高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用_吕向阳
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焰煤( LX) 、新疆褐煤( YL) 、新疆弱黏煤( YK) ;添加 剂原料为北京煤科成城科技发展有限公司( 以下简 称“ 煤科成城公司” ) 研发的高浓度水煤浆专用添加 剂 MK-1、市售添加剂 AYK 及市售添加剂 AZM。 煤 样的煤质分析见表 1。 可以看出,ZM、LX、YL 和 YK 均属于低灰、低硫煤,挥发分较高,属于低阶煤,其中 YL 和 YK 煤中内水含量较高,变质程度较低。
0 引 言
低阶煤占我国煤炭储量及产量的 50% 以上,
目前 已 经 成 为 煤 炭 加 工 与 利 用 的 重 要 组 成 部 分[1-3] 。 低阶煤氧和杂原子含量高,若直接燃烧, 热效率较低且污染环境,用于发电有很多不利因
收稿日期:2018-01-17;责任编辑:李柏熹 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18011701 基金项目:中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2018QN040) 作者简介:吕向阳(1969—) ,男,山东滕州人,工程师,主要从事低阶煤高浓度水煤浆制备技术与应用研究。 E-mail:lvxiangyang@ cctegce． com 引用格式:吕向阳. 高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用[ J] . 洁净煤技术,2018,24(4) :54-59.
Cdaf
Hdaf
Odaf
Ndaf
10． 12 10． 22 9． 16 11． 40
38． 93 39． 46 41． 55 42． 01
61． 07 60． 54 58． 45 57． 99
80． 83 78． 34 76． 89 77． 16
4． 94 4． 71 4． 57 4． 39
12． 30 15． 52 16． 87 16． 94
54
பைடு நூலகம்
吕向阳:高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用
2018 年第 4 期
素。 但低阶煤富含芳烃、杂原子芳香族化合物等 有机组 分, 适 宜 作 为 化 工 原 料 生 产 有 机 化 学 品。 水煤浆是 20 世纪 80 年代兴起的高效率、低污染的 煤基 液 态 燃 料, 是 由 65% ~ 70% 煤 粉、 29% ~ 34% 水和少于 1% 化学添加剂,经过一定工艺制 成的液体燃料,具有类似于油的流动性和稳定性, 方便泵 送、 储 运、 燃 烧 与 气 化, 能 显 著 降 低 SO2 、 NOx 的排放量,是使低阶煤转变为清洁的代油燃料 和优质煤气化原料的重要途径[4-6] 。
影响水煤浆浓度的因素主要包括制浆用煤特 性、粒度级配和添加剂性能[7-8] ,由于低阶煤全水和 内在水分较高、含氧官能团多、孔隙率高,导致成浆 性差,可通过适配添加剂来改善其成浆性。 王永刚 等[9] 分析了国内外 11 种典型低阶煤中含氧官能团 的含量及含氧官能团中氧占总氧的比例,发现低阶 煤中主要的含氧官能团是羟基和羧基,羟基中的氧 占总氧的 34． 79% ~ 53． 00% 。 宋成建等[10] 考察了 不同种类分散剂条件下,煤质、灰中氧化物种类和煤 岩显微组分对煤成浆性的影响,探讨了分散剂种类 与上述因素间的匹配性规律,发现当使用不同分散 剂时,煤质、灰中氧化物和煤岩显微组分对成浆性的 相关性程度有明显差异。 孙美洁等[11] 研究了萘系 分散剂与木质素系分散剂对褐煤水煤浆稳定性的影 响,发现褐煤水煤浆的稳定性指数值均较小,稳定性 良好,沉降过程中煤粒间的聚结会降低水煤浆的稳 定性,添加木质素系分散剂后制备的褐煤水煤浆,分 层厚度减小,沉降速率降低,颗粒团聚现象减弱,稳 定性优于单独使用萘系分散剂。 针对 NSF 和木质 素磺酸钠添加剂对低阶煤成浆性的影响,许多学者 进行了实验室研究。 赵俊梅等[12] 应用氨基磺酸盐、 木质素磺酸钠和萘系磺酸盐 3 种分散剂对鄂尔多斯
东胜煤田褐煤的成浆性能进行研究,发现 3 种分散 剂中氨基磺酸盐对低阶煤制水煤浆的分散作用最 好,木质素磺酸钠与氨基磺酸盐复配也表现出优良 的分散性能。 戴财胜等[13] 研究了木质素制神华煤 水煤浆添加剂,比较了 DCSA( 神华水煤浆添加剂) 与典型商用添加剂 NDF( 中国矿业大学研制萘系添 加剂) 、NSF( 南京大学研制萘系添加剂) 和 DCS( 碱 木素复合型添加剂) 对神华煤成浆性影响,发现在 相同的成浆条件下,DCSA 的分散与稳定性能均优 于 NDF、NSF 和 DCS。 邹立壮等[14] 研究了不同分 散剂对煤成浆性的促进作用,发现不同分散剂对同 种煤或同种分散剂对不同煤成浆性的影响不同。 成 浆性很差的煤可以通过适宜的分散剂明显提高其成 浆性,但很难达到易成浆煤种的成浆性水平。 但在 工业中应用的效果鲜有报道。
1． 12 0． 98 1． 11 1． 15
