改善粒度級(jí)配提高寧東水煤漿的研究*

吉文欣，王麗瓊

（寧夏大學(xué) 能源化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021）

我國(guó)是一個(gè)多煤少油的國(guó)家，煤炭在一次能源的生產(chǎn)和消費(fèi)中占75%左右，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油的需求量也逐年劇增。為此，我國(guó)將“以煤代油”列為一項(xiàng)基本能源政策，并明確將“水煤漿（CWS）技術(shù)開發(fā)”列為國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，實(shí)行以煤代油具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[1-4]。神華煤業(yè)集團(tuán)寧東煤化工基地25萬(wàn)t·a-1煤基甲醇項(xiàng)目，采用德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)[5-7]，球磨機(jī)濕法磨煤制漿，工藝要求煤漿濃度≥60%，表觀粘度≤1500MPa·s，才能利于泵送、加壓氣化，并提高氣化效率；由于氣化爐采用液態(tài)排渣，要求原料煤的灰分含量不能超過(guò)13%，原料煤灰熔點(diǎn)≤1300℃。由于寧東地區(qū)主要煤質(zhì)屬低變質(zhì)年輕煤種，內(nèi)水含量高，揮發(fā)份及灰分含量偏高，屬易磨難成漿煤種，制得的水煤漿濃度偏低（59%以下），限制甲醇產(chǎn)量，同時(shí)過(guò)量的水使煤耗增加，導(dǎo)致氣化裝置長(zhǎng)期處于低水平、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，所以如何提高寧東地區(qū)水煤漿的濃度是當(dāng)務(wù)之急。

高濃度水煤漿分散體系在某種意義上可看作是由各種粒度煤粉構(gòu)成的粒子床，其孔隙度為0.4左右，當(dāng)這些空隙被水完全填充時(shí)，水煤漿濃度可達(dá)65%。不論單煤還是配煤，采用合適的粒度級(jí)配，均可明顯提高成漿濃度。不同顆粒級(jí)配的煤制成的漿體都存在不同的濃度臨界值，超過(guò)這個(gè)臨界值，漿體的粘度急劇增大，流動(dòng)性惡化；相同濃度水煤漿的粘度隨顆粒級(jí)配不同而有較大差異，合理的顆粒級(jí)配可使水煤漿粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)[8]。

結(jié)合甲醇廠主要原料煤——羊場(chǎng)灣煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)地考察寧東甲醇廠實(shí)際生產(chǎn)情況，采用干磨配煤的方法，考察不同級(jí)配條件對(duì)水煤漿的性能影響規(guī)律，制備出濃度在60%以上、粘度≤1500 MPa·s的適合德士古爐氣化工藝的寧東煤制高濃度水煤漿，為工業(yè)生產(chǎn)提供可靠的級(jí)配方案，以保證德士古氣化裝置長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

選取寧東甲醇廠原料煤——羊場(chǎng)灣礦，采用干磨配煤的方法，用100×60型鄂式破碎機(jī)預(yù)破碎，然后在QQ4A/B型輕型球磨機(jī)上磨煤，制得煤粉經(jīng)篩分后進(jìn)行煤粒度級(jí)配。采用干法制漿，稱取已經(jīng)配好的100g煤粉，倒入鋼杯中，用小燒杯準(zhǔn)確量取一定量的添加劑（所有水煤漿均采用木質(zhì)素磺酸鹽類具有較高性價(jià)比的添加劑），加入蒸餾水使其溶解，全部轉(zhuǎn)移到鋼杯中，用攪拌器在1200r·min-1的轉(zhuǎn)速下攪拌5min，制備水煤漿。水煤漿粘度的測(cè)定使用DV-1+PRO型數(shù)字式粘度計(jì)，選用3號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速30r·min-1，測(cè)量時(shí)間30s，測(cè)量溫度25℃。最后稱取準(zhǔn)確質(zhì)量水煤漿，在105℃烘至質(zhì)量不在改變，稱重，確定水煤漿質(zhì)量百分比濃度。

2 結(jié)果與討論

現(xiàn)在寧東甲醇廠使用的原料煤來(lái)自羊場(chǎng)灣礦，該煤灰份（Aad）8.23（wt）%，內(nèi)水（wad）8.30（wt）%，揮發(fā)份（Vad）27.94（wt）%，固定碳（FCad）55.04（wt）%，發(fā)熱量（Qb.ad）24.85kJ·g-1，可磨指數(shù)（HGI）72，灰熔點(diǎn)（DT=1210℃，ST=1220℃，F(xiàn)T=1230℃），反應(yīng)活性（800℃時(shí)16.8%，900℃時(shí)45.1%，1000℃時(shí)70.1%，1100℃時(shí)95.2%），綜合比較來(lái)看，羊場(chǎng)灣礦煤灰份、內(nèi)水含量不大，易磨，具有較高的氣化反應(yīng)活性，適合于制備較高濃度德士古氣化爐用原料水煤漿。

2.1 不同粒徑煤的漿體粘度和穩(wěn)定性

選用3種粒度組成不同的細(xì)煤粉制漿，粒度分別是35目以下、80目以下和200目以下，煤漿的濃度控制在61.0%，測(cè)定不同粒徑煤的漿體粘度和穩(wěn)定性，見表1。

