專利名稱：濕煤粉處理法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用濕塊物料制備自由流動(dòng)粒狀產(chǎn)品的方法，尤其是將水不溶物與濕煤粉混合而制備自由流動(dòng)粒狀產(chǎn)品的方法。
關(guān)于煤中灰和硫含量的嚴(yán)格環(huán)保規(guī)定要求常規(guī)采煤工藝和先進(jìn)的煤加工法制成研細(xì)的煤，并且細(xì)煤粉含15-40%游離水分。煤結(jié)構(gòu)中含固有或平衡水分，已知低級(jí)煤的固有水分含量高。除煤的固有水分而外，常規(guī)采煤和洗煤工藝制成的煤粉中游離水分吸附在煤粒表面上。濕煤粉產(chǎn)品煤炭工業(yè)中常稱為濕煤餅。
濕煤餅基本上為煤粒的濕粘性結(jié)塊(一般小于約28目)，極難于保存、處理和運(yùn)輸，常與大顆粒較干煤混合后大批送去作燃料。但只有滿足混合產(chǎn)品特定濕含量規(guī)格的濕煤餅才能這樣處理。為滿足這些規(guī)定，常需在加熱干燥機(jī)中將濕煤餅干燥而降低其濕含量。干燥操作提高了應(yīng)用這些細(xì)煤粉的成本。不能這樣處理的過(guò)細(xì)煤粉常排入沉降池，從而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。
運(yùn)送和使用細(xì)干煤粉產(chǎn)生的粉塵具有潛在爆炸危險(xiǎn)，而且運(yùn)輸損失導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失并造成環(huán)境污染。
廣泛的研究已提出生產(chǎn)可作為液體處理的細(xì)煤粉漿料，可噴霧干燥后在爐中燃燒，但這種漿料需大量采用昂貴化學(xué)品才能保證長(zhǎng)期貯存而又不沉淀以及提供泵送和霧化粘度控制。
在制備煤-油懸浮液時(shí)向細(xì)煤粉中加油的方法已見(jiàn)于US 4859209和4744797。在US 4744797中重油和煤粉在約50-150rpm剪切力的作用下與水溶性明膠或膠水在重油中的水溶液混合，其中水溶性成分的溶液將水分散到重油中。
干燥粉煤用油潤(rùn)濕以降低煤塵和自燃趨勢(shì)的方法已見(jiàn)于US 4775390，4828576，4783200，4402707和3953927。
煤-油結(jié)塊法中，將油在高剪切力下加入以稀釋煤-水混合物(少于約20%煤)中以使每粒煤都涂上油。高剪切混合力使涂油煤粒相互粘結(jié)形成幾乎沒(méi)有或完全沒(méi)有剩余水的煤塊。可用結(jié)塊法從水流中回收應(yīng)用煤，其中典型煤-油結(jié)塊法C見(jiàn)于US4396396和4889538。
但目前還未提出使?jié)駢K穩(wěn)定以提供易輸送，可貯存并易處理的物料的實(shí)用辦法。
因此要求開(kāi)發(fā)濕煤粉餅進(jìn)行處理而制成易貯存，運(yùn)輸和應(yīng)用的自由流動(dòng)的物料的方法，并且需要開(kāi)發(fā)可完全消除或降低這種物料加工處理時(shí)存在的危害的方法，最后還需尋求可作燃料的濕煤餅穩(wěn)定方法。
本發(fā)明提出可自由流動(dòng)，易處理和貯存的物料的制造方法，其中包括將游離水分約5-60wt%的粉煤餅與有效量水不溶物質(zhì)混合，而混合時(shí)間足以生產(chǎn)出許多由煤粒、水分和水不溶物質(zhì)混合物構(gòu)成的可自由流動(dòng)顆粒。
混合時(shí)水不溶物質(zhì)可逐漸或一次加入粉煤塊中或在混合步驟前摻在一起，該法連續(xù)或間隙式生產(chǎn)。
粉煤餅為常規(guī)采煤、煤加工或洗煤工藝等期間制成的物料，常稱為濕煤餅。水不溶物質(zhì)優(yōu)選為室溫下不會(huì)蒸發(fā)的油，適合的油選自原油，潤(rùn)滑基礎(chǔ)油，柴油燃料，液態(tài)植物油，松節(jié)油，亞麻子油，聚硅氧烷，廢潤(rùn)滑油，減壓塔底油和№.6燃料油。
