СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ Российский патент 1996 года по МПК C10L1/32 

Изобретение относится к способам получения высококонцентрированных водобуроугольных суспензий и может найти применение при трубопроводном транспорте суспензий и последующим сжигании их в теплоэнергетических установках.

Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ получения водоугольной суспензии путем мокрого измельчения бурого угля с водой при температуре 30-90^оС в присутствии углеводородной добавки, взятой в количестве 0,5-4,0 мас. на уголь с получением гидросмеси, содержащей 35-45 мас. твердой фазы, баротермической обработки гидросмеси за счет нагрева ее в трубчатом реакторе до температуры 200-300^оС под давлением 1,5-10 МПа со скоростью подачи гидросмеси 0,1-3, м/с, сброса давления после баротермической обработки до 0,3-1 МПа, отделения образующейся парогазовой смеси от образующейся суспензии до получения готового продукта и смешения парогазовой смеси с исходной водой для нагрева последней до 30-90^оС (авт.св. N 1616970, кл. С 10 L 1/32, 1988).

Недостатком этого способа являются повышенные энергетические затраты, связанные с тем, что бурый уголь измельчают до заданной крупности сразу в начале технологической цепочки, т.е. не используется энергия давления при его ступенчатом снижении, а также с необходимостью длительного выдерживания водоугольной суспензии в трубчатом реакторе при высоких параметрах процесса (температура 200-300^оС и давление 1,5-10 МПа).

Недостатком способа является и то, что в процессе получения водоугольной суспензии происходят большие затраты поверхностно-активных добавок, которые вводят в самом начале процесса во время мокрого измельчения угля, в конце же процесса происходит большая их потеря.

Цель изобретения снижение энергетических затрат.

Это достигается тем, что в способе получения водоугольной суспензии путем мокрого измельчения угля с водой при температуре 30-90^оС с получением гидросмеси, содержащей 35-45 мас. твердой фазы, барометрической обработки гидросмеси за счет нагрева ее до температуры 200-300^оС под давлением 1,5-10 МПа, сброса давления после баротермической обработки до 0,3-1 МПа, отделения образующейся парогазовой смеси от образующейся суспензии до получения готового продукта и смешения парогазовой смеси с исходной водой для нагрева последней до 30-90^оС, и введения поверхностно-активных добавок, мокрое измельчение бурого угля проводят до фракции 1-3 мм, затем после баротермической добавки гидросмеси проводят вторичное измельчение угля в пароструйной мельнице до фракции 200-300 мкм, при этом нагрев гидросмеси осуществляют одновременно по всему объему токами высокой частоты в реакторе нагрева сверхвысоких частот (СВЧ) со скоростью подачи гидросмеси, обеспечивающей время пребывания ее в интервале указанных температур 1-30 мин.

Целью изобретения является также снижение расхода поверхностно-активных добавок.

Это достигается тем, что в качестве поверхностно-активных добавок используют анионно-активные добавки, например пластификатор С-3, который вводят после вторичного измельчения угля и охлаждения суспензии в количестве 0,5-1, мас. от массы твердой фазы.

Размер 1-3 мм частиц угля, получаемых после мокрого измельчения, определяется из условия соответствия оптимальному размеру частиц, подаваемых на вторичное измельчение на вход в пароструйную мельницу, в которой частицы измельчаются до фракции 200-300 мкм, что соответствует размеру частиц водоугольной суспензии, подаваемой на сжигание. Применение пароструйных мельниц для доизмельчения частиц угля позволяет использовать потенциальную энергию давления и температуры, реализуемых в этих мельницах, тем самым снизить энергозатраты по сравнению с измельчительными устройствами мокрого измельчения.

Использование реактора нагрева сверхвысоких частот (СВЧ) для нагрева гидросмеси позволяет провести нагрев ее по всему объему до температур 200-300^оС с одновременным регулированием времени пребывания гидросмеси в зоне этих температур, что также ведет к снижению энергетических затрат.

