提高新疆準(zhǔn)東煤水煤漿成漿濃度的實(shí)驗(yàn)研究

趙天運(yùn)　王秋生　張向沛

摘要：新疆龍宇能源準(zhǔn)東煤化工年產(chǎn)40億立方煤制天然氣氣化工藝采用碎煤加壓氣化與水煤漿氣化工藝組合，充分利用煤礦生產(chǎn)的塊煤和粉煤，提高煤炭資源的利用率，但新疆準(zhǔn)東煤田的煤做水煤漿氣化存在成漿性差的問(wèn)題，怎樣提高新疆準(zhǔn)東煤的水煤漿濃度是目前急需解決的問(wèn)題。文章以新疆準(zhǔn)東煤田某露天礦煤為研究對(duì)象，研究了提高水煤漿濃度的辦法。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)東煤；水煤漿；成漿濃度；碎煤加壓；露天煤礦 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ536 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0033-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.017

1 概述

煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源，占能源消費(fèi)總量的70%左右，將來(lái)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)難以改變，隨著水煤漿氣化技術(shù)不斷發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益最大化要求越來(lái)越高，煤的成漿性是水煤漿氣化技術(shù)的核心，完善的制漿工藝對(duì)提高水煤漿的濃度和降低水煤漿的成本起著至關(guān)重要的作用。研究中發(fā)現(xiàn)影響水煤漿成漿濃度的因素較多，包括制漿用煤的煤巖組分、粒度級(jí)配、添加劑等均對(duì)水煤漿成漿濃度產(chǎn)生影響，下面就如何提高準(zhǔn)東煤水煤漿濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)原料及添加劑

采用準(zhǔn)東煤田某露天礦B2層煤，煤質(zhì)牌號(hào)為不粘結(jié)煤，B2煤層厚度為20米左右，煤層按照成因環(huán)境及煤巖組分可分為B2上和B2下，從煤巖顯微組分上看，B2上惰質(zhì)組組分高，鏡質(zhì)組組分低，B2下鏡質(zhì)組組分明顯高于B2上，B2上及B2下煤的工業(yè)分析與元素分析及煤巖組分分別見表1：

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

3.1.1 水煤漿濃度測(cè)定方法。水煤漿濃度測(cè)定方法參照GB/T 18856.2-2002進(jìn)行，即稱取一定量的水煤槳試樣，在105℃～110℃下干燥至恒定，干燥后的試樣質(zhì)量占原樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為水煤漿濃度。

3.1.2 水煤槳粘度測(cè)定方法。水煤槳粘度測(cè)定方法參照GB/T 18856.4-2002進(jìn)行，用NXS-4C型水煤漿粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

3.1.3 水煤漿穩(wěn)定性測(cè)定方法。水煤漿穩(wěn)定性測(cè)定方法參照GB/T 18856.5-2002采用插棒法進(jìn)行測(cè)定。

3.2 常規(guī)制漿工藝成漿性實(shí)驗(yàn)

在試驗(yàn)室內(nèi)，模擬單磨機(jī)制漿工藝生產(chǎn)條件，選擇木質(zhì)素改性添加劑，添加量分別在0.3%、0.5%（干基/干粉）比例時(shí)，對(duì)準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤煤樣進(jìn)行成漿性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2：

3.2.1 由常規(guī)制漿工藝條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：常規(guī)制漿工藝條件下，在添加劑量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時(shí)，準(zhǔn)東B2上煤樣的成漿濃度為55.2%、56.1%，準(zhǔn)東B2下煤樣的成漿濃度為56.3%、57.5%；同時(shí)隨著添加劑量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣的濃度分別提高0.9和1.2個(gè)百

分點(diǎn)。

3.2.2 煤樣的成漿濃度偏低會(huì)降低后續(xù)氣化系統(tǒng)的氣化效率，增加生產(chǎn)成本，同時(shí)考慮煤漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響等因素。

3.3 分級(jí)研磨工藝成漿性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心的分級(jí)研磨制漿工藝，通過(guò)優(yōu)化煤漿的粒度級(jí)配，提高煤漿的堆積效率，進(jìn)而提高煤漿濃度、流變性和穩(wěn)定性等。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣進(jìn)行了系列的粒度級(jí)配和可磨性試驗(yàn)研究，獲得它們最佳粒度級(jí)配和比例（粗粉∶細(xì)粉=80%∶20%時(shí)，粒度級(jí)配最佳，漿體性能最好。但考慮到應(yīng)用于工業(yè)的實(shí)際情況和生產(chǎn)成本，我們最終選擇的粒度級(jí)配為粗粉∶細(xì)粉=85%∶15%）。

添加劑選擇常規(guī)工藝中所用的木質(zhì)素改性添加劑，分別在添加量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時(shí)，對(duì)分級(jí)研磨制漿工藝的最高成漿濃度進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

由分級(jí)研磨制漿工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：采用分級(jí)研磨制漿工藝條件下，在添加劑量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時(shí)，準(zhǔn)東B2上煤樣的成漿濃度為58.6%、59.4%，B2下煤樣的成漿濃度為59.9%、60.8%；同時(shí)隨著添加劑量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣的濃度分別提高0.8%和0.9%。

