提高新疆準東煤水煤漿成漿濃度的實驗研究

趙天運　王秋生　張向沛

摘要：新疆龍宇能源準東煤化工年產40億立方煤制天然氣氣化工藝采用碎煤加壓氣化與水煤漿氣化工藝組合，充分利用煤礦生產的塊煤和粉煤，提高煤炭資源的利用率，但新疆準東煤田的煤做水煤漿氣化存在成漿性差的問題，怎樣提高新疆準東煤的水煤漿濃度是目前急需解決的問題。文章以新疆準東煤田某露天礦煤為研究對象，研究了提高水煤漿濃度的辦法。

關鍵詞：準東煤；水煤漿；成漿濃度；碎煤加壓；露天煤礦 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ536 文章編號：1009-2374（2016）22-0033-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.017

1 概述

煤炭是我國的基礎能源，占能源消費總量的70%左右，將來以煤炭為主的能源結構難以改變，隨著水煤漿氣化技術不斷發展，人們對生產經營效益最大化要求越來越高，煤的成漿性是水煤漿氣化技術的核心，完善的制漿工藝對提高水煤漿的濃度和降低水煤漿的成本起著至關重要的作用。研究中發現影響水煤漿成漿濃度的因素較多，包括制漿用煤的煤巖組分、粒度級配、添加劑等均對水煤漿成漿濃度產生影響，下面就如何提高準東煤水煤漿濃度進行實驗。

2 實驗原料及添加劑

采用準東煤田某露天礦B2層煤，煤質牌號為不粘結煤，B2煤層厚度為20米左右，煤層按照成因環境及煤巖組分可分為B2上和B2下，從煤巖顯微組分上看，B2上惰質組組分高，鏡質組組分低，B2下鏡質組組分明顯高于B2上，B2上及B2下煤的工業分析與元素分析及煤巖組分分別見表1：

3 實驗

3.1 實驗方法

3.1.1 水煤漿濃度測定方法。水煤漿濃度測定方法參照GB/T 18856.2-2002進行，即稱取一定量的水煤槳試樣，在105℃～110℃下干燥至恒定，干燥后的試樣質量占原樣質量的百分數作為水煤漿濃度。

3.1.2 水煤槳粘度測定方法。水煤槳粘度測定方法參照GB/T 18856.4-2002進行，用NXS-4C型水煤漿粘度計進行測定。

3.1.3 水煤漿穩定性測定方法。水煤漿穩定性測定方法參照GB/T 18856.5-2002采用插棒法進行測定。

3.2 常規制漿工藝成漿性實驗

在試驗室內，模擬單磨機制漿工藝生產條件，選擇木質素改性添加劑，添加量分別在0.3%、0.5%（干基/干粉）比例時，對準東B2上煤和B2下煤煤樣進行成漿性實驗，實驗結果見表2：

3.2.1 由常規制漿工藝條件下實驗結果可以看出：常規制漿工藝條件下，在添加劑量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時，準東B2上煤樣的成漿濃度為55.2%、56.1%，準東B2下煤樣的成漿濃度為56.3%、57.5%；同時隨著添加劑量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），準東B2上煤和B2下煤樣的濃度分別提高0.9和1.2個百

分點。

3.2.2 煤樣的成漿濃度偏低會降低后續氣化系統的氣化效率，增加生產成本，同時考慮煤漿流動性和穩定性對工業生產的影響等因素。

3.3 分級研磨工藝成漿性實驗

根據國家水煤漿工程技術研究中心的分級研磨制漿工藝，通過優化煤漿的粒度級配，提高煤漿的堆積效率，進而提高煤漿濃度、流變性和穩定性等。在實驗室對準東B2上煤和B2下煤樣進行了系列的粒度級配和可磨性試驗研究，獲得它們最佳粒度級配和比例（粗粉∶細粉=80%∶20%時，粒度級配最佳，漿體性能最好。但考慮到應用于工業的實際情況和生產成本，我們最終選擇的粒度級配為粗粉∶細粉=85%∶15%）。

添加劑選擇常規工藝中所用的木質素改性添加劑，分別在添加量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時，對分級研磨制漿工藝的最高成漿濃度進行系列實驗，實驗結果見表3。