Abstract:In order to screen and prepare additives suitable for the preparation of high-concentration coal-water slurry of low rank coal, long-flame coal,slightly-caking coal and lignite were selected as test materials,and additive MK-1 with NSF as the main component for high concentration coal water slurry developed by independent research and development, commercial available additive AYK and AZM with sodium lignosulfonate as the main component were selected for the dry test in the laboratory,the wet method magnification test and the industrial trial,to prepare high concentration coal water slurry. Three-peak-fractal sizing process was used in the study. The high concentration coal-water slurry was prepared after adding MK-1,AYK and AZM respectively,and the slurry properties were analyzed and compared. The results show that the effect of MK-1 additive is better than AYK and AZM for low metamorphic coal. Using MK-1 additive,the highest concentration of Shaanxi long flame coal ( ZM) ,Henan long flame coal ( LX) ,Xinjiang lignite ( YL) ,and Xinjiang weak coal ( YK) are 66． 58% ,65． 35% ,63． 35% and 54． 19% ,respectively. Under the same concentration and viscosity, the MK - 1 additive of MKCC is less than 50% of the commercial AZM additive,which can significantly reduce the economic cost. By comprehensive comparison, it is concluded that the MK-2 additive is more suitable for the preparation of high concentration coal water slurry with low rank coal. Key words:low rank coal;high concentration coal water slurry;additive;industrial application
煤样
ZM LX YK YL
Mad
2． 32 5． 71 9． 59 15． 77
表 1 煤样的工业分析和元素分析 Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of coal samples
工业分析 / %
Ad
Vdaf
FCdaf
元素分析 / %
摘 要:为了筛选制备高浓度低阶煤水煤浆适用的添加剂,选取长焰煤、弱黏煤和褐煤为试验原料,将 自主研发的以萘磺酸钠甲醛缩合物( NSF) 为主要成分的高浓度水煤浆专用添加剂 MK-1、以木质素 磺酸钠为主要成分的市售添加剂 AYK 及市售添加剂 AZM 为筛选对象,进行了实验室干法试验、湿法 验证放大试验和工业试用,采用自主开发的三峰分形级配制浆工艺对制得的高浓度水煤浆进行成浆 性分析。 结果表明,对于变质程度较低的煤种,MK-1 添加剂效果优于 AYK 及 AZM,使用 MK-1 添加 剂,使陕西长焰煤( ZM) 、河南长焰煤( LX) 、新疆褐煤( YL) 、新疆弱黏煤( YK) 最高成浆浓度分别为 66． 58% 、65． 35% 、63． 35% 和 54． 19% ;在满足气化生产条件下,达到相同浓度和黏度时,MK-1 添加 剂比市售 AZM 添加剂的使用量少 50% ,可显著降低经济成本。 最终确定 MK-1 添加剂更适于低阶 煤制备高浓度水煤浆。 关键词:低阶煤;高浓度水煤浆;添加剂;工业应用 中图分类号:TQ536 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)04-0054-06
第 24 卷第 4 期
2018 年 7 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 24 No． 4 July 2018
高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用
吕 向 阳1,2
(1. 中煤科工清洁能源股份有限公司,北京 100013;2. 北京煤科成城科技发展有限公司,北京 100013)
LYU Xiangyang. Selection and application of additive for high concentration low rank coal water slurry[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(4) : 54 -59 .
