提高新疆准东煤水煤浆成浆浓度的实验研究

赵天运　王秋生　张向沛

摘要：新疆龙宇能源准东煤化工年产40亿立方煤制天然气气化工艺采用碎煤加压气化与水煤浆气化工艺组合，充分利用煤矿生产的块煤和粉煤，提高煤炭资源的利用率，但新疆准东煤田的煤做水煤浆气化存在成浆性差的问题，怎样提高新疆准东煤的水煤浆浓度是目前急需解决的问题。文章以新疆准东煤田某露天矿煤为研究对象，研究了提高水煤浆浓度的办法。

关键词：准东煤；水煤浆；成浆浓度；碎煤加压；露天煤矿 文献标识码：A

中图分类号：TQ536 文章编号：1009-2374（2016）22-0033-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.017

1 概述

煤炭是我国的基础能源，占能源消费总量的70%左右，将来以煤炭为主的能源结构难以改变，随着水煤浆气化技术不断发展，人们对生产经营效益最大化要求越来越高，煤的成浆性是水煤浆气化技术的核心，完善的制浆工艺对提高水煤浆的浓度和降低水煤浆的成本起着至关重要的作用。研究中发现影响水煤浆成浆浓度的因素较多，包括制浆用煤的煤岩组分、粒度级配、添加剂等均对水煤浆成浆浓度产生影响，下面就如何提高准东煤水煤浆浓度进行实验。

2 实验原料及添加剂

采用准东煤田某露天矿B2层煤，煤质牌号为不粘结煤，B2煤层厚度为20米左右，煤层按照成因环境及煤岩组分可分为B2上和B2下，从煤岩显微组分上看，B2上惰质组组分高，镜质组组分低，B2下镜质组组分明显高于B2上，B2上及B2下煤的工业分析与元素分析及煤岩组分分别见表1：

3 实验

3.1 实验方法

3.1.1 水煤浆浓度测定方法。水煤浆浓度测定方法参照GB/T 18856.2-2002进行，即称取一定量的水煤桨试样，在105℃～110℃下干燥至恒定，干燥后的试样质量占原样质量的百分数作为水煤浆浓度。

3.1.2 水煤桨粘度测定方法。水煤桨粘度测定方法参照GB/T 18856.4-2002进行，用NXS-4C型水煤浆粘度计进行测定。

3.1.3 水煤浆稳定性测定方法。水煤浆稳定性测定方法参照GB/T 18856.5-2002采用插棒法进行测定。

3.2 常规制浆工艺成浆性实验

在试验室内，模拟单磨机制浆工艺生产条件，选择木质素改性添加剂，添加量分别在0.3%、0.5%（干基/干粉）比例时，对准东B2上煤和B2下煤煤样进行成浆性实验，实验结果见表2：

3.2.1 由常规制浆工艺条件下实验结果可以看出：常规制浆工艺条件下，在添加剂量为0.3%、0.5%（干基/干粉）时，准东B2上煤样的成浆浓度为55.2%、56.1%，准东B2下煤样的成浆浓度为56.3%、57.5%；同时随着添加剂量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），准东B2上煤和B2下煤样的浓度分别提高0.9和1.2个百

分点。

3.2.2 煤样的成浆浓度偏低会降低后续气化系统的气化效率，增加生产成本，同时考虑煤浆流动性和稳定性对工业生产的影响等因素。

3.3 分级研磨工艺成浆性实验

根据国家水煤浆工程技术研究中心的分级研磨制浆工艺，通过优化煤浆的粒度级配，提高煤浆的堆积效率，进而提高煤浆浓度、流变性和稳定性等。在实验室对准东B2上煤和B2下煤样进行了系列的粒度级配和可磨性试验研究，获得它们最佳粒度级配和比例（粗粉∶细粉=80%∶20%时，粒度级配最佳，浆体性能最好。但考虑到应用于工业的实际情况和生产成本，我们最终选择的粒度级配为粗粉∶细粉=85%∶15%）。

添加剂选择常规工艺中所用的木质素改性添加剂，分别在添加量为0.3%、0.5%（干基/干粉）时，对分级研磨制浆工艺的最高成浆浓度进行系列实验，实验结果见表3。

由分级研磨制浆工艺实验结果可以看出：采用分级研磨制浆工艺条件下，在添加剂量为0.3%、0.5%（干基/干粉）时，准东B2上煤样的成浆浓度为58.6%、59.4%，B2下煤样的成浆浓度为59.9%、60.8%；同时随着添加剂量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），准东B2上煤和B2下煤样的浓度分别提高0.8%和0.9%。

