神华煤制油项目原料煤、液化残渣及粗细煤泥的成浆性实验研究.pdf

第 4期 总第 1 7 3期 2 0 1 4年 8月 煤化工 Co a l Ch e mica l I n d u s t r y N o 4 T o t a l N o 1 7 3 Au g 2 0 1 4 神华煤制油项 目原料煤 液化残渣及粗细煤泥的 成 浆性实验研究 王治华 王秀芬 中国神华煤制油化工有 限公司鄂尔多斯分公司 内蒙古鄂尔多斯 0 1 7 2 0 9 摘要先对神华煤制油项 目的原煤 粗煤泥 细煤泥和液化残渣 4个煤样进行 了煤质分析 再对神华鄂 尔多斯煤制油生产中的液化残渣及粗细煤泥进行了成浆性实验 从成浆性 流动性及稳定性等方面进行了实验 研究 实验结果表明 原煤 粗煤泥 细煤泥 液化残渣 4个煤样平均成浆质量分数均在 5 9 6 以上 4个煤样常 规制浆工艺成浆性能由好到差的顺序为 液化残渣 原煤 粗煤泥 细煤泥 当水煤浆表观黏度为 1 2 0 0 m P a S 时 4个煤样最高定黏浓度均在 6 2 8 以上 比常规制浆工艺的成浆浓度均有所提高 关键词煤制油 原煤 粗煤泥 细煤泥 液化残渣 成浆性 文章 编 号 1 0 0 5 9 5 9 8 2 0 1 4 一 0 4 0 0 6 3 0 4 中图分 类号 T Q 5 3 4 文献标识 码 A 引 言 随着神华 鄂尔 多斯煤制 油项 目的高效 运行 对每 年所 产 出液化 残渣 粗 细煤泥 的有效利 用进行探 讨研 究势在 必行 液化残渣 粗细煤 泥用于气 化制氢 或合 成气是行之有效的途径之一 目前对液化残渣的气化 特性研 究较少 且不够 系统 而生 产过程 中产 出的液化 残渣 粗 细煤 泥 的数量 有 限 限于对 气化 炉投 料 负荷 的要 求 目前 的液化残 渣及粗细 煤泥产 量达不 到气化 炉基本进料量 因此 需要与原料煤混配 以满足工业 运行 比较经济 的进料量 的要 求 鉴于水煤 浆气化 优点及 广泛应 用 的实际情 况 液 化残渣 用于水 煤浆气化 原料 是 目前较有 实用性 的有 效 手段 而研 究原 料煤 液 化残 渣及 粗 细煤 泥 的成浆 性是使其用于水煤浆气化原料的前提条件 参考本实 验成 浆性 结果 可 确定 后续 工业 化方 案 为 即将 建设 的液化 残渣气 化装置奠 定技术基 础 1 煤质分析 实验用煤为内蒙古鄂尔多斯地区煤 煤样 4个 煤样名称依次为原煤 粗煤泥 细煤泥 液化残渣 其 煤质分析列 于表 1 影响水煤浆成浆性的因素主要为碳含量 氧含量 与水含量 影响水煤浆 稳定性 的因素主要 为碳 含量 与 氧含量 影响水煤浆流变性的因素主要为碳含量 氧 含量 水含量与灰含量 从表 1 煤质分析结果来看 4 种样品中水分较低 对其成浆性未造成直接性影响 除了液化残渣中硫质量分数在 1 6 2 以外 其余硫含 量都很 低 都属 于低硫 煤 不会 对气 化 的后续净 化单 元 的设备造 成腐蚀影 响 灰分 固定 碳和发 热量直接 影响着 气化 性能 和经济 性 固定碳 和 发热 量 灰 分 含 量较低的煤种 用作湿法气流床加压气化的原料煤种 时 气化 时 的氧 耗 煤 耗较低 气化 效率较 高 从 表 1 数据 来 看 细 煤 泥发 热 量 2 5 6 1 M J k g偏低 液 化 残 渣发热量 较高 液化 残渣碳质量 分数高达 7 6 9 7 氢 质量分 数 在 4 2 2 细煤 泥碳 质量 分数 6 4 6 5 氢质 量分 数 3 7 9 原煤碳 质量 分数 7 2 3 0 氢质量 分 数 4 2 0 粗 煤 泥 碳 质 量 分 数 6 8 1 0 氢 质 量 分 数 4 1 0 碳与氢元 素为煤 中重要元 素 二者含 量越高 气化的有效气产量就越大 经济价值也就越高 在气 化过程 