由分級研磨制漿工藝實驗結果可以看出：采用分級研磨制漿工藝條件下，在添加劑量為0.3%、0.5%（干基/干粉）時，準東B2上煤樣的成漿濃度為58.6%、59.4%，B2下煤樣的成漿濃度為59.9%、60.8%；同時隨著添加劑量由0.3%增加到0.5%（干基/干粉），準東B2上煤和B2下煤樣的濃度分別提高0.8%和0.9%。

在試驗研究中發現，采用分級研磨工藝后煤漿粒度分布顯著改善，煤漿的流動性和穩定性大幅度提高，完全能夠滿足工業生產的儲存和輸送要求。

準東B2上煤和B2下煤樣在同一添加劑比例情況下，采用分級研磨工藝比常規單磨機工藝的濃度分別提高3個百分點以上，同時煤漿的流動性和穩定性大幅度

提高。

3.4 準東制漿用煤最佳粒度級配確定

將制備好的準東煤粗、細粉分別按照90∶10、85∶15、80∶20的比例混合制漿，并對制得的煤漿進行濃度、粘度、穩定性、流變特性等性能測試；準東B2上煤和B2下煤的設計濃度分別為58%、59%，添加劑的添加量為0.3%（干基/干粉），最佳粒度級配實驗結果及性能檢測見表4。

從表4可以看出：準東B2上和B2下煤樣制漿效果存在明顯差別，準東B2上煤和B2下煤在煤槳濃度分別為58%、59%，添加劑量同為0.3%（干基/干粉）條件下，煤漿的表觀粘度隨著細粉添加比例的增大而增大，流動性逐漸變好；當細粉添加量為15%時，煤漿的性能及氣化粒度都完全符合氣化用漿的要求；當細粉添加量為20%時，粒度級配最佳，漿體性能最好。但考慮到應用于工業的實際情況和生產成本，最終選擇準東B2上煤B2下煤的煤樣分級研磨制漿工藝的最佳粒度級配為粗∶細=85∶15。

3.5 實驗用煤添加劑選擇

3.5.1 實驗依據。煤是疏水性的，添加劑的主要作用是改善煤表面親水性，降低煤水表面張力，使煤粒充分潤濕和均勻分散在少量水中，改善水煤漿流動性，降低水煤漿粘度，同時使煤粒在水中保持長期均勻分散。由于不同煤的煤質特性、表面結構等的差異，使之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。

3.5.2 實驗方法。實驗選用四種不同種類的添加劑進行比較，均為國內較好的添加劑系列（木質素、萘系、木質素改性、脂肪族）。實驗條件為：粗細煤級配為：粗∶細=85∶15，準東B2上煤和B2下煤樣的設計濃度分別為58%、59%，添加劑添加量為0.3%（干基/干粉），采用四種添加劑進行成漿性實驗。觀察比較水煤漿的粘度、流動性和穩定性等指標，結果見表5。

由表5和圖1可以看出：準東B2上煤和B2下煤樣的設計濃度分別為58%、59%，添加劑添加量為0.3%（干基/干粉）條件下，四種添加劑從表觀粘度、流動性、穩定性等指標看，性能由好到差的排序：木質素改性>脂肪族>萘系>木質素。其中木質素改性添加劑分散性能最好、粘度最低，綜合考慮選擇木質素改性添加劑作為準東B2上煤和B2下煤的添加劑。

以上實驗在2014年下半年，由新疆龍宇能源準東煤化工有限責任公司委托國家水煤漿工程中心進行實驗。

4 實驗結論

第一，從準東B2上和B2下煤實驗結果可以看出：在制漿用煤變質程度相同、最佳粒度級配相同、使用同一種等量添加劑條件下，煤的成漿性隨著煤巖中鏡質組含量的升高而增加的趨勢，在煤巖惰質組和鏡質組比例合適的情況下，才能制出低粘度、高濃度的水煤漿，由此可見，煤巖組分對成漿性起著重要影響作用。

第二，從準東B2上和B2下煤實驗結果看出：準東B2上和B2下煤在粒度級配為粗∶細=85∶15時，制成的煤槳濃度、煤漿的流動性和穩定性最好，由此可見粒度級配對水煤漿的成漿性起著重要作用。

第三，從準東B2上和B2下煤實驗結果看出：準東B2上和B2下煤制漿過程中添加木質素改性添加劑，制成的煤槳濃度較高、粘度最低，因此不同的添加劑對水煤漿的成漿性起著重要影響作用。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）