Способ получения водоугольной суспензии

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6