最終產(chǎn)品為干燥外觀粒狀產(chǎn)品，濕含量約2-50wt%。水不溶物質(zhì)與一個(gè)或多個(gè)顆?；旌铣闪?，據(jù)信可在煤粒間縫中保持濕分。可自由流動(dòng)顆?？捎媚壳俺Ｓ糜诟稍锼嗪蜕疤幚碇械某Ｒ?jiàn)方法進(jìn)行處理，如可從地面上的貯室、倉(cāng)或堆中氣動(dòng)運(yùn)直接送到應(yīng)用地點(diǎn)。優(yōu)選方案中油、水和煤?；旌衔锏淖杂闪鲃?dòng)顆粒可直接送到可燒粉煤的燃燒室。水分可從顆粒中逸出的能力可使自由流動(dòng)顆粒干燥，如必要時(shí)在加熱干燥器中干燥。這樣干燥后若放在高溫環(huán)境中可觀察到濕分不再進(jìn)入顆粒。
本發(fā)明方法可包括將表面活性劑或其它某些添加劑加入自由流動(dòng)顆粒中的步驟，最好是在應(yīng)用地點(diǎn)進(jìn)行，以制成穩(wěn)定煤-水漿。這些添加劑可包括表面活性劑，如環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物，由BASF Chemical Corporation制造(Pluronics)或乙氧基化醇，如Umion Carbide Chemical Corporation制造的產(chǎn)品(Tergitols)。可用其它制劑，如呫噸膠或瓜耳膠作為增稠劑進(jìn)行穩(wěn)定和調(diào)節(jié)粘度用并可用木素或萘磺酸鹽作分散劑。漿料可按需要泵送和/或霧化而進(jìn)入燃燒室。
本發(fā)明方法制成的自由流動(dòng)顆粒的性質(zhì)可隨選用的煤種、粒徑、水不溶物質(zhì)及煤炭加工業(yè)人員已知的其它作用參數(shù)而變化。
本發(fā)明方法制成的自由流動(dòng)顆?？朔爽F(xiàn)有濕塊材料，如濕煤餅材料在處理和輸送方面的問(wèn)題。而且，本發(fā)明產(chǎn)品大大降低了目前常用干煤粉的爆炸和污染危險(xiǎn)性。
本發(fā)明方法可用來(lái)將濕粉煤餅轉(zhuǎn)化成外表面干燥的自由流動(dòng)顆粒，后者易于經(jīng)干顆粒物料處理，貯存，輸送和應(yīng)用的常見(jiàn)方法而進(jìn)行處理、貯存、輸送和應(yīng)用。為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本方法參照將濕煤餅轉(zhuǎn)換成易處理、可自由流動(dòng)顆粒(有時(shí)也稱為研制煤)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明研制煤生產(chǎn)方法中先處理粒徑不超過(guò)約28目且游離水分含量約5-60wt%的粉煤餅。游離水分將煤粒一起保持在許多濕粘性塊，有時(shí)亦稱為濕煤餅中。濕煤餅然后與室溫下不蒸發(fā)的水不溶物質(zhì)(如油，優(yōu)選為液態(tài)烴)混合。
濕煤餅和油在室溫下以低剪切混合力混合，混合時(shí)間應(yīng)足以生成眾多自由流動(dòng)顆粒，如約5-15分鐘。據(jù)信，每一粒均由濕分附到其表面上的一個(gè)或多個(gè)煤粒與油混合構(gòu)成，而且據(jù)信這些顆粒可在煤?？p隙間保持水分，因此具有干燥粒狀產(chǎn)品外觀，可含約2-50%水分，堆積密度20-40磅/英尺3。從顆粒作用和外觀可推測(cè)的一種結(jié)構(gòu)是煤粒四周形成了油膜并有吸收水。
該法中應(yīng)用的低剪切混合力低于可將水從煤粒表面拉出來(lái)的剪切速度。已發(fā)現(xiàn)，不超過(guò)約一千(1000)倒數(shù)秒(reciprocal seconds)的平均剪切力即可滿意地形成顆粒，而低至10-100倒數(shù)秒的剪切混合力也可成功地用于實(shí)驗(yàn)室，但已知更高剪切力也可適用。不過(guò)混合速度不能太高以至可將水從煤-油混合物中分出。但據(jù)信對(duì)本發(fā)明而言混合剪切并不象原料濕含量那么關(guān)鍵。
