本发明涉及一种利用褐煤制备高浓度水煤浆的方法。水热脱水工艺是一种特别有发展前途的技术，耗能低，脱水较彻底，处理后的褐煤热值高，性质较稳定，可以生成高浓度高稳定性的水煤浆。高压浆体颗粒粉碎装置是利用浆体的高压势能作为动力源，利用靶撞击流、射流对撞、流体动力发声或其作用方式对浆体内的固体颗粒进行粉碎的一类装置。本发明公开的新方法是在水热脱水工艺的基础上，在水煤浆经过高温高压处理以后，不经减压，直接进入高压浆体颗粒粉碎装置，对浆体颗粒进行粉碎处理，进一步破坏褐煤颗粒的毛细管结构，在不增加能耗的前提下进一步提高了水煤浆的浓度和稳定性。
1.一种利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是包括如下步骤：A.将褐煤用干式或湿式粉碎方式初步粉碎，加适量水充分搅拌混匀，制成适合用泥浆泵输送的粗水煤浆；
B.在常温下将粗水煤浆用泥浆泵加压至水蒸汽分压在下一步加热温度的饱和蒸汽压力以上；
C.将粗水煤浆加热至150-350℃并保持适当时间；
D.用加热处理后的水煤浆与待加热的水煤浆进行热交换，使其温度降至100℃以下；
E.水煤浆进入高压浆体颗粒粉碎装置进行颗粒粉碎并减压至常压；
F.在控制适当粘度的前提下将水煤浆脱水至目标浓度；
所述的高压浆体颗粒粉碎装置为利用浆体的高压势能作为动力源，利用靶撞击流、射流对撞、流体动力发声或其作用方式对浆体内的固体颗粒进行粉碎的一类装置。
2.如权利要求1所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是所述的高压浆体颗粒粉碎装置为声能发生器。
3.如权利要求1所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是步骤C)的加热温度为300-320℃，步骤B)所述的加压压力为15-20MPa，步骤F)所述的水煤浆目标浓度为干基重量浓度65％以上。
4.如权利要求1所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是在步骤D和E之间增加一个高压气液分离步骤。
5.如权利要求1所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是用步骤F所脱出的部分水分与低水分的高阶煤制成适当浓度和粒度的水煤浆并与步骤F制成的水煤浆均匀混合。
6.如权利要求1所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是包括如下步骤：
1)将褐煤用湿煤粉碎机粉碎至粒度在1mm以下，加重量比30-35％水和适量的分散剂用混浆机充分搅拌混匀，制成可以用泥浆泵输送的粗水煤浆；
2)在常温下用泥浆泵将粗水煤浆加压至15-20MPa；
3)将加压后的粗水煤浆加热至300-320℃并保持30分钟，得到加热处理后的水煤浆；
4)用加热处理后的水煤浆与待加热的水煤浆进行热交换，使其温度降至100℃以下；
6)在控制在常温下粘度不超过1.2Pa·s的前提下用水力旋流器或螺式离心机将水煤浆脱水至重量浓度65％以上，根据需要添加适量稳定剂混匀，输出成品水煤浆；
7)将脱出的水部分返回至步骤1)，多余部分净化处理后外排。
7.如权利要求6所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是在步骤5)和6)之间增加如下步骤：用振动筛对水煤浆颗粒分级，超过粒度上限的颗粒返回步骤1)。
8.如权利要求7所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是在步骤4)和5)之间增加如下步骤：
9.如权利要求6-8任意之一所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是将步骤7更换为如下步骤：
7b)将剩余的水分与另行制备粒度在1mm以下的低挥发分高阶煤粉及适量分散剂混合制成重量浓度65％以上粗水煤浆；
7d)将加压后的粗水煤浆进入声能发生器进行粉碎并减压至常压，得到水煤浆；
7e)将该水煤浆与步骤6)制成的水煤浆混合均匀，输出成品水煤浆。
10.如权利要求9所述的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法，其特征是在步骤7d和7e之间增加如下步骤：对水煤浆颗粒分级，超过粒度上限的颗粒返回步骤7b)。
一种用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法。
背景技术
