Способ обогащения угля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологиям и оборудованию для отделения углеродсодержащего компонента природного угля, угольного шлама или отходов углеобогащения от минералсодержащего компонента (пустой породы и глины) и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля. Уголь смешивают с водой с получением водно-угольной суспензии, разделяют углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу в названной водно-угольной суспензии и затем выделяют названный углеродсодержащий компонент. Углеродсодержащий компонент и золу разделяют в названной водно-угольной суспензии вдуванием в нее водяного пара. Устройство содержит рабочую камеру, снабженную входом и выходом, средство загрузки воды и угля в полость рабочей камеры, установленное на ее входе, и средство для разделения золы и воды, установленное на ее выходе, а также парогенератор, соединенный с рабочей камерой таким образом, что пар от парогенератора поступает в ее полость посредством установленных в ней сопел. Технический результат - простота, низкая стоимость и высокая эффективность. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологиям и оборудованию для отделения углеродсодержащего компонента природного угля, угольного шлама или отходов углеобогащения от минералсодержащего компонента (пустой породы и глины) и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля.

Известно большое количество технологий обогащения угля. Например, известен способ обеззоливания угля, по которому исходный природный уголь размалывают до размера частиц около 150 мк, затем смешивают с эмульсией из гидроуглеродной жидкости, содержащей агломерирующий агент, представляющий собой смесь из легких и тяжелых масляных фракций, и воду, таким образом, чтобы частицы угля смачивались гидроуглеродной жидкостью в первую очередь, а гидрофильные частицы пустой породы диспергировали в воде, образуя взвесь. В присутствии необработанного угля при этом происходит агломерация углеродсодержащих частиц. Далее взвесь пустой породы удаляется вместе с водой, а агломерированные частицы углеродсодержащего компонента обрабатываются сухим паром, не содержащим окислительных ингредиентов и имеющим температуру 100-245°С для отделения агломерирующего агента от частиц угля [патент США №4396396]. Описанный способ характеризуется сложностью и высокой стоимостью.

Известен также способ обогащения угля, по которому извлекают из угля серу и золу, для чего уголь измельчают, смачивают спиртовым раствором, в котором спирт содержит 1-4 атома углерода (например, метанол) до его набухания, т.е. поступления названного раствора в поры. Затем обрабатываемый уголь выщелачивают неорганической кислотой, причем смачивание и выщелачивание проводят при температуре ниже 100°С [патент США №4618346]. Этот способ имеет те же недостатки, что и описанный выше.

Известен также способ обогащения каменного угля, который включает добавление в водную дисперсию угля агломерирующей смеси, содержащей легкий углеводород (н-гексан, н-пентан, петролейный эфир) с температурой кипения не выше 70°С в количестве 2-50%, тяжелый углеводород (каменноугольное масло) с температурой кипения 200-400°С, остаточные продукты нефти или их смеси в количестве 0,2-3% и неионогенную маслоподобную добавку, полученную регулируемым пропоксилированием фенольных фракций из угольных коксовальных дегтей в количестве 0,02-1% от массы угля, при этом пропоксилированные фенольные фракции являются этоксилированными, тяжелый углеводород выбирают из антраценовых масел, газопромывочных масел или их смеси [патент РФ №20143050]. Этот способ также сложен и требует значительных эксплуатационных затрат.

Известен также способ обогащения каменного угля, включающий добавление в водную дисперсию угля агломерирующей смеси легкого углеводорода (например, петролейного эфира) с температурой кипения, не превышающей 70°С, тяжелого углеводорода (например, каменноугольного масла) с температурой кипения 200-400°С, остаточных продуктов нефтеперегонки или их смеси и неионогенной добавки - маслорастворимых пропоксилированных фенольных или алкилфенольных соединений, перемешивание дисперсии и последующее выделение агломератов обогащенного угля, при этом легкий углеводород используют в количестве 2-50%, неионогенную добавку - в количестве 0,02-1% и тяжелый углеводород в количестве 0,2-3% от массы каменного угля, причем маслорастворимые пропоксилированные фенольные и алкилфенольные соединения являются этоксилированными, тяжелый углеводород выбирают из антраценовых масел, газопромывочного масла или их смесей [патент РФ №2014349]. Эта технология также сложна и имеет высокую стоимость.