本發(fā)明方法原料最好是濕煤餅，用常規(guī)采煤，制煤或洗煤工藝得到的粉煤制成，優(yōu)選高級(jí)煤。不管粒煤塊中固有水分含量為多少，游離水分為約5-60wt%，優(yōu)選約10-50wt%，更優(yōu)選為20-40wt%。已發(fā)現(xiàn)超過(guò)約60wt%的游離水分會(huì)形成混入研制煤的游離水，而低于約5-10wt%的游離水分含量又不宜按本發(fā)明生產(chǎn)研制煤。
選來(lái)與粉煤餅混合的物質(zhì)必須水不溶，優(yōu)選無(wú)毒，閃點(diǎn)高(即至少約280°F)的揮發(fā)分低的油。如表Ⅱ所示，更低閃點(diǎn)油也可用。油為相對(duì)長(zhǎng)鏈(N＞4)有機(jī)或共價(jià)鍵合化合物，帶有非極性化學(xué)官能團(tuán)(如烴，醚，聚硅氧烷等)就足矣，如可用石油制得(柴油燃料，潤(rùn)滑油渣，＃6燃料油，原油，減壓渣油，廢潤(rùn)滑油和石腦油)，用木材制得(松節(jié)油)，用植物油制得(如玉米油，大豆油，蓖麻油，亞麻籽油等)或用合成材料(聚硅氧烷)制得。高度精制潤(rùn)滑打底油，如由Chevron以商名Pale Oil 75或由Pennzoil以商名N-60-HT銷售的產(chǎn)品也成功地用于本發(fā)明方法，其典型性質(zhì)如下表Ⅰ。
表Ⅰ添加劑油的典型性質(zhì)性質(zhì) Chevron PennzoilPale Oil 75 N-60-HTAPI重力 26.5 26.5-28.0粘度-CST＠40℃ 13.3 9.07-10.25粘度-SUS＠100°F 75 60閃點(diǎn)，COC°F 310 290傾點(diǎn)，°F -20 -50分子量 30.0 -硫，wt% 0.09 ＜0.50
但從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境或操作方面考慮，也可用其它油，如也可用柴油，但有環(huán)境和安全方面的危害。
表Ⅱ典型添加劑油性質(zhì)性質(zhì) 溶劑油 松節(jié)油 亞麻籽油(原汁)顏色 水-白 水-白 黃-褐B.P.范圍，°F 310-377 310-330 無(wú)SP.Grav.， 0.779 0.860-0.875 0.931-0.936＠60°F閃點(diǎn)，°F(TCC) 103 90-115 432碘值 N/A N/A 177該法中水不溶物質(zhì)用量?jī)?yōu)選為干煤的約1-5wt%，不過(guò)任何可將粉煤餅轉(zhuǎn)化成油/水/煤粒混合物，再形成本發(fā)明的具有干燥外觀，可自由流動(dòng)顆粒的量均適宜。用油量和本發(fā)明方法制成的單顆粒粒徑根據(jù)初始煤粒徑而變化，而煤粒徑又確定了材料表面積及其保持游離水分的能力。濕煤餅濕含量越大，水不溶物質(zhì)需求量就越大。
例1430g含30%水分的濕煤濾餅放入實(shí)驗(yàn)室混合機(jī)中，其中裝有開(kāi)式漿葉。混合機(jī)低速啟動(dòng)(100-500rpm)以保證混合。然后一次加9g Pale oil 75，混合進(jìn)行5-10分鐘直至得到可自由流動(dòng)的粒狀產(chǎn)品。產(chǎn)品從混合室中自由流入容器。
例217479g含35%水分的濕煤餅(11361g干煤加6118g水)放入0.2m3(6英尺3)市售灰漿攪拌機(jī)中并開(kāi)始低速混合(40-50rpm)。然后一次加入340g(以煤干重計(jì)為3%)選定油，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行混合。混合進(jìn)行5-10分鐘直到形成具有干燥外觀的粒狀研制煤產(chǎn)品。該產(chǎn)品的移出僅從混合機(jī)的活動(dòng)混合室傾出自由流動(dòng)顆粒即可。
例3300g平均體積直徑13.3μm(100%顆粒＜62μm)并含6%灰分的干燥Pittsburgh＃8層煤與190g水混合。充分混合后可觀察到濕粘性餅。然后加9.0g Pennzoil HT-60，混合物在實(shí)驗(yàn)室混合器中以約200rpm攪拌，約5-10分鐘后可觀察到外觀干燥的細(xì)粒狀材料。傾側(cè)混合容器即可移出該物料。
