热解半焦制浆技术是将低阶煤经低温干馏处 理后，将煤的水分和部分挥发分释放出来，制成半 焦产品，再由半焦磨矿制浆，从而提高褐煤的成浆 浓度，成浆浓度可提高8% ~10%。

但是，这一方法的缺点是：①干馏过程中原煤 挥发分损失较多;②一次性投资较高，吨煤处理成 本高;③目前褐煤热解提质技术种类繁多，但均存 在一定的问题，还未见长周期稳定运转的装置。1.5机械热压制浆技术

机械热压榨提高低阶煤成浆浓度方法（MTE)是采用加热处理和机械挤压共同作用，把低阶煤内 部的水分“挤”出来，然后将处理后的煤样制备水煤 浆，可以较大程度提高低阶煤的成浆浓度。该方法 需要一个较大的机械力（10MPa(g)以上），才可以 达到很好的改性效果，GUO J.等[8]应用MTE方法 (12MPa(g)机械压力和250〜280 °C)将2种澳大 利亚褐煤进行了改性，发现固体产物的孔隙率大为 降低，成浆浓度可以从50%提高到60%。

该技术存在的不足之处是：①机械挤压需要 10 MPa(g)以上，且需在热态下挤压，设备加工难度 大;②热压煤制浆后回水严重，稳定性较差。

1.6水热处理制浆技术

水热处理制浆技术是将褐煤置于密闭的高压 反应釜中，加热至一定温度，由于反应釜内饱和水 蒸气压力导致褐煤内部的水以液体形式排出，处理 后褐煤的重复吸水能力大幅度降低，并提高了成浆 浓度[9]。Favas等[10]采用该方法，将澳大利亚褐煤 的成浆浓度提高到了 60%左右，并对成浆特性改善 的原因从孔隙结构角度进行了分析，但其并未对改 性浆体的燃烧特性进行相关研究。

该技术存在的不足之处是:①高温高压设备较 多;②操作难度较大。

1.7小结

综合考虑上述几种制浆技术，机械热压制浆技术 和水热处理制浆技术是有前景的。机械热压制浆技 术虽然可以一定程度上降低处理过程所需的温度，但 其需要外加较高的机械压力，对设备结构的要求也比 水热处理方式高，因此水热处理制浆技术是最有发展 潜力的一项褐煤制浆提浓技术。

2水热处理制浆技术发展现状

2.1技术简介

水热处理制浆提浓:将一定浓度的褐煤水煤浆

在一定温度及相应饱和蒸汽压力下处理一段时间，