中 灰含 量越低 越好 4种煤样 灰分 除 了细煤 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 1 作者简介 王治华 1 9 7 2 一 男 内蒙古包头 工程师 学士 2 0 0 7年本科毕业于北京化工大学化工工艺专业 现从事煤气 化生产技术管理工作 E m a i 1 w a n g z h ih u a cs c1 c t o m 煤 化工 2 0 1 4年第 4期 表 1 原 煤 粗煤泥 细煤泥及 液化残 渣煤质分 析 0 一 元素分析 干基 灰熔融性温度 C 哈氏可 M J V U 1 A J f t 最 C H 0 N D s r门 磨性 H G I 原煤 5 7 7 7 2 9 1 2 3 3 3 3 0 3 7 2 9 2 7 7 2 3 0 4 2 0 0 8 0 0 5 6 1 1 2 0 1 1 3 0 1 1 5 0 1 1 8 0 5 7 粗 煤泥 7 0 3 7 2 1 5 O 3 3 2 0 4 0 6 3 2 7 0 7 6 8 1 0 4 1 0 0 8 6 0 6 3 I 1 3 0 l 1 5 0 1 1 6 0 1 1 8 0 5 9 细煤泥 5 7 1 6 5 2 9 2 1 2 9 2 1 0 6 2 2 5 6 1 6 4 6 5 3 7 9 0 7 5 0 6 2 1 1 6 2 1 1 6 7 1 1 7 2 1 2 1 0 一 液化残 渣0 1 1 7 7 1 5 4 5 3 6 O 0 1 6 2 3 1 5 9 7 6 9 7 4 2 2 0 9 0 1 6 2 1 1 7 8 1 1 8 3 1 2 0 0 1 2 2 6 一 对二氧化碳的反应性 8 0 0 8 5 0 9 0 0 9 5 0 1 0 0 0 1 0 5 0 1 1 0 0 原煤 1 4 1 3 2 1 5 9 I 7 8 2 9 4 9 9 9 6 1 0 0 0 液化 残渣4 3 1 7 6 3 4 1 6 3 8 8 5 5 9 2 7 9 8 0 泥外 其余含量都不高 但如果细煤泥 液化残渣与原 煤混合进料 灰含量就可完全满足水煤浆原料的灰含 量要求 因此 4种原料作为水 煤浆原料是 可行 的 这 些分析结果可为进一步分析成浆性提供可靠依据 2 成浆性实验 2 1主要仪器 T J C P S 1 8 0 x 1 5 0全 密 封 锤 式 破 碎 缩 分 机 X M B q 2 4 0 3 0 0棒磨机 Q H J M 一 3超细研 磨机 G S 一 8 6 型 电动振筛机 M D 1 1 0 2电子天平 精确度 0 0 0 0 1 g D T 5 O O A电子 天平 精 确度 0 0 1 g 1 0 1 一 D A型 电热 鼓 风干燥箱 D H S 1 6 一 A多功 能红外水分 测定仪 N X S 一 4 C 型 水 煤浆 黏 度 仪 B T 一 2 0 0 2型激 光 粒 度分 布 仪 J J 一 1 型定 时电动搅拌 器 2 2实验过程 2 2 1 煤 样 的制备 过程 本 实验煤样 的制备参 照 G B T 4 7 4标准 主要 制备 过程包括 实验室采集的煤样经过破碎机破碎后 依 据权重 选择有代表性煤样混合 混合后 经缩分机缩 分 根据实验 分析项 目 需 要进行筛分 和空气干燥 空 气 干燥标 准 为水 分 1 h变化不 到 0 1 为止 本实验分析 煤样制 备过程 为 一般煤 样破碎 机破 碎至粒度 2 5 m m后 称取 4 O k g将其继续破碎至粒度 1 3 m E 从 中称取 1 5 k g 进 行空 气 干燥后 将 其破 碎至 粒 度 3 m m 称 取 7 0 0 g后 继续将 其破碎 至粒度 0 2 i n to 并称 取 6 0 