水煤漿氣化工藝影響制漿因素的分析

柳開智

【摘 要】文章介紹了水煤漿氣化工藝的工藝技術(shù)現(xiàn)狀；制備高濃度水煤漿影響因素等。

【關(guān)鍵詞】水煤漿氣化工藝；因素；分析

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)之一，是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料、IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎(chǔ)。在眾多煤氣化技術(shù)中，水煤漿加壓氣化技術(shù)作為一種先進的新型氣化技術(shù)，因煤種適應(yīng)范圍較廣、氣化溫度高、壓力高、易于大型化，成為煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流方向在我國得到了較快的發(fā)展，自20世紀(jì)80年代至今，我國相繼建設(shè)了數(shù)十套水煤漿加壓氣化裝置，其合成氣用于生產(chǎn)合成氨、甲醇、丁醇、二甲醚、烯烴等化工產(chǎn)品。

1.國內(nèi)氣化水煤漿制備工藝技術(shù)現(xiàn)狀

在水煤漿氣化行業(yè)中，工程技術(shù)人員和用戶非常重視氣化工藝和合成工藝等技術(shù)，往往忽視了水煤漿氣化的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)—水煤漿制備。因此，氣化水煤漿的質(zhì)量（濃度、粒度和穩(wěn)定性等）相對較差，給后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來了諸多問題，如氣化效率低、能耗（煤耗、氧耗）偏高、生產(chǎn)成本增加等。目前，氣化水煤漿質(zhì)量及其影響具體如下：

（1）水煤漿的濃度偏低（60%左右），致使單位合成氣所需氧耗偏高。

（2）水煤漿的粒度偏粗，霧化性能較差，氣化后灰中含炭量較高，致使單位合成氣所需煤耗偏高。

（3）水煤漿粒度分布不合理，漿體的流動性較差，致使煤漿管道、泵、閥門等磨損嚴(yán)重。

（4）水煤漿的穩(wěn)定性較差，儲存期相對較短.僅為24h，給生產(chǎn)管理帶來一定難度。

2.制備高濃度水煤漿影響因素

2.1煤質(zhì)特性

煤質(zhì)特性是影響水煤漿制備的首要因素。一般來說，煤種制漿濃度隨其內(nèi)在水分含量的增大而降低，較低的內(nèi)水含量有利于制備較高濃度的煤漿。變質(zhì)程度淺的煤種，其內(nèi)水含量較高、含氧官能團多，制漿濃度較低；變質(zhì)程度深的煤種，其內(nèi)水含量較低、含氧官能團少，制漿濃度較高。煤的內(nèi)在水分含量可反映煤的內(nèi)孔表面和親水性能，其量較低時說明該煤的比表面積小或吸附水的能力差_2J。因此，制漿時煤粒上能吸附的水量少，形成的水化膜也較薄，致使占用的水量較少，所以在水煤漿濃度相同的情況下，固定于煤粒上的水量就相對較少了，從而導(dǎo)致懸浮體的自由流動相增多；也就是說，欲使水煤漿具有同樣的流動性，其濃度必然會增高。

從煤質(zhì)角度考慮，要制備高濃度的水煤漿，選擇內(nèi)水含量和含氧量少的煤種為宜。對于確定的煤種而言，影響成漿性的主要因素為煤粉粒度分布和煤漿添加劑。

2.2粒度級配對不同煤種制漿濃度的影響

在制漿過程中，為了制備高濃度的水煤漿，要求煤粉顆粒各粒徑的含量要有一定的分布，使大顆粒間的空隙為小顆粒所填充，以減少空隙所含水量，從而提高制漿濃度。水煤漿的最佳粒度分布可以用不同的數(shù)學(xué)模型來表述：①從煤粉的粒度分布數(shù)據(jù)來計算煤粒子的填充空隙率，空隙率最低的粒度分布制成的水煤漿濃度最高；②計算粒度分布指數(shù)，目前最常用的粒度分布是Rosin.Rammler函數(shù)的改進形式 R-R-B分布：R=100exp[-（d/d）n，]，R是篩孔d時的網(wǎng)上粒子質(zhì)量，d為粒度特性值，相當(dāng)于R=36.7%時的粒徑，n為粒度分布指數(shù)。一般認(rèn)為n值越小，分布越寬，填充效率就越高。但是，粒度分布指數(shù)并非越小越好，無論是否加人分散劑，n值均在0.7-0.8的范圍內(nèi)煤漿的粘度最低。粒度級配越好，堆積率越高，煤漿濃度越高。

2.3水煤漿添加劑

目前，對水煤漿添加劑的研究要多于對粒度分布的控制，因為水煤漿添加劑的使用更具有實用意義，使用添加劑后，不僅可以提高制漿濃度，而且可以降低煤漿粘度，提高流動性。水煤漿添加劑主要是一些不同性能的表面活性劑，主要有4類：①陰離子型表面活性劑；②陽離子型表面活性劑；③非離子型表面活性劑；④高分子化合物和元機鹽。