在試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，采用分級(jí)研磨工藝后煤漿粒度分布顯著改善，煤漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性大幅度提高，完全能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的儲(chǔ)存和輸送要求。

準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣在同一添加劑比例情況下，采用分級(jí)研磨工藝比常規(guī)單磨機(jī)工藝的濃度分別提高3個(gè)百分點(diǎn)以上，同時(shí)煤漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性大幅度

提高。

3.4 準(zhǔn)東制漿用煤最佳粒度級(jí)配確定

將制備好的準(zhǔn)東煤粗、細(xì)粉分別按照90∶10、85∶15、80∶20的比例混合制漿，并對(duì)制得的煤漿進(jìn)行濃度、粘度、穩(wěn)定性、流變特性等性能測(cè)試；準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤的設(shè)計(jì)濃度分別為58%、59%，添加劑的添加量為0.3%（干基/干粉），最佳粒度級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果及性能檢測(cè)見表4。

從表4可以看出：準(zhǔn)東B2上和B2下煤樣制漿效果存在明顯差別，準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤在煤槳濃度分別為58%、59%，添加劑量同為0.3%（干基/干粉）條件下，煤漿的表觀粘度隨著細(xì)粉添加比例的增大而增大，流動(dòng)性逐漸變好；當(dāng)細(xì)粉添加量為15%時(shí)，煤漿的性能及氣化粒度都完全符合氣化用漿的要求；當(dāng)細(xì)粉添加量為20%時(shí)，粒度級(jí)配最佳，漿體性能最好。但考慮到應(yīng)用于工業(yè)的實(shí)際情況和生產(chǎn)成本，最終選擇準(zhǔn)東B2上煤B2下煤的煤樣分級(jí)研磨制漿工藝的最佳粒度級(jí)配為粗∶細(xì)=85∶15。

3.5 實(shí)驗(yàn)用煤添加劑選擇

3.5.1 實(shí)驗(yàn)依據(jù)。煤是疏水性的，添加劑的主要作用是改善煤表面親水性，降低煤水表面張力，使煤粒充分潤(rùn)濕和均勻分散在少量水中，改善水煤漿流動(dòng)性，降低水煤漿粘度，同時(shí)使煤粒在水中保持長(zhǎng)期均勻分散。由于不同煤的煤質(zhì)特性、表面結(jié)構(gòu)等的差異，使之對(duì)添加劑有一定的選擇性。因此，需通過(guò)不同添加劑的比較來(lái)確定適宜的添加劑。

3.5.2 實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)選用四種不同種類的添加劑進(jìn)行比較，均為國(guó)內(nèi)較好的添加劑系列（木質(zhì)素、萘系、木質(zhì)素改性、脂肪族）。實(shí)驗(yàn)條件為：粗細(xì)煤級(jí)配為：粗∶細(xì)=85∶15，準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣的設(shè)計(jì)濃度分別為58%、59%，添加劑添加量為0.3%（干基/干粉），采用四種添加劑進(jìn)行成漿性實(shí)驗(yàn)。觀察比較水煤漿的粘度、流動(dòng)性和穩(wěn)定性等指標(biāo)，結(jié)果見表5。

由表5和圖1可以看出：準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤樣的設(shè)計(jì)濃度分別為58%、59%，添加劑添加量為0.3%（干基/干粉）條件下，四種添加劑從表觀粘度、流動(dòng)性、穩(wěn)定性等指標(biāo)看，性能由好到差的排序：木質(zhì)素改性>脂肪族>萘系>木質(zhì)素。其中木質(zhì)素改性添加劑分散性能最好、粘度最低，綜合考慮選擇木質(zhì)素改性添加劑作為準(zhǔn)東B2上煤和B2下煤的添加劑。

以上實(shí)驗(yàn)在2014年下半年，由新疆龍宇能源準(zhǔn)東煤化工有限責(zé)任公司委托國(guó)家水煤漿工程中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

第一，從準(zhǔn)東B2上和B2下煤實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：在制漿用煤變質(zhì)程度相同、最佳粒度級(jí)配相同、使用同一種等量添加劑條件下，煤的成漿性隨著煤巖中鏡質(zhì)組含量的升高而增加的趨勢(shì)，在煤巖惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組比例合適的情況下，才能制出低粘度、高濃度的水煤漿，由此可見，煤巖組分對(duì)成漿性起著重要影響作用。

第二，從準(zhǔn)東B2上和B2下煤實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出：準(zhǔn)東B2上和B2下煤在粒度級(jí)配為粗∶細(xì)=85∶15時(shí)，制成的煤槳濃度、煤漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性最好，由此可見粒度級(jí)配對(duì)水煤漿的成漿性起著重要作用。

第三，從準(zhǔn)東B2上和B2下煤實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出：準(zhǔn)東B2上和B2下煤制漿過(guò)程中添加木質(zhì)素改性添加劑，制成的煤槳濃度較高、粘度最低，因此不同的添加劑對(duì)水煤漿的成漿性起著重要影響作用。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）