在试验研究中发现，采用分级研磨工艺后煤浆粒度分布显著改善，煤浆的流动性和稳定性大幅度提高，完全能够满足工业生产的储存和输送要求。

准东B2上煤和B2下煤样在同一添加剂比例情况下，采用分级研磨工艺比常规单磨机工艺的浓度分别提高3个百分点以上，同时煤浆的流动性和稳定性大幅度

提高。

3.4 准东制浆用煤最佳粒度级配确定

将制备好的准东煤粗、细粉分别按照90∶10、85∶15、80∶20的比例混合制浆，并对制得的煤浆进行浓度、粘度、稳定性、流变特性等性能测试；准东B2上煤和B2下煤的设计浓度分别为58%、59%，添加剂的添加量为0.3%（干基/干粉），最佳粒度级配实验结果及性能检测见表4。

从表4可以看出：准东B2上和B2下煤样制浆效果存在明显差别，准东B2上煤和B2下煤在煤桨浓度分别为58%、59%，添加剂量同为0.3%（干基/干粉）条件下，煤浆的表观粘度随着细粉添加比例的增大而增大，流动性逐渐变好；当细粉添加量为15%时，煤浆的性能及气化粒度都完全符合气化用浆的要求；当细粉添加量为20%时，粒度级配最佳，浆体性能最好。但考虑到应用于工业的实际情况和生产成本，最终选择准东B2上煤B2下煤的煤样分级研磨制浆工艺的最佳粒度级配为粗∶细=85∶15。

3.5 实验用煤添加剂选择

3.5.1 实验依据。煤是疏水性的，添加剂的主要作用是改善煤表面亲水性，降低煤水表面张力，使煤粒充分润湿和均匀分散在少量水中，改善水煤浆流动性，降低水煤浆粘度，同时使煤粒在水中保持长期均匀分散。由于不同煤的煤质特性、表面结构等的差异，使之对添加剂有一定的选择性。因此，需通过不同添加剂的比较来确定适宜的添加剂。

3.5.2 实验方法。实验选用四种不同种类的添加剂进行比较，均为国内较好的添加剂系列（木质素、萘系、木质素改性、脂肪族）。实验条件为：粗细煤级配为：粗∶细=85∶15，准东B2上煤和B2下煤样的设计浓度分别为58%、59%，添加剂添加量为0.3%（干基/干粉），采用四种添加剂进行成浆性实验。观察比较水煤浆的粘度、流动性和稳定性等指标，结果见表5。

由表5和图1可以看出：准东B2上煤和B2下煤样的设计浓度分别为58%、59%，添加剂添加量为0.3%（干基/干粉）条件下，四种添加剂从表观粘度、流动性、稳定性等指标看，性能由好到差的排序：木质素改性>脂肪族>萘系>木质素。其中木质素改性添加剂分散性能最好、粘度最低，综合考虑选择木质素改性添加剂作为准东B2上煤和B2下煤的添加剂。

以上实验在2014年下半年，由新疆龙宇能源准东煤化工有限责任公司委托国家水煤浆工程中心进行实验。

4 实验结论

第一，从准东B2上和B2下煤实验结果可以看出：在制浆用煤变质程度相同、最佳粒度级配相同、使用同一种等量添加剂条件下，煤的成浆性随着煤岩中镜质组含量的升高而增加的趋势，在煤岩惰质组和镜质组比例合适的情况下，才能制出低粘度、高浓度的水煤浆，由此可见，煤岩组分对成浆性起着重要影响作用。

第二，从准东B2上和B2下煤实验结果看出：准东B2上和B2下煤在粒度级配为粗∶细=85∶15时，制成的煤桨浓度、煤浆的流动性和稳定性最好，由此可见粒度级配对水煤浆的成浆性起着重要作用。

第三，从准东B2上和B2下煤实验结果看出：准东B2上和B2下煤制浆过程中添加木质素改性添加剂，制成的煤桨浓度较高、粘度最低，因此不同的添加剂对水煤浆的成浆性起着重要影响作用。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）