水煤浆制备技术-

水煤浆制备目录一、水煤浆的概要二、制浆原料煤的选用三、煤浆粒度分布技术四、水煤浆添加剂技术五、废水对制浆的影响

水煤浆是水煤浆是通过煤粉、水和化学添加剂直接混合、搅拌等一系列物理加工过程而得到的煤基流态燃料。其制备工艺由煤的粉碎、煤粉与水和添加剂的混合以及脱灰、脱水等工艺组成。由大约70%的煤、29%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。水煤浆定义水煤浆的概要可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉，用于代替煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。水煤浆的概要成浆原理水煤浆的概要水煤浆的概要

据不完全统计，截止2018年底，燃料煤浆用量达3000万吨以上，气化煤浆用量高达2亿吨以上。共性区别质量高，较高的浓度、良好的流变性、稳定性，最终达到高效率使用；燃料浆比气化浆粒度更细，流变性和稳定性的要求更高；燃料和气化煤浆共性及区别水煤浆类型稳定性粒度分布气化煤浆>24h100%98-100%90-95%35-45%燃料煤浆30-60d----99.2%（1）理论依据水煤浆浓度提高后，进入气化炉的水含量减少，为维持气化炉温恒定，气化所需煤量、氧量减少，因燃烧而损失的C、CO、H2减少，有效气比例增加，进而比煤耗、比氧耗均降低，有效气含量增加。华东理工大学在《煤浆浓度变化对煤气化性能的影响》文章中：以压力等级为4.0MPa的水煤浆气化研究了浓度变化对气化的影响：煤浆浓度对气化系统的影响水煤浆的概要比煤耗与煤浆浓度的关系冷煤气效率与煤浆浓度的关系比氧耗与煤浆浓度的关系（2）实践证明单位产品规模煤浆浓度%比氧耗Nm3/KNm3比煤耗kg/KNm3有效气含量%中煤陕西榆林60万吨烯烃+4.1-35.3-30.8+3.02中石化宁夏能化60万吨甲醇+3.4-25.5-29.4+3.04阳煤泉稷30万吨合成氨+4.1-35.0-20+2.21阳煤临猗40万吨合成氨+3.9--+2.03锦疆化工40万吨合成氨+5.2-23.1-15.6+3.14平均值+4.14-29.7-24.0+2.69

实践表明：煤浆浓度没提高一个百分点，千标方有效气煤耗降低5-8kg、氧耗降低7-9Nm3，有效合成气含量增加0.6-0.8个百分点。据测算，以60万吨甲醇项目为例，煤浆浓度没提高一个百分点，为企业带来1000-1500万元的经济效益。水煤浆的概要煤浆浓度对气化系统的影响提高水煤浆产品质量有利于降低气化系统能耗、提高气化效率，同时扩大原料煤选择范围、提高气化系统产能，给企业带来显著的经济效益和社会效益。煤浆浓度影响比氧耗、比煤耗、有效气含量，正常情况下，浓度越高，气化能耗越低，有效气比例越高煤浆粒度煤浆稳定性煤浆粘度及流变性影响煤浆输送及雾化效果，进而影响气化炉渣残炭，粘度过高或过低都不适宜影响煤浆浓度，且直接影响了气化的反应效率和炉渣的残炭含量。

影响生产，稳定性差的煤浆容易产生产生堵塞管道煤浆质量指标水煤浆的概要水煤浆的概要制浆煤质粒度级配添加剂制浆煤源由中变程度煤种向低阶煤（长焰煤、若粘煤、不粘煤和褐煤）和高阶煤（无烟煤、贫煤及频瘦煤）等转变粒度级配是水煤浆质量的重要影响因素，煤浆的粒度级配由制浆工艺决定，目前由常规磨机制浆工艺向多磨机分级研磨，超细研磨、污水污泥等制浆工艺拓展。采用萘系、木质素系水煤浆添加剂，但产品的匹配性、适应性还需提高。制浆煤质是基础，粒度级配（工艺）是关键、添加剂是辅助制浆用煤的质量除了应满足下游用户的要求外，还要注意它的成浆性----制浆的难易程度原料煤对制浆的难易程度有如下几个方面的影响因素：制浆原料煤的选用内在水分、孔径、亲水性、可磨性指数、煤岩组分内在水分内在水分是煤颗粒表面的吸附性和孔隙度的综合体现。煤种的内在水分含量高，则其微孔结构中的“死水”含量就比较高，因此在煤粉颗粒间起润滑作用的游离水就相对减少，从而影响了所制浆的流动性。