Selection and application of additive for high concentration low rank coal water slurry
LYU Xiangyang1,2
(1. China Coal Technology & Engineering Group Clean Energy Company Limited Department,Beijing 100013,China; 2. Beijing Chengcheng Coal Science And Technology Development Company Limited Department,Beijing 100013,China)
为了筛选出低阶煤适用的添加剂,综合考虑添 加剂的匹配性、经济性以及安全环保性等,本文选取 多地区的低阶煤为研究对象,通过粒度级配制备高 浓度水煤浆,并对添加剂筛选后进行湿法验证放大 试验,最终通过工业应用验证添加剂的应用效果。
1 试 验
1． 1 试验原料 试验用到的原料煤有陕西长焰煤( ZM) 、河南长
0 引 言
低阶煤占我国煤炭储量及产量的 50% 以上,
目前 已 经 成 为 煤 炭 加 工 与 利 用 的 重 要 组 成 部 分[1-3] 。 低阶煤氧和杂原子含量高,若直接燃烧, 热效率较低且污染环境,用于发电有很多不利因
收稿日期:2018-01-17;责任编辑:李柏熹 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18011701 基金项目:中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2018QN040) 作者简介:吕向阳(1969—) ,男,山东滕州人,工程师,主要从事低阶煤高浓度水煤浆制备技术与应用研究。 E-mail:lvxiangyang@ cctegce． com 引用格式:吕向阳. 高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用[ J] . 洁净煤技术,2018,24(4) :54-59.
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10． 12 10． 22 9． 16 11． 40
38． 93 39． 46 41． 55 42． 01
61． 07 60． 54 58． 45 57． 99
80． 83 78． 34 76． 89 77． 16
4． 94 4． 71 4． 57 4． 39
12． 30 15． 52 16． 87 16． 94
54
பைடு நூலகம்
吕向阳:高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用
2018 年第 4 期
素。 但低阶煤富含芳烃、杂原子芳香族化合物等 有机组 分, 适 宜 作 为 化 工 原 料 生 产 有 机 化 学 品。 水煤浆是 20 世纪 80 年代兴起的高效率、低污染的 煤基 液 态 燃 料, 是 由 65% ~ 70% 煤 粉、 29% ~ 34% 水和少于 1% 化学添加剂,经过一定工艺制 成的液体燃料,具有类似于油的流动性和稳定性, 方便泵 送、 储 运、 燃 烧 与 气 化, 能 显 著 降 低 SO2 、 NOx 的排放量,是使低阶煤转变为清洁的代油燃料 和优质煤气化原料的重要途径[4-6] 。
影响水煤浆浓度的因素主要包括制浆用煤特 性、粒度级配和添加剂性能[7-8] ,由于低阶煤全水和 内在水分较高、含氧官能团多、孔隙率高,导致成浆 性差,可通过适配添加剂来改善其成浆性。 王永刚 等[9] 分析了国内外 11 种典型低阶煤中含氧官能团 的含量及含氧官能团中氧占总氧的比例,发现低阶 煤中主要的含氧官能团是羟基和羧基,羟基中的氧 占总氧的 34． 79% ~ 53． 00% 。 宋成建等[10] 考察了 不同种类分散剂条件下,煤质、灰中氧化物种类和煤 岩显微组分对煤成浆性的影响,探讨了分散剂种类 与上述因素间的匹配性规律,发现当使用不同分散 剂时,煤质、灰中氧化物和煤岩显微组分对成浆性的 相关性程度有明显差异。 孙美洁等[11] 研究了萘系 分散剂与木质素系分散剂对褐煤水煤浆稳定性的影 响,发现褐煤水煤浆的稳定性指数值均较小,稳定性 良好,沉降过程中煤粒间的聚结会降低水煤浆的稳 定性,添加木质素系分散剂后制备的褐煤水煤浆,分 层厚度减小,沉降速率降低,颗粒团聚现象减弱,稳 定性优于单独使用萘系分散剂。 针对 NSF 和木质 素磺酸钠添加剂对低阶煤成浆性的影响,许多学者 进行了实验室研究。 赵俊梅等[12] 应用氨基磺酸盐、 木质素磺酸钠和萘系磺酸盐 3 种分散剂对鄂尔多斯
东胜煤田褐煤的成浆性能进行研究,发现 3 种分散 剂中氨基磺酸盐对低阶煤制水煤浆的分散作用最 好,木质素磺酸钠与氨基磺酸盐复配也表现出优良 的分散性能。 戴财胜等[13] 研究了木质素制神华煤 水煤浆添加剂,比较了 DCSA( 神华水煤浆添加剂) 与典型商用添加剂 NDF( 中国矿业大学研制萘系添 加剂) 、NSF( 南京大学研制萘系添加剂) 和 DCS( 碱 木素复合型添加剂) 对神华煤成浆性影响,发现在 相同的成浆条件下,DCSA 的分散与稳定性能均优 于 NDF、NSF 和 DCS。 邹立壮等[14] 研究了不同分 散剂对煤成浆性的促进作用,发现不同分散剂对同 种煤或同种分散剂对不同煤成浆性的影响不同。 成 浆性很差的煤可以通过适宜的分散剂明显提高其成 浆性,但很难达到易成浆煤种的成浆性水平。 但在 工业中应用的效果鲜有报道。
1． 12 0． 98 1． 11 1． 15