g 3 0 0 g作为分析实验 煤样 2 2 2 水 煤浆浓度 的测定 将磨 好 的煤粉 一 定量 的添加 剂 和水加 入 烧杯 中 然后用电动搅拌器搅拌 6 m in 称取一定量的水煤 浆试 样 于 1 0 5 1 1 0 下 干燥至质 量恒定 干 燥后 的试样 质量 占原 样质量 的百分 数为水煤 浆浓度 水煤 浆浓 度 的测定 方法 按 照 G B T 1 8 8 5 6 2 2 o 0 8进行 取充分搅拌均匀的水煤浆试样 3 0 g 置于预先干燥 并称重过 的容量瓶 中 迅速加盖 称 量 晃 动铺 平 打 开瓶 盖 将容 量瓶 和瓶盖 放人 预先鼓 风并 已加 热 到 1 0 5 C 1 1 0 的干燥箱 中 在鼓风 条件下 干燥 1 h 从干燥箱中取出容量瓶 立即盖上盖 在空气中冷却 约 3 m in后 放人 干燥 箱 中 冷却 至室温 称量 进行 检 查性 干燥 每次 3 0 m in 直 到 2次 干燥 的试样 质量 的减少 不超过 0 0 0 3 g 或 质量增加为 止 2 2 3 水煤浆表观黏度的测定 本实验水煤浆表观黏度的测定参照G B T 1 8 8 5 6 4 2 0 0 8 标准测定 同步 电机 以稳定 的速度旋转 连接 刻 度 圆盘 再通过游 丝和转轴 带 动转子旋转 如转 子未 受 到液体 的阻力 则 游丝 指针 与刻度盘 同速 旋转 指 针在刻度盘上的读数为 0 反之 如转子受到液体的 黏滞 阻力 则游丝 产生阻力矩 与黏滞力抗衡 最后 达 到 平衡 这 时与游 丝连接 的指 针在刻度盘 上指示 一定 的读数 将读数乘 上特定 的系数 即得到液体 的黏度 主要 分析步骤 1 选择测量系统 仪器测量系统共有 5 套 测量 时按 物料 的估计 黏度值 选用适 当 的测量 系统 和量取 适 当的物料 2 开启 电源 按动 电源开关 转速 开关可预先 置 于 0 同时调节 座子水平 并 在外筒 中装入适 量 的 水煤浆 装上转子 待仪器预热半小时后 再进行测量 3 把测 量 的旋 钮 由 制 动 反 时针旋 向 工作 测 量 内部机构恢 复到活动状态 准备测量 4 将转速 由 0 逐渐增 大 记下相应 的刻度数 测量完毕后 把测 量头旋 钮由 工作 旋 向 制 动 关 闭电源 依据 7 a 式 中 一水煤 浆 的表观 黏度 o 一刻 度 读数 一 仪器常数 来 计算水煤 浆表观黏度 2 0 1 4年 8月 王治华等 神华煤 制油项 目原 料煤 液化残渣及 粗细煤 泥的成浆性 实验研究 一6 5 2 2 4 水 煤浆最 高定黏浓度 实验 最高定黏浓度 即当浆体表观黏度为 1 2 0 0 m P a s 时 水 煤浆所 能达到 的浓度最 大值 在 水煤浆 气化装 置 中 随着水 煤浆 浓度 的提高 单 位质 量水 煤浆 产气 率增加 气化效率提高 氧气耗量下降 因此 作为气 化水 煤浆 其 浓度越 高越好 主要 实验 过程 在 最 佳添 加剂 用量 条 件 下 将原 煤 粗煤泥 细煤 泥 液化残 渣 4个煤样 的实验 用煤 分 别制 成一 系列 不 同浓 度的水煤 浆 观察水煤 浆表观 黏 度 随成浆浓度 上升 的变化规律 依据测 定 的几 个浓 度 下的水煤浆试样黏度值 绘制黏度随浓度变化回归曲 线 依据 曲线 得 出最高定 黏浓度 2 2 5 水煤浆 流动性 实验 本 实验的 流动性采 用 目测 法 将 水煤浆 试样 放人 制定容器中 使其流动 目测其流动状态 状态分为 连续流 动 A 间断流 动 B 不 流动 c 为 了表示 属 于某 一 等级范围流动性的较小差别 分别用 和 一 号 加 以 区分 号 表示 某 一 等 级 中流 动性 较好 者 一 号表示某一等级中流动性较差者 将测定情况划 分 出级别 供成浆 性实验综 合参考 2 