Нагрев гидросмеси в реакторе до температур 200-300^оС в сочетании с регулированием времени пребывания гидросмеси в зоне высоких температур (1-30 мин) обеспечивает необходимую гидрофобизацию поверхности угольных частиц. При более низких температурах и (или) малых временах пребывания гидросмеси в зоне высоких температур процесс гидрофобизации поверхности частиц угля не успевает завершиться. При более высоких температурах и (или) больших временах пребывания в зоне высоких температур возможно начало процесса термической деструкции частиц угля, что также является нежелательным.

Выбор температуры воды, подаваемой в измельчитель (30-90^оС), определяется тем, что при температуре ниже 30^оС ухудшается смачиваемость угля и требуется больше времени для его смешения с водой, а при температуре выше 90^оС начинается заметное парообразование, приводящее к потерям воды.

Массовое содержание исходного бурого угля в гидросмеси (35-45 мас.) определяется тем, что при влажности менее 55 мас. гидросмесь недостаточно транспортабельна, а при влажности выше 65 мас. возрастают объем воды, циркулирующей в системе приготовления, затраты тепла и энергии на ее прогрев и удаление.

В качестве поверхностно-активного вещества используют, например, пластификатор С-3, который представляет собой смесь нейтрализованных едким натром полимерных соединений разной относительной молекулярной массы, получаемой при конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом и технических лигносульфонатов. Пластификатор С-3 изготовляется в соответствии с ТУ 6-36-0204229-625-90.

В качестве ПАВ может использоваться понизитель вязкости полифенольный лесохимический (ПФЛХ), который изготавливается в соответствии с ТУ 81-05-71-80 из растворимой смолы, формалина, сульфита натрия и гидрата окиси натрия. Могут использоваться в качестве ПАВ лигносульфонаты технических (ЛСТ), изготавливаемые в соответствии с ТУ 13-0281036-05-89. ЛСТ А лигносульфаты технические натриевые или кальций-натриевые жидкие с улучшенными связующими свойствами. Может быть использован в качестве ПАВ углещелочной реагент (УЩР), изготавливаемый в соответствии с ТУ 39-01-247-76.

Количество выбранного ПАВ 0,5-1 мас. определяется тем, что при количестве добавки менее 0,5 мас. не наблюдается образования стабильной суспензии, устойчивой к расслоению и обладающей приемлемыми значениями вязкости. При количестве ПАВ выше 1 мас. не наблюдается существенного улучшения свойств суспензии.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема способа получения водоугольной суспензии.

Исходный бурый уголь поступает в измельчительное устройство, например на молотковую дробилку 1, куда одновременно подают воду с температурой 30-90^оС и проводят мокрое измельчение угля до крупности частиц 1-3 мм с получением гидросмеси, содержащей 35-45% твердой фазы, затем гидросмесь направляют в грубодисперсный классификатор 2, из которого уголь крупностью более 1-3 мм возвращают обратно на доизмельчение в молотковую дробилку 1. Полученную гидросмесь, содержащую 55-65% воды, из классификатора 2 насосом (не показан) подают в теплообменник 3, где происходит подогрев гидросмеси до температур 115-195^оС. После теплообменника 3 гидросмесь подают в реактор 4 нагрева сверхвысоких частот (СВЧ), в котором происходит нагрев гидросмеси по всему объему токами высокой частоты до температур 200-300^оС по давлением 1,5-10 МПа. Подачу гидросмеси в реактор 4 нагрева осуществляют из условия пребывания гидросмеси в зоне указанных температур от 1 до 30 мин. Из реактора 4 нагрева гидросмесь поступает в паростуйную мельницу 5, в которой происходит доизмельчение угля до фракции 200-300 мкм, при этом давление снижают до 0,3-1,0 МПа. Далее гидросмесь направляют в мелкодисперсный классификатор 6, где происходит отделение твердых частиц угля больше 200-300 мкм, которые направляют в реактор 4 нагрева, а гидросмесь направляют в теплообменник 3. После теплообменника 3 трехфазный поток (парогазовая смесь и гидросмесь) направляют в сепаратор 7, где производят отделение паров воды и газообразных продуктов баротермообработки от гидросмеси и направляют их в конденсатосборник 8. Из конденсатосборника 8 парогазовую смесь направляют для смешения с исходной водой для нагрева последней до 30-90^оС, а газообразные продукты баротермообработки бурого угля подают в камеру сжигания (на чертеже не показана). Полученную водоугольную суспензию направляют в гомогенизатор 9, куда подают поверхностно-активные добавки, например пластификатор С-3 в количестве от 0,5 до 1 мас. от массы твердой фазы, понижающий вязкость и стабилизирующий свойства готовой водоугольной суспензии, направляемой далее в резервуар 10 готовой продукции. Подачу поверхностно-активной добавки в водоугольную суспензию проводят после ее охлаждения, поскольку при более высоких температурах начинается разложение ПАВ (анионно-активных добавок пластификатора С-3, ЛСТ, УЩР и др.).