[0002] 在世界范围内，褐煤的储量占有煤储量相当大的比例，其中有的可以露天开采，有的靠近港口码头或靠近能源大规模消耗地，有的甚至是该地区唯一可利用的大宗能源，因此褐煤是一种重要资源。但褐煤水分高，发热量低，直接利用效率低，不利于长途运输，要大规模开发利用必须对其加工提质。
[0003] 褐煤在本专利申请中泛指低阶煤，为叙述方便以褐煤作为代表。
[0004] 在现有的褐煤脱水提质工艺中，水热脱水工艺(HYDROTHERMAL DEWATERING PROCESS)是一种特别有发展前途的技术，其优点是避免了气化脱水所需要消耗的汽化热，因而耗能较低，而且该过程可以发生脱羧基反应，以二氧化碳的形式脱除褐煤中的氧元素，脱水比较彻底，改制后的褐煤热值高，性质较稳定，可以生成高浓度高稳定性的水煤浆。
[0005] 高压热水脱水技术的具体工艺可参见美国专利US 3992784公开的褐煤热脱水工艺(THERMAL DEWATERING OF BROWN COAL)。澳大利亚专利申请PCT/AU02/00714(HIGH PRESSURE EXTRACTION)公开了一种完善并应用这种褐煤热脱水工艺的工艺流程和具体装置。该工艺和装置在技术上仍存在不完善或欠理想之处，即该工艺过程虽然以脱羧基的形式降低了褐煤的亲水性，并以缩小褐煤毛细孔的形式降低了毛 细管的对水的吸附作用，但经过处理的褐煤仍然存在相当的毛细管结构，因此仍具有吸附毛细水的能力，这在一定程度上会限制水煤浆的成浆浓度。日本专利PCT/JP04110207公开了一种高含水煤的脱水方法(METHOD FOR DEWATERING WATER-CONTAINING COAL)，该发明公开的技术方案的技术要点是在高温高压状态下对褐煤施加剪切力，以达到破坏褐煤颗粒内的毛细管结构的目的。该技术方案使得褐煤水热脱水技术达到了较为完善的水平，但在高温高压状态下对褐煤施加剪切力对处理设备具有极高的要求，高压高温设备的制造难度和制造成本可能会成为该工艺的商业化的极大障碍。另外，剪切装置会消耗大量的作为优质能源的电力，也会使得以节能和降低碳排放为目的褐煤水热脱水技术所具有的优越性有所降低。
发明内容
[0006] 本发明公开的利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法是在上述技术方案的基础上，在水煤浆经过高温高压处理以后，不经减压，直接进入高压浆体颗粒粉碎装置，对浆体颗粒进行粉碎处理，进一步破坏褐煤颗粒的毛细管结构。
[0007] 其具体步骤包括：
[0008] A.将褐煤用干式或湿式粉碎方式初步粉碎，加适量水充分搅拌混匀，制成适合用泥浆泵输送的粗水煤浆；
[0009] B.在常温下将粗水煤浆用泥浆泵加压至水蒸汽分压在下一步加热温度的饱和蒸汽压力以上；
[0010] C.将粗水煤浆加热至150-350℃并保持适当时间；
[0011] D.用加热处理后的水煤浆与待加热的水煤浆进行热交换，使其温 度降至100℃以下；
[0012] E.水煤浆进入高压浆体颗粒粉碎装置进行颗粒粉碎并减压至常压；
[0013] F.在控制适当浆体粘度的前提下将水煤浆脱水至目标浓度。
[0014] 步骤B所述的常温是指粗水煤浆配置完成后的自然温度，具体可能是100℃以下的任何温度，而不是通常所指的20℃左右的温度或正常室内温度。
[0015] 所述的高压浆体颗粒粉碎装置为利用浆体的高压势能作为动力源，利用靶撞击流、射流对撞、流体动力发声或其作用方式对浆体内的固体颗粒进行粉碎的一类装置。如中国专利03150397.7公开的“流体声能水煤浆制备系统”中的“超微细声能水煤浆粉碎装置”，美国专利US4261521公开的射流对撞粉碎装置，2005年6月出版的《煤炭学报》第30卷第3期马安昌等的文章《前混合水射流超细粉碎煤粒的试验研究》所披露的“前混合水射流超细粉碎试验装置”中的角形喷嘴和靶体部分。
[0016] 这类装置的工作原理是利用浆体的高压势能作为动力源，在高压势能的作用下使浆体加速并撞击靶体，或两股浆体流相互撞击，或利用流动的浆体产生声波或超声波，通过以上过程中的撞击、剪切、空化作用对浆体内的固体颗粒进行粉碎。高压浆体颗粒粉碎技术是固体颗粒超微细粉碎技术中具有节能、细度指标高、易于规模化生产的一类新型粉碎技术。
[0017] 高压水热脱水褐煤处理过程中的高压主要是用于阻止水煤浆内水分的气化，以降低能耗，处理过程完成以后水煤浆仍然处于高压状 态，这种高压状态在该流程中还需要经过减压阀减压。浆体物料的减压对减压阀而言是一种挑战，因为浆体中的固体颗粒很容易造成减压阀的磨损或阻塞。而这种高压状态正是高压浆体粉碎装置所必需的。在普通的浆体颗粒粉碎过程中这种压力是通过高压浆泵产生的，高压浆泵的耗能占据了整个粉碎过程耗能的绝大部分。高压水热脱水和高压浆体颗粒粉碎过程的结合是一个高效节能的技术组合，高压浆体粉碎装置在流程中完美替代了的减压阀的作用。
