褐煤气化制浆技术适用性探讨

[摘 要]介绍了褐煤的特性，从煤质性能和成浆性能方面对褐煤进行了分析和讨论；进行了褐煤制浆实验分析，并对分析结果进行了讨论。

[关键词]褐煤 气化 水煤浆

中图分类号：TD965 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0254-02

褐煤储量占全世界煤炭总储量的20%，我国褐煤储量占煤炭总储量的17%。以前人们对褐煤的开发利用不够充分，当前全球能源状况日趋紧张，如何充分、有效、合理地利用褐煤已经成为有待深入研究的世界性课题。

褐煤内孔表面积大，吸水能力强，成浆性差，一般不易制得高浓度的煤浆。褐煤制水煤浆，应主要从如何改善其成浆性能上考虑，成浆性能则主要指水煤浆的浓度、流变特性和稳定性。褐煤制煤浆可以采用的改进措施主要有合理配煤、磨煤与级配技术、添加剂配方及生产技术、对褐煤提质改性等[1]。我们选取神华呼伦贝尔褐煤提质项目提质后的褐煤从煤质性能和成浆性实验两方面进行了褐煤制浆技术适用性的探讨和分析。

1、从煤质性能方面分析

由神华包头煤化工分公司分析检测中心验测定的神华呼伦贝尔褐煤提质公司提质后褐煤的工业分析、元素分析、灰熔点、化学反应活性数据分别见表。

该褐煤的发热量Qb1ad为27.731MJ /kg，。由表1―3中可以看出，体质后的褐煤水分、灰分、挥发分含量高，固定碳含量低，发热量低，热稳定性差，灰熔点低，煤质不稳定。

1.1 水分、固定碳与发热量

褐煤中较高的水分含量对各种煤气化技术的影响程度不同。对于水煤浆气化技术，煤中水分尤其是内水含量越高，成浆性能越差。 在水煤浆浓度相同的条件下，内水含量高的煤浆，表观粘度较大，以致流动性较差；若使其达到较好的流动性，必须降低煤浆浓度。而且煤中水分含量高时，磨煤操作容易溢浆，可供选择的添加剂种类少，添加剂用量大。上述褐煤煤种的固定碳含量和发热量低，不仅单位有效气体的煤耗高。如果不能将制浆浓度提高到55% 以上，则不宜用于水煤浆气化技术。

1.2 灰分与灰熔点

灰分不直接参加气化反应，却要消耗煤在氧化反应中产生的反应热。该褐煤煤种灰分高，因此会增加气化炉的比煤耗、比氧耗，对各种煤气化技术都不利。气化后形成的灰渣都进入渣水处理系统，灰分中SiO2、Al2O3 等硬颗粒会对管道、阀门、设备产生过度冲蚀以致泄漏，CaO、Fe2O3 等碱性成分与渣水中的细灰又容易在管道、换热器的一些部位沉积、结垢，造成堵塞[2-3]。因此，灰分高，使得渣水中的固体含量增加，从而增加了渣水处理系统的负荷，能耗也随之上升。

为保证气化过程具有较高的碳转化率，湿法料浆加压气化采用液态排渣操作工艺，因此要求所用的原料煤种应有适宜的灰熔点。若原料煤种的灰熔点过高，为保证气化炉液态排渣的顺利进行，就必须提高气化炉的操作温度，但由于气化炉操作温度过高，会导致炉内耐火材料蚀损速率加大，使用寿命缩短，同时氧、煤消耗升高，气体成分变差。经分析数据（表3）可看出此褐煤样品的灰熔融点偏低。

1.3 挥发分

高挥发分对不同气化技术的影响不同。对于移动床气化技术，自下而上的高温气流要经过相对低温的干馏段，煤中的焦油、酚、氨、甲烷等挥发分随煤气带出，焦油会堵塞管道和阀门，焦油、酚、氨会使煤气的净化复杂化。对于气流床煤气化技术，由于反应温度高，煤气中基本不存在上述成分，煤中挥发分经高温裂解成为煤气的有效成分。对于流化床气化技术，其本身要求气化反应活性好的煤种，因此高挥发分对流化床气化技术也是有利因素[1]。

