孫 南 翔

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013;2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

水煤漿是1種新型的煤基液體燃料，與燃煤相比，具有低污染、易泵送、燃燒效率高等優(yōu)點，其為當(dāng)今潔凈煤技術(shù)的重要組成部分之一。早期的水煤漿廠多利用成漿性較好的氣煤等煤種制漿，一方面易造成煤炭資源的不合理利用，同時也加大了制漿的生產(chǎn)成本。近年來隨著水煤漿加壓氣化技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用，褐煤作為儲量較大、價格低廉的煤炭資源，利用其制備氣化水煤漿并應(yīng)用于煤化工領(lǐng)域已成為技術(shù)研發(fā)熱點[1-3]。

褐煤由于煤化程度較低，具有水分高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、含氧量高、可磨性差等特點，制漿難度較大，目前國內(nèi)外針對褐煤制漿的研究主要集中在3個方面:①優(yōu)化粒度級配，提高成漿濃度;②研發(fā)適用于褐煤的新型分散劑，改善漿體流變性;③對褐煤進行熱處理改質(zhì)，提高成漿濃度[4-12]。以下研究主要針對印度尼西亞褐煤，通過分級研磨、多峰級配方法改善粒度分布，優(yōu)選分散劑改善漿體流變性，以期提高印度尼西亞水煤漿的成漿濃度及性能。

1 試 驗

1.1 試驗樣品及試劑

試驗煤樣為印度尼西亞褐煤，煤樣的工業(yè)分析與元素分析見表1。分散劑選用萘系、脂肪族、木質(zhì)素和腐殖酸4種。

表1 煤樣的工業(yè)分析與元素分析

1.2 試驗和測試方法

煤樣經(jīng)空氣干燥后，利用顎式破碎機和制樣機破碎至3 mm以下。選取部分煤樣，利用棒磨機按一定時間進行粗磨，制備出符合粒度要求的粗樣;選取部分煤樣，利用球磨機進行細(xì)磨3 h，制備出細(xì)樣;用時選取少量的球磨細(xì)樣，利用行星式球磨機研磨3 h，制備出超細(xì)樣。制漿實驗采用實驗室干法制漿，先預(yù)設(shè)制漿濃度，計算出煤樣、水和添加劑的質(zhì)量，將三者混合后用JJ-1型電動攪拌器攪拌10 min，制備出水煤漿樣品。再分別采用Brookfield DV2T黏度計和Sartorius MA37快速水分測定儀測試其表觀黏度和濃度，保存24 h后進行穩(wěn)定性測試。水煤漿的濃度測定按GB/T 18856.2—2008進行，表觀黏度測定按GB/T 18856.4—2008進行，流動性評價方法采用觀察法，穩(wěn)定性評價方法采用插棒法。

2 結(jié)果與討論

2.1 單峰級配成漿試驗

使用粗粉進行成漿性試驗，加入0.3%(干基分散劑質(zhì)量占干基煤質(zhì)量百分比，下同)的萘系添加劑，并對漿體的濃度、黏度、流動性和穩(wěn)定性進行測定，具體結(jié)果見表2。

結(jié)果顯示，隨著制漿濃度的提高，表觀黏度逐漸變大，流動性由好變差，穩(wěn)定性(24 h)觀察僅有部分樣品存在少量的析水或少許軟沉淀產(chǎn)生。綜合實際漿體的流動性，單峰級配制漿濃度最高為42.88%。

表2 單峰級配成漿試驗結(jié)果

2.2 分散劑優(yōu)選

添加劑的主要作用為改善煤表面親水性、降低煤水表面張力并使煤粒充分潤濕及均勻分散在少量水中。不同煤的煤質(zhì)特性、表面結(jié)構(gòu)等差異可使其對添加劑有一定的選擇性，因此需通過不同添加劑的比較來確定適宜的添加劑。使用制備的粗樣單獨制漿，分別加入萘系、脂肪族、由木質(zhì)素和腐殖酸4種分散劑，制漿濃度經(jīng)前期試驗初探設(shè)定為43%，藥劑添加量設(shè)定為0.3%。觀察比較水煤漿的黏度、流動性和穩(wěn)定性等指標(biāo)，結(jié)果見表3。

表3 不同分散劑條件下成漿試驗結(jié)果

從表3數(shù)據(jù)可看出，在相同濃度下，采用4種添加劑制得的漿體穩(wěn)定性較好，主要是受印度尼西亞煤化程度低的作用，成漿濃度較低，水煤漿體系因自由水含量少而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由木質(zhì)素和腐殖酸添加劑制備的水煤漿，其表觀黏度較高、流動性較差，與印度尼西亞褐煤的匹配性較差。萘系與脂肪族分散劑相比，后者制得的漿體表觀黏度更低且流動性得到明顯改善，因此脂肪族分散劑與印度尼西亞褐煤匹配性最佳。

2.3 級配優(yōu)化

合理的粒度級配是制備優(yōu)質(zhì)水煤漿的關(guān)鍵，基于“隔層堆積”理論和間斷級配方法，首先選用雙峰級配技術(shù)探索粗細(xì)粉最佳配比，再在此基礎(chǔ)上加入超細(xì)粉進行三峰級配以實現(xiàn)不同粒級充分混合，達(dá)到較高的堆積密度。采用雙峰級配，脂肪族分散劑添加量為0.3%，粗細(xì)樣比例分別為90∶10、85∶15和80∶20條件下的漿體性能數(shù)據(jù)見表4。

從表4數(shù)據(jù)可看出，隨著細(xì)粉配比的增加，表觀黏度先減小后增大。綜合比較3種級配下漿體的流動性、表觀黏度和粒度分布，發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)粉配入量為15%時，水煤漿的流動性和穩(wěn)定性最優(yōu)，且表觀黏度最小，故確定粗樣與細(xì)樣之比85∶15的粒度級配為最佳。

在此基礎(chǔ)上，加入制得的超細(xì)煤樣以填充顆粒間的小空隙。采用三峰級配，脂肪族分散劑添加量為0.3%，粗、細(xì)、超細(xì)樣比例分別為85∶15∶5、85∶15∶10和85∶15∶15條件下的漿體性能數(shù)據(jù)見表5。

表4 雙峰級配成漿試驗結(jié)果

表5 三峰級配成漿試驗結(jié)果

從表5數(shù)據(jù)可看出，隨著超細(xì)粉配比量的增加，表觀黏度先減小后增大，漿體流動性由好變差。當(dāng)粗、細(xì)、超細(xì)比例為85∶15∶10時，水煤漿的流動性和穩(wěn)定性最優(yōu)，且表觀黏度最小，此配比為最優(yōu)三峰級配。

2.4 最高成漿濃度試驗

通過對粒度級配的確定，脂肪族添加劑用量分別為0.3%、0.4%、0.5%，進行最高成漿濃度試驗，結(jié)果見表6。由表6可知，當(dāng)水煤漿濃度增至46.32%時，其表觀黏度已達(dá)1 200 mPa·s 以上，繼續(xù)增加水煤漿濃度或加大藥劑量，表觀黏度未能明顯降低，同時漿體流動特性變差，故最高成漿濃度為46.32%。

表6 最高成漿濃度試驗結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)印度尼西亞褐煤屬于很難成漿煤種，粗煤粉單獨制漿的最大成漿濃度為42.88%。

(2)優(yōu)選脂肪族添加劑，并將粗、細(xì)、超細(xì)煤粉按照85∶15∶10的比例進行三峰級配后，制備的水煤漿表觀黏度、流動性和穩(wěn)定性均達(dá)到最佳值，最高成漿濃度提升至46.32%。