表1 不同粒徑煤的漿體粘度和穩(wěn)定性Tab.1 Viscosity and stability of CWS of different sizes

由表1可見，當(dāng)煤漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，煤粒度對(duì)水煤漿的粘度有巨大的影響，制漿所用煤的粒徑越小，漿體的粘度越高，穩(wěn)定性也越好。但是全部采用200目以下煤粉制成的煤漿其粘度過(guò)大（2557.7 MP·s），超過(guò)了工藝要求上限，表明需要向漿體中加入粗粒子，以降低漿體的粘度，同時(shí)使煤粉具有緊密的堆積，進(jìn)一步提高濃度，并使?jié){體保持一定的穩(wěn)定性。

2.2 細(xì)顆粒對(duì)水煤漿性能的影響

表2 細(xì)粒子含量對(duì)的水煤漿粘度的影響Tab.2 Effect of percentage of small size to viscosity of CWS

對(duì)于寧東甲醇廠的德士古水煤漿加壓氣化工藝，原料水煤漿都是邊生產(chǎn)邊使用，基本上不存在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)膯栴}，所以對(duì)于該工藝，穩(wěn)定性并不是最主要的技術(shù)參數(shù)，最重要的技術(shù)參數(shù)是煤漿的濃度和粘度，要求水煤漿濃度不低于60%，粘度低于1500MPa·s，由于原料水煤漿中的細(xì)顆粒含量對(duì)氣化效率有很大影響，一般要求200目以下細(xì)顆粒含量要在40%以上，才利于氣化，所以有必要考察200目以下的細(xì)粒子對(duì)水煤漿的影響（表2），控制煤漿濃度在61.0%，煤漿中其他粒度（80～200目，60～80目，35～60目）按 1∶1∶1的比例進(jìn)行級(jí)配，改變200目以下細(xì)粒子的含量，發(fā)現(xiàn)200目以下細(xì)粒子對(duì)水煤漿的性能影響很大，隨其含量上升水煤漿的粘度上升很快。而當(dāng)細(xì)粒子含量在50%和40%時(shí)，煤漿粘度都比較小，綜合考慮粘度及氣化效率要求，水煤漿中200目以下粒子占50%的是最合適的。

2.3 多級(jí)級(jí)配

根據(jù)以上研究結(jié)果，我們用羊場(chǎng)灣礦煤制備了高濃度的水煤漿，保持濃度在65%，添加劑摻量在1%，將200目以下細(xì)粒子的含量固定在50%，改變其它粒度（80～200 目，60～80目，35～60目）含量時(shí)，水煤漿的性能變化規(guī)律見表3。

表3 多級(jí)級(jí)配水煤漿的粘度Tab.3 Viscosity of CWS of different sizes

由表3可見，在高濃度下，多級(jí)級(jí)配中有5種級(jí)配方案都達(dá)到了粘度＜1500MPa·s的德士古氣化爐粘度要求，其中當(dāng) W200目以下∶W80～200目∶W60～80目∶W35～60目=5∶2∶1∶2 時(shí)，水煤漿的粘度最低，可以減少泵送、霧化能耗，提高氣化效率，是最佳級(jí)配方案。

3 結(jié)論

對(duì)于寧東甲醇廠德士古水煤漿加壓氣化工藝，采用羊場(chǎng)灣礦煤制備的水煤漿，濃度相同時(shí)，煤的粒度越小漿體的粘度越高，穩(wěn)定性越好。采用不同煤粒度級(jí)配的水煤漿其性能差異較大，合理的顆粒級(jí)配可使水煤漿粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，最佳級(jí)配為 W200目以下∶W80～200目∶W60～80目∶W35～60目=5∶2∶1∶2，此時(shí)，粘度為 756.7 MP·s，濃度為65%，完全滿足德士古爐對(duì)水煤漿的要求。

［1］趙國(guó)華，段鈺鋒，徐峰.高濃度水煤漿流變特性和穩(wěn)定性試驗(yàn)研究［J］.熱能動(dòng)力工程，2008，23（2）：201-205.

［2］周明松，邱學(xué)青，王衛(wèi)星.水煤漿分散劑研究進(jìn)展［J］.煤炭轉(zhuǎn)化,2004，27（3）：12-16.

［3］孫成功，吳家珊，李保慶.低溫?zé)岣馁|(zhì)煤表面性質(zhì)變化及其對(duì)漿體流變特性的影響［J］.燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，1996，24（2）：175-180.

［4］李寒旭，紀(jì)明俊，李軍.混合煤對(duì)水煤漿性能的影響［J］.選煤技術(shù)，2001，（3）：54-56.

［5］呂運(yùn)江，潘榮.德士古煤氣化工藝運(yùn)行方式總結(jié)［J］.化肥工業(yè)，2008，35（1）：42-45.

［6］謝書勝，鄒佩良.德士古水煤漿氣化、Shell氣化和GSP氣化工藝對(duì)比［J］.當(dāng)代化工，2008，37（6）：666-668.

［7］韓承結(jié).德士古氣化工藝的優(yōu)劣比較［J］.安徽化工，2007，33（1）：45-46.

［8］田青運(yùn)，胡發(fā)亭，樊學(xué)彬.水煤漿的藥劑、粒度級(jí)配的試驗(yàn)與應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33（1）：44-47.