1.4 总硫含量

原料煤中存在的硫，在气化过程中生成H2S和少量的有机硫（COS），原料煤中的含硫量主要影响合成气的净化。此提质后褐煤煤样硫含量低，属低硫含量煤种，适于气化。

2、 进行成浆性实验分析

为了提高气化的效率， 水煤浆固体含量的一般在60%（wt）以上。水煤浆属于煤粉悬浮体系，煤粉悬浮体系的特性除与原煤性质有关外，其粒度组成即分布程度也将直接影响水煤浆的物理和工艺特性。纯粹的细粒子并不能制成高浓度的水煤浆，必须将粗细粒子适当搭配，使体系具有足够宽的粒度分布和适宜的分布结构，造成溶液中不同粒子间的相互镶嵌才有利于制备高浓度的水煤浆[4]。

高浓度的水煤浆体系需具有较宽的粒度分布，由于煤粒的亲水性较差， 悬浮的大颗粒因受重力作用极易下沉，细颗粒易于相互凝聚而加速沉淀。同时水煤浆具有表观粘度随速度梯度的增大而逐渐减小的特性，即水煤浆在管道内流速越快其表观粘度越小。当管道内水煤浆流速过慢时，会使水煤浆的表观粘度变大、流动变差、稳定性下降；若管道内水煤浆流速低于临界速度时，水煤浆会出现脱水沉淀现象，严重时将堵塞管道，造成无法通过管道输送。随着管道内水煤浆流速增大到一定程度，水煤浆将达到均相流动，水煤浆的表观粘度变小、流动性变好，易于管道输送，但是必须考虑到，水煤浆中含有大量固体且粒度分布较宽，若管道内水煤浆流速过快，在其相对较高的流速下流动时水煤浆具有很大的磨蚀性，将大大影响管道的使用寿命[5]。

考虑到上述因素，经过大量的实验分析后，神华包头煤化工现用的煤粉粒径最佳比例如表4所示。

褐煤被研磨制成煤粉产生的≤ 200目的煤粉量远远大于烟煤，因此提高≤ 200目煤粉的含量改变表4的配比有利于提高生产率。

针对神华呼伦贝尔洁净煤公司提供的褐煤提质样品进行制浆试样，总结如下：

2.1 提高细粉含量，将≤ 200目细粉含量比重提高到总煤粉含量的80%时（表5），进行制浆试样，经实验分析制得粘度为1071mPa.s的样品时，煤浆的固含量最高为52.1%（表7）。用于气化煤浆固含量应不低于55% 由此可见≤ 200目煤粉含量达到80%制取的煤浆不适于气化，应改变配比降低≤ 200目煤粉含量。

2.2 改变配比降低≤ 200目细粉含量，经实验分析当为≤ 200目细粉含量为45%（表6）时制得浆液粘度为1108mPa.s，固含量最高达到58.8% （表7），此浓度能用于气化。

2.3 样1，样2（表7）静置24小时后未发生硬沉淀，用搅拌器搅拌30秒及成为分散均匀的浆液，由于气化生产过程中，水煤浆一直处在动态搅拌情况下，此煤质可用于制气化用水煤浆。

3、 实验结果与讨论：

3.1 在水煤浆制备过程中煤粉的粒径分布固定后，由于当添加剂加入量太少时，添加剂未能同煤粒完全作用，不能使煤粒充分分散；而当添加剂加入量过多时，添加剂分子之间聚成胶束，使其有效浓度相应降低，故添加剂的加入量存在一个最佳范围。当煤粉粒径分布发生改变，添加剂最佳值范围也会发生改变。

3.2 依据神华包头煤化工烟煤制浆的煤粉粒径配比进行褐煤制浆实验，制得煤浆粘度小，不适于气化，由此可见不同的煤质应选择不同的煤粉粒径配比。

3.3 增加≤200目细煤粉的含量，能提高煤浆的粘度，但是也会导致固含量降低。

3.4 因为煤内含有酸性物质制浆后煤浆成酸性，对设备有很大的腐蚀性，因此要加入适量烧碱将浆液的pH调节到7―8之间。

3.5 加入烧碱后煤浆液会变粘稠，浆液粘度会比加入烧碱前增大。

参考文献

[1] 周夏，刘长辉.褐煤气化技术适用性分析[J].煤炭加工与综合利用， 2008， （3）

[2] 周夏，高淑萍.灰水系统管道阀门损毁原因分析与对策[J].管道技术与设备，2006，（3）：22 - 24.

[3] 王彦海，高淑萍，周夏.气化灰水闪蒸气带灰的原因及措施[J].氮肥与甲醇，2007，2（6）：35 - 38.

[4] 周夏，刘长辉.褐煤气化前的预处理技木[J].煤炭加工与综合利用，2008，（5）：32―36

[5] .德士古气化水煤浆管道设计[J].化工设备与管道 2007年10 月 第4 卷第5 期