O/C比反映了含氧官能团(羰基-C=O,羟基-OH，羧基-COOH等)的多少。一般来说，煤粉的O/C增大，则成浆性变差。变质程度越低的煤，煤中的O/C比越大，极性官能团越多，煤粉表面的亲水性和电位也就越高，煤粉表面将吸附大量的水分子形成水化膜，使得用于使煤粉颗粒自由流动的“自由水”的量减少，从而导致成浆性变差。制浆原料煤的选用

低阶煤成浆性差是因为低阶煤中往往含有很大比例的内在水分，较多的含氧官能团，而且可磨性一般来说都较差。低变质程度强极性的褐煤，难以制备出高浓度低粘度的水煤浆，但是由于它的强极性，浆体却具有较好的流动性及稳定性，可以利用褐煤的这一特性作为配煤来提高其他煤种的流变性及稳定性。高变质程度的无烟煤，疏水性强，虽能制备出高浓度低粘度的水煤浆，但稳定性较差。内在水分制浆原料煤的选用煤的孔隙是由不同孔径的孔分布而成，对煤粉成浆特性有影响的只是其中能进入水的孔，有研究表明，孔径大于400Å的孔对煤的成浆性起主要作用。煤的孔隙越发达，孔中所吸附的水就越多，用于使煤粉颗粒自由流动的水就越少，水煤浆的流动性因此也就越差，煤种的成浆性也就越差。孔隙发达的煤种，其相应制成的水煤浆通常都具有较高的表观粘度和较差的流动性;而且煤粉的孔隙度对水煤浆性质的影响还表现为不同的孔分布特征影响的程度不同。尽管煤粉的孔隙度是通过影响煤的吸水量来影响煤粉性质的，但煤孔体积本身不仅与煤粉的吸水量无直接的关系，而且与水煤浆的性质也并不直接相关，这表明煤的孔隙度对水煤浆性质的影响并非独立地发挥作用，也就是说对水煤浆性质的评价应该将煤粉的孔隙度与煤粉表面的亲水性紧密地结合起来。孔径制浆原料煤的选用煤粉表面的亲水性对煤粉成浆特性的不利影响主要表现在其对水煤浆分散体系中“自由水”和“非自由水”(“死水”)相对含量的影响。“非自由水”与煤粉表面的亲水状态密切相关，并通过多层表面吸附和毛细管凝聚效应被牢固地束缚在煤粉颗粒的表面和丰富的煤孔结构中而丧失流动性。与此相反，“自由水”则可以自由流动于煤粉颗粒的间隙中充当润滑介质。亲水性（极性基团）制浆原料煤的选用可磨性指数表示煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度，也就是直接反应了磨矿的难易程度，目前国际上广泛采用哈德格罗夫可磨性指数(HGI)来表征煤的可磨性。煤的可磨性指数HGI随着煤化程度的加深而呈抛物线型变化，并在碳含量为90%处出现最大值，水煤浆的浓度与哈氏可磨性指数HGI呈正相关关系。HGI值越高，说明煤种的可磨性越好，也就是说煤粉在磨矿过程中产生的细粒级或胶态颗粒越多，煤粉粒度分布的区间也就较宽，因而提高了堆积效率，从而易制得高浓度的水煤浆。可模性指数制浆原料煤的选用