2 6 水煤浆 稳定性 实验 水 煤浆 的稳定性 实 验测试 按照标 准 G B T 1 8 8 5 6 5 2 0 0 8 进行 即将 被测水 煤浆试样 密 闭静 置 2 4 h 后 采用棒 插法 观察 水煤浆 稳定性 的判定 分成 A B c D 4个 等级 3 结果与讨论 3 1 常规制 浆工 艺成 浆性 实验结果 在成浆性实验 中 采用专用添加剂 添加量为经 验值 3 4种煤 样选取 4组按经 验递增浓 度 考 察不 同浓度 下水 煤浆 的黏度 稳定 性 流 动性 等成 浆 性指 标 确定其成浆效果 常规制浆工艺条件下的成浆性 实验结果 列于表 2 由表 2可知 在常 规制 浆工 艺条 件下 4个 煤样 的成浆 性具有 如下规律 1 煤样 随成浆浓 度 的提 高 煤 浆 的表 观黏 度 稳 定性逐 步提高 但浆体 的流动性 明显降低 2 在煤浆表观黏度 原 煤 6 1 1 粗 煤 泥 5 9 7 细 煤 泥 5 9 6 从 成 浆浓度 来看 粗细煤 泥成浆质量分数接近原料煤 可作为气化原料使用 液 表 2 常规制 浆工艺 条件 下的成浆 性实验结 果 翳 蔫 流 动 性 分 数 1 0 O s 2 5 训 2 d 后 5 9 2 7 84 5 B B 原煤 6 O 4 4 9 1 O B B 61 9 3 1 O 1 3 B A 6 2 6 5 1 26 3 C A 平均值 6 1 1 O 5 8 2 3 955 B D 粗 煤泥 5 9 4 2 1 0 4 8 B D 6 0 2 8 1 1 7 0 B D 6 0 9 6 1 2 6 5 C D 平均值 5 9 70 5 8 23 86 4 B D 细煤泥 5 9 0 5 8 9 2 B D 6 0 1 8 1 0 2 1 B D 61 06 1 2 31 C D 平均值 5 9 6 0 71 30 9 55 B D 液 化 7 2 4 8 1 0 2 6 B D 残渣 7 3 69 1 1 4 9 B D 7 4 3 7 1 2 4 3 C D 平均值 7 3 o 0 化残渣 平均成浆质量分数达到 7 3 0 用于气 化原料 有很大经济 空间 德士古气化 的煤浆质量分数要 求一般 为 6 0 6 5 水煤浆燃烧 是一个较 为复杂 的物理化 学过程 在 其点燃 时要 消耗大 量 的热量 水 分含 量越 高 水 分气 化带走 的气 化潜热 越大 燃 烧热 耗量 越高 煤浆 浓度 相对较低 会相应影响后续气化过程的气化效率 增 加生产成本 水煤浆浓度越高 相应黏度也会升高 黏 度高到一定 程度 会影 响原料输送 与贮 存 因此 在保 证一定 黏度前 提下 如何 提高 原煤 粗 煤泥 细煤 泥 液化残渣四个煤样的成浆浓度 对气化炉的运行效益 极为重要 3 2最 高定 黏浓度 实验结果 按照实验过程 根据经验选取相应几个水煤浆 浓 度点 测定其对应表观黏度 流动性与稳定性指标 绘 制出表观黏度 随成浆浓度的变化曲线 图 1 从图 1 可知 随着成浆浓度的增大 液化残渣 原 煤 粗煤泥 细煤泥的黏度随之升高 按最高定黏浓度 定义 表 观黏度 在 1 2 0 0 P a S时 液化 残渣 原 煤 粗 煤泥 细煤泥 4 个 煤样所制水 煤浆 的最 高定黏浓 度分 别 为 7 7 2 6 5 8 6 4 7 6 2 8 比常规 制浆工 艺 的 一 6 6 煤 化 工 2 0 1 4年第 4期 暑 越 德 懈 成浆质量分数 图 1 表 观黏度 随成浆浓 度变化 曲线 成浆浓度均有所提高 最高定黏浓度都在 6 2 8 以上 对于煤浆这样的分散体系 随着其中含碳粒数增 加 颗粒的间距有所减小 相互作用力增强 使黏度增 加 因此 想制得高浓 度煤浆 除 了具有成浆性 能好 的 原料外 还要开发有效的表面性质 从而保证高浓度浆 