2.4制漿工藝

水煤漿制漿工藝主要是為了取得粒度組成的最佳級配，也就是最大堆積效率，便于制備高質(zhì)量的水煤漿。氣化用水煤漿制備主要采用一次濕法制漿工藝。在磨機選定的情況下，制漿工藝影響水煤漿濃度的因素有入磨粒度、生產(chǎn)能力、研磨體級配。在工業(yè)化生產(chǎn)中，由于磨機連續(xù)作業(yè)，欲在達到生產(chǎn)能力條件下取得所需粒度的煤漿，需控制人磨機原料的粒度大?。ㄒ话?lt;10mm），調(diào)整研磨體級配。

低階煤制備高質(zhì)量水煤漿工藝主要創(chuàng)新點在于引入“多破少磨”、“分級研磨”和“優(yōu)化粒度級配”的技術(shù)理念，明顯和有效地提高了制漿工藝對煤種的適應(yīng)性，實現(xiàn)低階煤制取高質(zhì)量水煤漿，大幅度降低氣化能耗（煤耗、氧耗）和生產(chǎn)成本。工藝特點如下：

（1）根據(jù)磨機的入、出料粒度組成特點，采用“分級研磨”，可獲得較高的磨礦效率和降低能耗，在同一磨礦濃度下較常規(guī)制漿電耗可以減少25%以上。

（2）采用高濃度粗磨選擇性磨機，不但進行研磨和防止粗顆粒的產(chǎn)生，尚可起到預(yù)混煤漿、改善粒度分布和提高煤漿質(zhì)量的作用。

（3）填充率高（80%）的超細(xì)磨機用于中濃度的細(xì)粒級制備，然后按照一定比例配入選擇性磨機中，起到了“潤滑作用”、提高了煤漿磨礦效率，而且改善了煤漿堆積效率。

（4）通過“優(yōu)化粒度級配”，明顯提高了工藝對煤種的適應(yīng)性。該工藝不但適用于成漿性較難的煤種，對于容易成漿的煤種效果更加明顯，與常規(guī)高濃度工藝相比可以提高煤漿濃度3～5個百分點。

（5）將反擊式破碎與懸臂式粉磨相結(jié)合研發(fā)的高效破磨機，可將不大于50mm的煤粒破碎至不大于1mm占80%以上，遠遠低于常規(guī)制漿工藝中磨機不大于10mm的入料粒度。

2.5配煤技術(shù)

煤種成漿性能與煤質(zhì)特征密切相關(guān)，變質(zhì)程度較淺的煤種屬較難成漿煤種，較難制備高濃度水煤漿；而變質(zhì)程度較深的煤種屬易成漿煤種，可制備出較高濃度的水煤漿。因此，對于難成漿煤種，改善其成漿性能的途徑，除了從原料煤種粒度級配、制漿工藝及添加劑技術(shù)等方面加以解決外，還可通過配人一定比例的易成漿煤種，達到改善其成漿性能的目的。不僅如此，配煤技術(shù)的實施，還可擴大原料煤種的適用范圍，實現(xiàn)原料多樣化及資源的合理利用。目前國內(nèi)運行的幾套水煤漿加壓氣化制合成氣裝置，受原料煤質(zhì)的限制，為了提高生產(chǎn)能力、降低氣化過程中的能耗、氧耗和煤耗，大都采用配煤技術(shù)來改善原料煤種的成漿性能，提高制漿濃度，實現(xiàn)水煤漿加壓氣化裝置的長周期安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。因此，通過配煤技術(shù)來提高水煤漿制漿濃度，對于氣化裝置經(jīng)濟穩(wěn)定運行以及煤炭資源的合理配置具有很強的實用意義。

2.6添加助熔劑

在相同固含量情況下，水煤漿制備過程中助熔劑的加人，會使煤漿流動性和穩(wěn)定性均有所改善。因此，對于制漿過程而言，助熔劑的加人并沒有負(fù)面影響，對成漿性還有一定的改善作用。

2.7 pH值選擇

水煤漿pH值在8-10時，煤漿表現(xiàn)出良好的成漿性能，在這一范圍內(nèi)，隨著pH值升高，煤漿流動性有所改善。為克服實際應(yīng)用過程中對設(shè)備、管道的酸性腐蝕，工業(yè)化制漿一般要求煤漿pH值>7。

3.結(jié)束語

（1）煤質(zhì)是制備高濃度水煤漿的首要因素。煤種制漿濃度隨其內(nèi)在水分含量的增大而降低，較低的內(nèi)水含量有利于制備較高濃度的煤漿。

（2）大顆粒間的空隙能被小顆粒填充，將有利于制成高濃度水煤漿。但隨著粗粒子含量增加，盡管其煤漿表觀粘度降低，但因其流動性變差，仍然不能制成高濃度的、可供泵送的水煤漿。

（3）適宜的添加劑及加量能降低煤漿的表觀粘度，改善流動性，提高制漿濃度。因此對于制備高濃度水煤漿，需要綜合考慮上述各因素。根據(jù)不同的煤質(zhì)，選擇合適的粒度分布、添加劑、制漿工藝或配煤技術(shù)，才能制備出適合工業(yè)化應(yīng)用的高性能水煤漿。