При необходимости расширения возможностей регулирования технологическим процессом получения водоугольной суспензии и повышения уровня безопасности нагрев гидросмеси и охлаждение прошедшей баротермообработку гидросмеси, доизмельчение твердой фазы, pазделение готовой суспензии в аппаратуре могут быть выполнены не в единичных агрегатах, а на разделенных на две ступени, т. е. в системах, имеющих низкотемпературные и высокотемпературные теплообменники и пароструйные мельницы.

Пример осуществления способа получения водоугольной суспензии с двумя теплообменниками и пароструйными мельницами.

Бурый уголь (W^р 25 мас. А^р 9 мас. С^р 43,7 мас. Н^р 3 мас. N^р 6 мас. Q^р 13 мас. S^р 0,2 мас.) с расходом 18 кг/мин подают на молотковую дробилку. На выходе из дробилки к углю, раздробленному до фракции 1-3 мм, добавляют воду с расходом 12 кг/мин. Полученную гидросмесь, содержащую 55 мас. воды, нагревают в низкотемпературном теплообменнике до температуры 140^оС, а затем в высокотемпературном теплообменнике до температуры 220^оС, после чего гидросмесь нагревают в реакторе нагрева (СВЧ) под давлением 100 МПа до температуры 300^оС. Время прохождения гидросмеси через зону минимальной температуры составляет 1 мин, в результате чего процесс гидрофобизации бурого угля произошел. Затем нагретая гидросмесь поступает в высокотемпературную пароструйную мельницу, где давление снижается до 8,0 МПа, температура гидросмеси снижается до 270^оС, и происходит первичное доизмельчение угольных частиц до размера 500 мкм. Из трехфазного потока (парогазовая смесь, вода, твердые частицы) удаляется 6,5 кг/мин и 0,084 кг/мин газа, состоящего из, СО₂ 82; СО₃ 3; О₂ 15 (без учета азота). Частично обезвоженную и измельченную гидросмесь подают на классификатор, откуда частицы фракции 500 мкм возвращают на повторное доизмельчение, а остальную часть гидросмеси подают в высокотемпературный теплообменник, где температура гидросмеси понижается до 190^оС, затем гидросмесь поступает на низкотемпературную струйную мельницу, в которой температура гидросмеси понижается до 180^оС, а давление сбрасывается до 1,0 МПа, и происходит вторичное окончательное доизмельчение угольных частиц до фракции 200 мкм. Из трехфазного потока удаляется около 1,1 кг/мин воды и 0,013 кг/мин газа, состоящего в основном из СО₂ и О₂. Далее гидросмесь проходит классификатор, откуда частицы классов более 200 мкм возвращают на повторное доизмельчение, а остальная часть гидросмеси подается в низкотемпературный теплообменник, в результате чего температура гидросмеси понижается до 100^оС. В полученную смесь добавляют поверхностно-активную добавку, например пластификатор С-3, в количестве 0,5-1,0 мас. от массы твердой фазы, гидросмесь перемешивают в гомогенизаторе, а затем подают в резервуар готовой суспензии с массовой долей твердой фазы 60 мас. Технологические параметры получения такой суспензии и ее реологические свойства представлены в табл. 1. Примеры, иллюстрирующие влияние соотношения твердой и жидкой фаз, условий нагрева, используемых поверхностно-активных добавок, приведены в табл. 1, 2 и 3.