体的黏度要求 满足进料条件 3 3 稳定性实验 结果 从表 2中可 以看 出 当原煤 粗煤泥 细煤泥 液化 残渣 4个煤样 的质量 分数都在 5 9 6 以上 放置两天 后 观察实验用煤所 制水煤 浆在两 天内的稳定性可知 稳定性除了原煤稳定性在 A级或 B 级 存在少量的析 水或少许 软沉淀 其余 3 个煤样稳定性较差 对最 高定 黏浓度实验 中稳定性 的观察可知 定黏后 4种煤样稳 定性明显好转 部分样点稳定性能达到 B级 4 结论与建议 4 1 结论 1 通过煤质分析结果初步得 出 原煤 粗煤 泥 细 煤泥 液化残渣 4 个煤样单从煤质分析来 看 适 宜作为 气化煤浆原料煤 2 原煤 粗煤 泥 细煤 泥 液化残渣 4 个煤样 按照 常规气化煤浆制备工艺 单棒磨机 成浆质量分数均在 5 9 6 以上 由于粒度分布不合理 煤浆流动性和稳定 性均较差 4个煤样常规制浆工 艺成浆 性能 由好 到差 的顺序为 液化残渣 原煤 粗煤泥 细煤泥 3 随着成浆浓度的增大 水煤浆的表观黏度也明 显升高 原煤 粗煤泥 细煤泥 液化残渣 4个煤样所制 水煤浆表观黏度在 1 2 0 0 m P a S 时 最高定黏浓度均在 6 2 8 以上 比常规制浆工艺 的成浆浓度均有所提高 4 2 后期 工业优化运行建议 对于水煤浆气化而言 水煤浆浓度越高 气化效率 越高 可降低比氧耗和比煤耗 因此 作为气化水煤浆 其浓度越高越好 此外 合理的粒度级配可有效改善水 煤浆 的流变性 和雾化性能 减少对喷嘴 输浆设备及管 道的磨损 为此 对原煤 液化残渣 粗细煤 泥用 于工业 化水煤浆气化原料 提出以下建议 1 为了制备高浓度水煤浆 降低气化煤耗和氧 耗 应严格控制粒度级配 并采用合理的制浆工艺技术 提高成浆浓度和成浆效果 2 为了充分利用粗煤泥 细煤泥 液化残渣等产 品 相对减少原煤使 用量 使 这 3 种产 品与原煤进行配 煤试验 以提高原煤 粗煤泥 细煤泥成浆浓度 3 应根据实验用煤 的表面结构特性 开发针对性 更强 性价 比更高的专用添加剂 以满 足制备高浓度气 化水煤浆的要求 Ex p e r ime n t a l S t u d y o n t h e S l u r r i a b il it y o f t h e Ra w Co a l t h e DCL Re s i d u e a n d Co a r s e fi n e C o a l Mu d o f t h e S h e n h u a C o a l t o L iq u id s P r o j e ct W a n g Zh ih ua a nd W a n g Xiu f e n O r d o s C o a I t o L iq u id s B r a n ch C h i n a S h e n h u a C o a l t o L iq u id s C h e m ica l C o L t d O r d o s I n n e r Mo n g o l ia 0 1 7 2 0 9 C h i n a Abs t r a ct C o a l a n a l y s is wa s c a r r ie d o u t o n t h e f o u r s a mpl e s o f r a w co a l co a r s e c o a l mu d fi n e co a l mu d a n d t h e s h e n h u a DCL r e s id u e F o l l o win g t h e a n a l y s is t h e s l u r r i a b il i t y t e s t wa s ma d e o n t h e DC