Abstract:In order to screen and prepare additives suitable for the preparation of high-concentration coal-water slurry of low rank coal, long-flame coal,slightly-caking coal and lignite were selected as test materials,and additive MK-1 with NSF as the main component for high concentration coal water slurry developed by independent research and development, commercial available additive AYK and AZM with sodium lignosulfonate as the main component were selected for the dry test in the laboratory,the wet method magnification test and the industrial trial,to prepare high concentration coal water slurry. Three-peak-fractal sizing process was used in the study. The high concentration coal-water slurry was prepared after adding MK-1,AYK and AZM respectively,and the slurry properties were analyzed and compared. The results show that the effect of MK-1 additive is better than AYK and AZM for low metamorphic coal. Using MK-1 additive,the highest concentration of Shaanxi long flame coal ( ZM) ,Henan long flame coal ( LX) ,Xinjiang lignite ( YL) ,and Xinjiang weak coal ( YK) are 66． 58% ,65． 35% ,63． 35% and 54． 19% ,respectively. Under the same concentration and viscosity, the MK - 1 additive of MKCC is less than 50% of the commercial AZM additive,which can significantly reduce the economic cost. By comprehensive comparison, it is concluded that the MK-2 additive is more suitable for the preparation of high concentration coal water slurry with low rank coal. Key words:low rank coal;high concentration coal water slurry;additive;industrial application
煤样
ZM LX YK YL
Mad
2． 32 5． 71 9． 59 15． 77
表 1 煤样的工业分析和元素分析 Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of coal samples
工业分析 / %
Ad
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FCdaf
元素分析 / %
摘 要:为了筛选制备高浓度低阶煤水煤浆适用的添加剂,选取长焰煤、弱黏煤和褐煤为试验原料,将 自主研发的以萘磺酸钠甲醛缩合物( NSF) 为主要成分的高浓度水煤浆专用添加剂 MK-1、以木质素 磺酸钠为主要成分的市售添加剂 AYK 及市售添加剂 AZM 为筛选对象,进行了实验室干法试验、湿法 验证放大试验和工业试用,采用自主开发的三峰分形级配制浆工艺对制得的高浓度水煤浆进行成浆 性分析。 结果表明,对于变质程度较低的煤种,MK-1 添加剂效果优于 AYK 及 AZM,使用 MK-1 添加 剂,使陕西长焰煤( ZM) 、河南长焰煤( LX) 、新疆褐煤( YL) 、新疆弱黏煤( YK) 最高成浆浓度分别为 66． 58% 、65． 35% 、63． 35% 和 54． 19% ;在满足气化生产条件下,达到相同浓度和黏度时,MK-1 添加 剂比市售 AZM 添加剂的使用量少 50% ,可显著降低经济成本。 最终确定 MK-1 添加剂更适于低阶 煤制备高浓度水煤浆。 关键词:低阶煤;高浓度水煤浆;添加剂;工业应用 中图分类号:TQ536 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)04-0054-06
第 24 卷第 4 期
2018 年 7 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 24 No． 4 July 2018
高浓度低阶煤水煤浆添加剂的筛选及应用
吕 向 阳1,2
(1. 中煤科工清洁能源股份有限公司,北京 100013;2. 北京煤科成城科技发展有限公司,北京 100013)
LYU Xiangyang. Selection and application of additive for high concentration low rank coal water slurry[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(4) : 54 -59 .
Selection and application of additive for high concentration low rank coal water slurry
LYU Xiangyang1,2
(1. China Coal Technology & Engineering Group Clean Energy Company Limited Department,Beijing 100013,China; 2. Beijing Chengcheng Coal Science And Technology Development Company Limited Department,Beijing 100013,China)
为了筛选出低阶煤适用的添加剂,综合考虑添 加剂的匹配性、经济性以及安全环保性等,本文选取 多地区的低阶煤为研究对象,通过粒度级配制备高 浓度水煤浆,并对添加剂筛选后进行湿法验证放大 试验,最终通过工业应用验证添加剂的应用效果。
1 试 验
1． 1 试验原料 试验用到的原料煤有陕西长焰煤( ZM) 、河南长