例4300g平均體積直徑20μm并含1.4%灰分的干燥Upper Elkhorn＃3煤與161g水混合。充分混合后可觀察到濕粘性餅。然后加入9α玉米油(商名Mazola 油)，混合物在實(shí)驗(yàn)混合器中以約200rpm攪拌，5-10分鐘后可觀察到外觀干燥的粒狀產(chǎn)品。僅傾側(cè)混合容器即可移出該產(chǎn)品。
例5300g平均體積直徑12.7μm(98%顆粒＜44μm)的干燥東部無(wú)煙煤粉與161g水混合。充分混合后形成了看似濕的煤餅。然后加入9.0g Pennzoil HT-60，混合物在實(shí)驗(yàn)室混合器中以約200rpm攪拌，約5分鐘攪拌后得到外觀干燥的粒狀產(chǎn)品。僅傾側(cè)混合容器即可移出該產(chǎn)品。
上述例子表明了本發(fā)明的一些特征。本發(fā)明中可用任何能低剪切力混合的適宜混合設(shè)備，其中工業(yè)規(guī)模連續(xù)和間歇操作要求不同類型的混合設(shè)備。
對(duì)形成的自由流動(dòng)顆粒研究表明，該研制煤產(chǎn)品在空氣中或加熱時(shí)迅速失水且再放入高溫環(huán)境時(shí)不會(huì)再吸水。這表明油會(huì)沿縫間水表面束縛或包覆煤粒，其中易使水逸出，但可防止煤粒再吸水。顆粒的這種失水能力使其可進(jìn)一步加工以降低水分的工藝。顆?？梢赃m宜的已知方式加熱干燥，但應(yīng)當(dāng)看到，干燥不是必須的。本發(fā)明方法制成的顆粒外觀干燥，可按同于任何干燥粒狀堆積物料的方式進(jìn)行處理、運(yùn)輸和貯存。這種顆粒可提供穩(wěn)定濕煤餅，該餅無(wú)須進(jìn)一步加工即可燃燒，或易于在燃燒地點(diǎn)轉(zhuǎn)化成煤/水燃料。
本發(fā)明方法本質(zhì)上不同于現(xiàn)有技術(shù)中的加油或油結(jié)塊工藝。在油結(jié)塊工藝中，油加入低濃度(低于2.0%煤)煤-水混合物中，該混合物然后在高剪切力下混合以使每一煤粒涂上油并使顆粒相互粘結(jié)成塊，其中大部分或全水排除了。本發(fā)明方法中，保持了游離水。將相當(dāng)少量的水不溶物質(zhì)加入濕煤粉中，條件是進(jìn)行高剪切力混合，使水和油加細(xì)煤粒而形成自由流動(dòng)粒狀混合物，其中許多由一個(gè)或多個(gè)煤粒和水(2-50wt%)構(gòu)成的顆粒看起來(lái)是束縛或隔離在與水不溶物質(zhì)的混合物中。
自由流動(dòng)顆粒易于用適宜的已知辦法(如刮板推出或用真空設(shè)備抽取)從混合設(shè)備中移排出。因此，顆粒可貯存，無(wú)需保存劑，易以常見(jiàn)方式運(yùn)輸，如用氣動(dòng)或螺旋輸送設(shè)施送到燃燒室，如用于電廠蒸汽鍋爐。該研制煤可堆在地面上或貯存在已知糧食、水泥或石灰倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備中。
制成的產(chǎn)品可用堆積干燥粒狀產(chǎn)品的常見(jiàn)輸送設(shè)施轉(zhuǎn)送到用戶地點(diǎn)并可在應(yīng)用前與添加劑混合而將自由流動(dòng)顆粒轉(zhuǎn)化成漿料?？捎眠m宜添加劑將顆粒轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的低粘度煤-水漿料，再泵送到噴霧器以用于燃燒工藝。這些添加劑包括環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物，由BASF Chemical Corporation制造(Pluronics)或乙氧基化醇，如由Union Carbide Chemical Corporation制造的這種產(chǎn)品(Tergitols)。其它制劑，如呫噸膠或瓜耳膠可作穩(wěn)定和調(diào)節(jié)粘度的增稠劑，并可用木素或萘磺酸鹽作分散劑。
本發(fā)明自由流動(dòng)顆?；蜓兄泼禾幚矸▽?duì)濕含量大小，原料粒徑或煤加工工藝中的變量不敏感，且貯存失水對(duì)處理性幾乎無(wú)影響。