煤岩组分是煤化学内容的重要组成部分，但研究其对煤炭成浆性的影响还很少，而且结论很有争议。煤岩组分可以分为镜质组、半镜质组、丝质组、稳定组和矿物组等。丝质组富含多孔结构而对制浆不利，而从表面性质上来看，镜质组和半镜质组富含更多的含氧官能团而对制浆不利。另外，丝质组和镜质组之间的性质差异还表现在可磨性指数HGI上。一般来说，镜质组的可磨性指数HGI较小，显微脆度较小，不容易粉碎，所以常常富集于粗粒级物料中，而丝质组恰恰相反。在考察煤岩组分对煤粉成浆性能的影响时，不能孤立地分析各种组分的固有特性诸如孔隙结构、孔隙度、含氧官能团(表面亲水性)及可磨性指数HGI，而必须将它们紧密而有机地结合起来，综合评判煤岩组分对煤粉成浆特性的影响。煤岩组分制浆原料煤的选用煤中含内水、含氧量大都不利成浆，哈式可磨性指标愈小，成浆性指标愈大，反之，成浆性指标愈小。

原因：煤阶越低，内在水分越高，煤中O与C的比值越高，亲水官能团越多，孔隙越发达，可磨性指数HGI值越小，煤中所含可溶性高价金属离子越多，煤的制浆难度就越大。制浆原料煤的选用影响在制浆过程中,煤的粒度分布是决定水煤浆浓度和流动性的重要因素。粒度分布中各粒级的搭配称“级配”。只有级配合理，大小颗粒能相互充填，减少空隙率，提高固体容积浓度（即堆积率），才能少用水，制出流动性好的高浓度水煤浆。煤浆粒度分布技术制浆工艺球磨机棒磨机（1）磨机筒体长、直径小；（2）研磨介质为钢球，介质间为点接触；（3）处理量相对较小，功耗大；（4）产品粒度分布较宽，形成一定粒度级配，粒径较难控制，容易跑粗或过细，煤浆稳定性差。（1）磨机筒体短、直径大；（2）研磨介质为钢棒，介质间为线接触，研磨效率较大；（3）处理量相对较大，功耗小；（4）产品粒度分布较均匀，易形成密堆积状态。煤浆粒度分布技术神木化工棒磨机：钢棒材质：65Mn圆钢钢棒直径：50mm65mm75mm钢棒配比：3:4:3滚筒筛：0.3mm筛网宽度4mm*25mm制浆工艺☞第一峰：100—150μm的粗颗粒，形成水煤浆骨料结构；☞第二峰：20—30μm的细颗粒，填充粗颗粒空隙，提高了煤浆堆积效率；☞第三峰：4—8μm的超细颗粒进一步填充颗粒孔隙，同时发挥颗粒表面特性的支撑、润滑和减阻作用，改善煤浆流变性及稳定性。煤浆粒度分布技术单独粗颗粒填充细颗粒再填充超细颗粒浓度60-61%浓度62-63%浓度65-67%

粒度分布

目数通过率20目95-100%40目90-95%120目45-55%200目30-40%325目25-35%煤浆粒度分布技术在实际生产中反复推算研究,通过工艺改造,调整进料粒度、棒(球)磨机钢棒（球）配比、填装量调整、滚筒筛等取得最佳粒度分布,从而取得最佳堆积效率。因此,只有科研与生产相结合在实践中才能找到各种煤所特有的粒度分布规律。煤浆粒度分布技术水煤浆添加剂技术

高浓度水煤浆的性能中，最重要的就是较低的表观粘度和良好的稳定性、流变性。然而水煤浆属于两相颗粒悬浮体系，而且煤粉是疏水性物质，要使煤粉颗粒能更好的融入水中、使制得的水煤浆具有良好的流变特性和稳定性，就必须加入化学添加剂(表面活性剂)。

在水煤浆制备的过程中，化学添加剂的主要作用在于改变煤粉颗粒的表面性质，使煤粉颗粒能够在水中更好地分散，使得浆体具有良好的流动性和稳定性。

根据作用的不同，化学添加剂可分为分散剂、稳定剂和助剂三类，分散剂必不可少，稳定剂也相当重要。水煤浆添加剂技术分散剂—增加煤表面电动电位，提高煤表面亲水性，使煤粒在水中更好地润湿并分散，改善流变性。稳定剂—为防止水煤浆在储存和运输过程中发生硬沉淀，需加入稳定剂。助剂—消除水煤浆中的泡沫对流动性和稳定性的影响。分散剂稳定剂助剂萘磺酸盐磺酸盐磺化腐植酸磺化木质素石油磺酸盐磺化沥青

