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低阶煤微细干粉制备水煤浆技术

2014-04-25

根据我国在能源应用方面面临的问题,在煤炭使用过程中需最大限度地提高能效、减少排放,并利用相对丰富的煤炭弥补油气资源的不足。根据我国的能源政策,未来煤化工的原料将逐步减少使用适合发电的煤炭资源,而以高硫煤高灰煤等低品质煤和褐煤为主。因此,以褐煤为原料将成为今后煤化工产业的发展方向。由于褐煤水分高,我国水资源有限,煤化工技术耗水又高,采用提质预干燥,然后再加水利用,工艺明显不合理,开发褐煤不预干燥或简单干燥工艺并充分利用其内在水分制取高浓度水煤浆技术用于煤气化,是褐煤合理有效的转化和利用的途径。为了更好地利用褐煤资源,榆林西部煤炭技术研究中心在主任、总工贺峰的带领下,自筹资金研发了“低阶煤微细干粉制备水煤浆技术”,研究、开发和突破褐煤制取高浓度水煤浆技术,对煤化工事业意义重大。

制取高浓度水煤浆,转化煤中不流动水为流动水

鉴于低阶煤和褐煤内在水分高、亲水含氧官能团高的特点,制备高浓度水煤浆需解决:(1)优化粒度级配,达到高堆积密度;(2)低阶煤和褐煤相当部分内在水分以毛细管水存在或与含氧官能团结合,属于不流动水,因此,要制取高浓度水煤浆必须转化不流动水为流动水。

目前国内水煤浆的制备采用湿法技术。使用球磨机或棒磨机制备的水煤浆平均粒度为60100微米,达不到微细程度,无法实现高固体堆积密度和优化级配,也无法破坏煤中的毛细管水,同时,所采用的添加剂仅起物理分散降粘作用,无法破坏结合水。因此,采用湿法工艺,选用长烟煤、弱粘煤、不粘煤等低变质程度煤种制备水煤浆,浓度只能达到60%。褐煤的制浆浓度只能达到50%

榆林西部煤炭技术研究中心经过长达16余年的技术攻关,根据低阶煤、褐煤难成浆的特点,避开了传统的湿法制备水煤浆思路,提出并实践了干法优化级配制备水煤浆的新途径,实现了水煤浆平均粒度小于10微米和优化级配,并开发了新型添加剂,从而破坏了部分煤中的毛细管水和化合水,使煤中部分不流动水转化为流动水,制备出了高浓度的褐煤水煤浆(60%)和神府煤水煤浆(6870%)。

干粉磨机

干法优化级配制备水煤浆的新技术的关键之一在于开发干粉磨机。现有的干粉磨机一般采用雷蒙磨机,但分级机设计不合理,叶片严格按径向布置,当分级机高速旋转时风阻很大,大量合格的粉料难以及时排除,物料的水分较高时,难以使物料松散,造成物料堵塞。而且现有磨机中物料运输靠鼓风机,对磨机内部的风量要求严格平衡,否则容易产生正压,使粉料外泄,造成环境污染。

榆林中心开发了干法制粉水煤浆专用磨煤机,采用多级分级风负压操作,设计研发了级配干粉产量1200吨/时系列专用磨机,从而使该技术进入工业化应用阶段。

推广应用

鉴于大唐呼伦贝尔化肥有限公司1830项目采用水煤浆气化工艺,常规湿法所制呼伦贝尔褐煤水煤浆浓度仅48%,达不到设计指标(53%),其高能耗和高成本严重影响企业的经济效益。榆林中心近期和大唐签署协议,根椐褐煤高水份高含氧官能团的特点,并考虑海拉尔的低气温,在使用榆林中心开发的褐煤专用添加剂的同时,采用配热风磨机的干法工艺,把近70吨大唐褐煤在工业生产线上进行试验。试验结果表明:采用干法制备技术,可提高大唐褐煤水煤浆612%54-60%)。

大唐褐煤的成功试验又一次表明了干法技术是褐煤制备高浓度水煤浆技术的重大突破,榆林中心开发的微细干粉技术,为褐煤的洁净高效转化利用开辟了广阔的途经,将极大地提高水煤浆气化煤化工企业的节能减排和经济与社会效益,并必将对国内外的煤化工事业产生深远影响。

同时,该技术所制备的水煤浆具有很好的流动性,武汉管道院拟将该技术用于陕煤集团水煤浆管道输煤1000万吨/年项目。因此,该技术如能在内蒙应用和推广,不仅将极大地推动自治区褐煤煤化工事业的发展,同时通过褐煤水煤浆管道输送也将极大地解决褐煤的运输问题。

我国褐煤资源占全国煤炭资源13%3/4以上分布在华北,其中大部分分布在内蒙东部。褐煤的高效洁净利用对内蒙尤为重要。若褐煤水煤浆浓度提高10%,单位产品煤耗即按原料计能耗约降低20%,仅此一项可实现CO2减排量20%;褐煤水煤浆管道输送解决了煤炭的运输问题,减轻了交通堵塞及道路与环境的污染;另外在装备制造、褐煤液化制甲醇方面也可获得可观的经济效益。

 

实施单位及专家简介

榆林西部煤炭技术研究中心成立于1997年,致力于煤炭深度物理加工研究以及开发应用。经十余年努力,于2011年建成国内首条年产40万吨低阶煤、褐煤干法优化级配制备高浓度水煤浆生产线,所开发的具有自主知识产权的低阶煤微细干粉制备水煤浆技术,2009年通过陕西省成果鉴定。陕煤、大唐、三维集团已与榆林西部煤炭技术研究中心签署合作协议,包括神木煤、呼伦贝尔褐煤、阜新低阶煤、三维褐煤、新疆伊犁煤等二十余煤种经榆林西部煤炭技术研究中心中试生产线试验,均达到低阶煤水煤浆浓度68%以上,褐煤水煤浆浓度60%63%的要求。为适应我国水煤浆气化技术的发展需要,低阶煤、褐煤干法优化级配制备高浓度水煤浆技术的推广,该中心还开发了干粉生产能力18吨/时、40吨/时、80吨/时和120吨/时系列磨机,已满足了工业化的需求。此外还开发了煤物理脱灰技术和设备,可降低灰分5%以上,并开发了煤制炭黑橡胶、塑胶补强剂系列产品。

中心主任、总工贺峰自筹资金,充分利用精密机械和设备制造的特长,结合我国洁净煤技术开发的需求,通过专家的指导,开发了我国煤化工发展急需的设备和技术,其中所开发的具有自主知识产权的低阶煤微细干粉制备水煤浆技术,对用于煤气化的高浓度水煤浆制备技术是一项重大突破,并为褐煤的利用开辟了广阔的前景。