權(quán)利要求
1.自由流動(dòng)顆粒制備方法，其中包括將含游離水分約5-60wt%的粉煤餅與有效量水不溶物質(zhì)混合，混合時(shí)間足以制成許多自由流動(dòng)顆粒，每一粒由至少一個(gè)煤粒，水分和所說(shuō)水不溶物質(zhì)的混合物構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)水不溶物質(zhì)為室溫下不蒸發(fā)的液態(tài)烴。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)煤粒平均粒徑小于28目。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)混合步驟在低于約1000個(gè)倒數(shù)秒的平均剪切力下進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)粉煤餅中游離水分約為20-40%。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)水不溶物質(zhì)選自精煉潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，柴油燃料，液態(tài)植物油，真空塔底產(chǎn)品，№.6燃料油，聚硅氧烷，松節(jié)油和溶劑油。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)水不溶物質(zhì)量為所說(shuō)干燥粉煤塊的約1-5wt%。
8.權(quán)利要求1的方法，其中眾多自由流動(dòng)顆粒的堆積密度20-40磅/英尺3。
9.權(quán)利要求1的方法，其中還包括將所說(shuō)自由流動(dòng)顆粒與選自表面活性劑，木素和萘磺酸鹽及其混合物的添加劑混合制成漿料。
10.權(quán)利要求1的方法，其中還包括將眾多自由流動(dòng)顆粒干燥而降低其水分的步驟。
11.可自由流動(dòng)物料，其中包括許多自由流動(dòng)顆粒，每一顆粒由至少一粒煤，約2-50wt%的游離水分和水不溶物質(zhì)的混合物構(gòu)成。
12.權(quán)利要求11的物料，其中所說(shuō)水不溶物質(zhì)在所說(shuō)煤粒間隙中保持所說(shuō)水分。
13.權(quán)利要求11的物料，其中所說(shuō)煤粒平均粒徑小于28目。
14.權(quán)利要求11的物料，其中所說(shuō)水不溶物質(zhì)為室溫下不揮發(fā)的液態(tài)烴。
15.自由流動(dòng)顆粒制造方法，其中包括制成游離水分約5-約60wt%的粒煤餅和有效量水不溶物質(zhì)的混合物;和將該混合物進(jìn)行混合，其混合時(shí)間足以制成基本上不相互粘結(jié)的顆粒，每一顆粒由至少一粒其表面上有吸附水分的煤與水不溶物質(zhì)相混合。
16.權(quán)利要求15的方法，其中還包括將所說(shuō)顆粒干燥以降低其水分。
17.權(quán)利要求15的方法，其中還包括將所說(shuō)自由流動(dòng)顆粒與選自表面活性劑、木素和萘磺酸鹽及其混合物的添加劑混合而制成漿料。
全文摘要
用濕粉煤餅制備可自由流動(dòng)的粒狀產(chǎn)品的方法，是將水不溶物質(zhì)(如油)與煤餅混合，最好在低剪切力下進(jìn)行，時(shí)間足以制成許多可自由流動(dòng)顆粒，制成的每一顆粒最好是包括由一個(gè)或多個(gè)煤粒，2—50wt％水和水不溶物質(zhì)的外觀干燥的混合物。
文檔編號(hào)C10L5/06GK1066007SQ92102808
公開(kāi)日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1992年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月19日
發(fā)明者B·E·戴維斯, R·M·亨瑞, G·S·特維特, E·W·阿爾鮑 申請(qǐng)人:能源國(guó)際有限公司