羧酸盐聚烯烃类聚丙烯酰胺絮凝剂羧甲基纤维素有机膨润土消泡剂调整剂防霉剂表面处理剂促进剂分散剂是一种可促进分散相（如水煤浆中的煤粒）在分散介质（如水煤浆中的水）中均匀的分散的化学药剂。水煤浆制备中分散剂的主要作用是降低黏度。这是因为分散剂吸附在煤粒的表面，在煤粒的表面形成很薄一层添加剂分子和水化膜，可以大大的降低它与水之间的界面张力。当水煤浆中的煤炭颗粒呈良好分散状态时，颗粒间彼此相互分离，颗粒外表还有一层牢固的水化膜，剪切时不产生新的相界面，颗粒之间的摩擦力也比外表没有吸附添加剂分子和水化膜时要小。所以分散作用可明显地降低水煤浆的黏度。分散剂的作用机理可从3个方面得到解释，既润湿分散作用、静电斥力分散作用及空间位阻与熵斥力分散作用。这3中作用并不相互排斥，而是相互补充。水煤浆添加剂技术分散剂水煤浆添加剂技术分散剂分子的疏水基通过范德华力吸附在煤粒的表面，以亲水基朝水的定向排列方式把水分子吸附到煤粒表面，变疏水性为亲水性，大大提高了煤粒表面的润湿性，降低了煤水界张力，对煤粒起到了很好的分散作用。润湿分散作用分散剂水是一种极性物质，具有较高的表面张力（比表面能）。煤炭的主题是一种非极性的碳氢化合物，具有较低的表面能。它的表面不易被水分子所润湿，称“疏水”物质。但是煤炭是一种结构十分复杂的物质，主体是芳烃，并通过烷烃链或杂原子彼此相互连成一个大分子结构固体颗粒在水中分散或悬浮时，由于表面物质的电离、晶格取代或从溶液中吸附离子而带电。两个颗粒最终是相互吸引还是排斥，就取决于范德华吸力与静电排斥力两者的综合效应。静电斥力分散作用水煤浆添加剂技术分散剂

煤浆颗粒表面吸附一层物质（添加剂分子），这样就在颗粒之间增加了一层障碍，当颗粒相互接近时，可机械性地阻挡聚结。水煤浆分散剂一端吸附在煤粒表面（疏水端与碳氢化合物构成的煤粒结合），将亲水的一端伸入水中形成一层水化膜。当颗粒相互靠近时，水化膜挤压变形，引力则力图恢复原来的定向，这样就使的水化膜表现出有一定的弹性，所以水化膜也是一种空间位阻。空间位阻与熵斥力分散作用水煤浆添加剂技术分散剂

1.定义：是指具有使煤浆中已分散的煤粒能与周围其他煤粒及水结合成一种较弱但又有一定强度的三维空间结构的作用的化学试剂。

2.作用：一方面使水煤浆具有剪切变稀的流变性，即当水煤浆静置存放时有较高的粘度，开始流动后粘度又可迅速降下来；另一方面是使沉物具有松软的结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。

稳定剂的加入，能使已分散的固体颗粒相互交联，形成空间结构，从而有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离。水煤浆添加剂技术稳定剂作用效果先使煤粒表面吸附表面活性剂，并形成水化膜，构成浆粒；这里添加说明然后靠空间位阻效应实现分散与降粘；再用稳定剂使浆粒絮凝形成空间结构体，以阻止颗粒沉淀；水煤浆既满足了流动性的要求，又具有良好的稳定性。储存时，靠结构体保持稳定；流动时，结构体被破坏，又恢复降粘效果。水煤浆添加剂技术废水对制浆的影响水中的物质成分主要分为无机物、有机物、氨氮和硫化物，通过对这四类物质的分析可全面了解废水成分，三种废水的主要成分如下表所示：废水种类氨氮（mg/L）阴离子阳离子有机物（%）Cl-SO42-NO3-