При времени пребывания гидросмеси в реакторе нагрева (СВЧ) менее 1 мин и температуре 300^оС процесс гидрофобизации не успевает завершиться, то же самое происходит при температуре 200^оС, если время пребывания менее 30 мин.

В случае отсутствия высокотемпературных теплообменника и пароструйной мельницы упрощается технологическая схема получения водоугольной суспензии, но произвольность падает, так как возрастает время пребывания гидросмеси в реакторе нагрева (СВЧ).

Использование СВЧ-реактора нагрева за счет объемного тепловыделения позволяет уменьшить время пребывания гидросмеси в реакторе по сравнению с нагревом гидросмеси в трубчатом реакторе.

Измельчение бурового угля до крупности 1-3 мм требует 0,6-0,7 кВтч/т, а окончательное доизмельчение угля происходит за счет потенциальной энергии давления и температуры, реализуемых в пароструйных мельницах. При получении гранулометрического состава 200-300 мкм в обычных измельчительных устройствах мокрого измельчения энергозатраты составляют 1,0-1,1 кВтч/т, т.е. энергозатраты на измельчение снижаются в 1,5 раза. (Труды европейского совещания по измельчению. М. Стройиздат, 1966, с. 206 (1-3 мм W_уд 0,6-0,7 кВтч/т, 250-300 мкм W_уд 1 кВтч/т)).

Таким образом, при использовании предлагаемого способа получения водоугольной суспензии возможно получение транспортабельной высококонцентрированной водобуроугольной суспензии с содержанием твердой фазы до 60-70 мас. с возможностью регулирования гранулометрического состава суспензии, утилизации тепла, расходуемого на нагрев первичной гидросмеси, использование потенциальной энергии высокого давления на тонкое измельчение гидросмеси, прошедшей баротермообработку.

Сущность изобретения: водоугольную суспензию получают мокрым измельчением бурого угля с водой при 30 - 90 С с получением гидросмеси, содержащей 35 - 45 мас.% твердой фазы фракции 1 - 3 мм, нагревом ее до температуры 200 - 300^oС под давлением 1,5 - 10 МПа одновременно по всему объему токами высокой частоты в реакторе нагрева сверхвысоких частот со скоростью подачи гидросмеси, обеспечивающей время пребывания ее в интервале указанных температур 1 - 30 мин, охлаждением гидросмеси до 30 - 90^oС, сбросом давления до 0,3 - 1,0 МПа, отделением парогазовой смеси от образующейся суспензии до получения готового продукта, смешением ее с исходной водой для нагрева ее до 30 - 90^oС и введением поверхностно-активной добавки. В качестве поверхностно-активной добавки используют пластификатор С - 3 в количестве 0,5 - 1,0 мас. % от массы твердой фазы, который вводят в гидросмесь после вторичного измельчения угля и охлаждения гидросмеси. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. 3 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ путем мокрого измельчения бурого угля с водой при 30 - 90^oС с получением гидросмеси, содержащей 35 - 45 мас.% твердой фазы, нагрева ее до 200 - 300^oС под давлением 1,5 - 10 МПа, охлаждения гидросмеси до 30 - 90^oС и сброса давления после барометрической обработки до 0,3 - 1,0 МПа, отделения парогазовой смеси от образующейся суспензии до получения готового продукта и смешения ее с исходной водой для нагрева последней до 30 - 90^oС и введения поверхностно-активной добавки, отличающийся тем, что мокрое измельчение бурого угля проводят до фракции 1 - 3 мм и после барометрической обработки гидросмеси проводят вторичное измельчение угля в пароструйной мельнице до фракции 200 - 300 мкм, при этом нагрев гидросмеси до 200 - 300^oС осуществляют одновременно по всему объему токами высокой частоты в реакторе нагрева сверхвысоких частот со скоростью подачи гидросмеси, обеспечивающей время пребывания ее в интервале указанных температур 1 - 30 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активной добавки используют анионоактивные добавки, например пластификатор С, в количестве 0,5 - 1,0 мас.% от массы твердой фазы, который вводят в гидросмесь после вторичного измельчения угля и охлаждения гидросмеси.