[0018] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
[0019] 图1.高压水热脱水和高压浆体粉碎过程的结合制备高浓度水煤浆的流程图。
[0020] 图2.在图1所示的流程中增加了高压气液分离，用于分离褐煤解吸附放出的甲烷和脱羧基产生的二氧化碳。
[0021] 图3.在图2所示的流程中高压气液分离后又增加了低温气液分离，用于分离甲烷和二氧化碳。
[0022] 具体实施
[0023] 实施例1
[0024] 根据现有的资料，要将总水分30-50％，分析水20-30的褐煤经水热脱水制成干基重量浓度在65％以上的水煤浆，需要将水煤浆加热至300-320℃，考虑到加热过程中可能有煤干基重量5％的CO2放出，需要将压力增加至15-20MPa方能可靠地控制水分的蒸发，该压力下可以射流粉碎或声能粉碎可以实现较为理想的效果。
[0025] 该制备工艺的具体流程是：
[0026] 1.将褐煤用湿煤粉碎机粉碎至粒度1mm以下，加重量比30-35％的水和适量的分散剂用混浆机(1)充分搅拌混匀，制成可以用泥浆泵输送的粗水煤浆；
[0027] 2.再常温下用高压泥浆泵(2)将粗水煤浆加压至15-20MPa；
[0028] 3.用水煤浆加热器(3)将水煤浆加热至300-320℃并在反应器(4)中保持温度30分钟；
[0029] 4.用加热处理后的水煤浆与待加热的水煤浆在热交换器(5)进行热交换，使其温度降至100℃以下；
[0030] 5.水煤浆进入声能发生器(6)进行粉碎并减压至常压；
[0031] 6.用振动筛(7)对水煤浆颗粒分级，超过粒度上限的颗粒返回步骤1中的混浆机(1)；
[0032] 7.在控制在常温下粘度不超过1.2Pa·s的前提下用水力旋流器或螺式离心机(8)将水煤浆脱水至重量浓度65％以上，根据需要添加适量稳定剂混匀，输出成品水煤浆。
[0033] 8.将脱出的水部分返回至步骤1，多余部分净化处理后外排。
[0034] 步骤6根据实际粉碎效果及水煤浆用户对粒度的要求可以省略。比如客户要求粒度上限为0.5mm，实际粉碎效果为0.5mm以下的颗粒达100％，则步骤6可以省略。
[0035] 所述的高压泥浆泵的具体类型通常使用高压隔膜泵，其特点是泵压调节范围大，耐磨损，压力稳定。
[0036] 实施例2
[0037] 在实施例1的基础上，可以在步骤4和5之间增加如下步骤：
[0038] 4a 用高压气液分离罐(9)进行高压气液(浆)分离；
[0039] 4b 用冷却器(10)将气体冷却至31.06℃以下；
[0040] 4c 用高压气液分离罐(9′)再次气液分离；
[0041] 4d 液体部分为二氧化碳成品，直接装入液体二氧化碳罐(12)；
[0042] 4e 气体部分为甲烷等可燃性气体，可能含有少量H2S，经除硫净化后得商品可燃气体，用空压机(11)压缩装入高压燃气罐(13)。
[0043] 该实施例可以将脱水过程中产生的二氧化碳等气体分离出去，以免断续的气流影响声能发生器的稳定工作状态，还可以得到商品的液态二氧化碳和可燃性气体。
[0044] 实施例3
[0045] 在实施例1或实施例2的基础上，可以将步骤8更换为如下步骤：
[0046] 8a 将脱出的水分部分返回至步骤1；
[0047] 8b 将剩余的水分与另行制备的粒度为1mm以下的低挥发分高阶煤粉及适量分散剂用混浆机(1′)混合制成重量浓度65％以上的粗水煤浆；
[0048] 8c 粗水煤浆用泥浆泵(2′)加压至15-20MPa；
[0049] 8d 水煤浆进入声能发生器(6′)进行粉碎并减压至常压；
[0050] 8e 对水煤浆颗粒分级，超过粒度上限的颗粒返回步骤8b；
[0051] 8f 将该水煤浆与步骤7制成的脱水褐煤水煤浆用混浆机(1″)混合均匀，输出成品水煤浆。
[0052] 步骤8e 根据粉碎效果及水煤浆用户对水煤浆粒度的要求可以省略。
[0053] 该实施例可以妥善利用脱水过程中产生多余水分，当褐煤的总水分超过重量比35％时脱水时就可能产生超出自身循环所需的多余水分，这种脱出水中含有有机酚类等有机污染成分，净化成本非常高，其处理环节是水热脱水技术在国外难以工业化推广的技术瓶颈之一，但作为高阶煤的制浆用水却优于工业原水，因为其中的有机污染物中所含的热值对水煤浆有益无害。另外，脱水后的褐煤水煤浆中的挥发分仍高于标准水煤浆必需的比例，与不适合做水煤浆的低挥发分高阶煤互相取长补短。当然，用其他低水分的高阶煤替代低挥发分高阶煤从技术上也是可行的。再者，褐煤内含有腐殖酸经处理后可以成为水煤浆的分散剂成分，可以减少用高阶煤制备水煤浆的添加剂用量，从而达到降低成本的目的。