Известен также способ обеззоливания угля, включающий приготовление суспензии из угля и воды, добавление в нее агента, способного вступать в реакцию с нежелательными глинными минералами для образования водорастворимого комплекса, где базовый раствор имеет рН 7-13 и концентрация водорастворимого комплекса 50-5000 жидких частей на 1 миллион частей воды, разделение угля и шлама путем пенной флотации, формирование отфильтрованных кусков из отделенного угля, осушение названных кусков, обработку сухой пеной и полное фильтрование отфильтрованного угля [патент США №5402894]. Этот способ по наибольшему количеству сходных с предлагаемым способом обогащения угля является его ближайшим аналогом и принят за прототип изобретения. Недостатками прототипа являются: сложность технологии и использование химических реагентов, что определяет высокую стоимость обогащения.

Изобретение решает задачу создания способа обогащения угля или угольного шлама, который характеризовался бы простотой, низкой стоимостью и высокой степенью удаления золы.

Для решения поставленной задачи предлагается способ обогащения угля, по которому исходное угольное сырье и воду смешивают с получением водно-угольной суспензии, разделяют углеродсодержащий компонент исходного угольного сырья и золу в названной водно-угольной суспензии и затем выделяют названный углеродсодержащий компонент, причем углеродсодержащий компонент и золу разделяют вдуванием водяного пара в названную водно-угольную суспензию.

В качестве исходного угольного сырья может служить как природный уголь, так и угольный шлам и отходы углеобогащения.

Для разделения углеродсодержащего компонента и золы водяной пар целесообразно подавать в водно-угольную суспензию в виде отдельных струй (которые могут быть равномерно распределены по сечению названной суспензии), преимущественно имеющих скорость, не превышающую скорость звука.

Наиболее целесообразно использовать предлагаемый способ для исходного угольного сырья, преимущественно угля, имеющего размер частиц не более 50 мм, либо предварительно измельчать его до указанного размера.

При осуществлении способа наиболее экономично поддерживать расход водяного пара не более 100 кг на 1 тонну исходного угольного сырья.

В случае, если в качестве угольного сырья используется энергетический уголь с размером частиц до 100 мм, целесообразно смешивать его с водой таким образом, чтобы водно-угольная суспензия содержала 0,5-3 мас. части воды на 1 мас. часть угля.

В случае, если в качестве угольного сырья используется коксующийся или спекающийся уголь с размером частиц не более 50 мм, целесообразно смешивать его с водой таким образом, чтобы водно-угольная суспензия содержала 1,0-8,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля.

В случае, если исходное угольное сырье имеет зольность менее 80%, целесообразно смешивать его с водой таким образом, чтобы водно-угольная суспензия содержала 2,0-25,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля.

В случае, если исходное угольное сырье имеет зольность более 40%, целесообразно смешивать его с водой таким образом, чтобы водно-угольная суспензия содержала 7,0-9,0 мас. частей воды на 1 мас. часть угля.

Известные ранее устройства, используемые для обогащения угля, непригодны для осуществления описанного способа, поэтому предлагается устройство для его осуществления.

Устройство для обогащения угля описанным способом содержит рабочую камеру, снабженную входом и выходом, средство загрузки воды и угля в полость рабочей камеры, установленное на ее входе, и средство для отделения золы и воды, установленное на ее выходе, а также парогенератор, соединенный с рабочей камерой таким образом, что пар от парогенератора поступает в ее полость посредством установленных в ней сопел.

Рабочая камера может быть выполнена в форме закрытого или открытого контейнера, дно которого расположено под таким углом к горизонтали, чтобы водно-угольная суспензия перемещалась от входа к выходу со скоростью, достаточной для отсутствия необратимого оседания частиц.

Также рабочая камера может быть снабжена шнеком, перемещающим водно-угольную суспензию от входа к выходу.

Закрытый контейнер может быть снабжен съемной крышкой либо может быть выполнен цельным, например, в форме цилиндрической или конической трубы.

Сопла, через которые водяной пар подается в полость рабочей камеры, могут быть установлены либо в днище рабочей камеры, либо в крышке рабочей камеры, либо в боковых стенках рабочей камеры.

Средство загрузки воды и угля может быть любой формы, но целесообразно выполнять его в форме воронки.

В качестве средства для отделения золы и воды может использоваться вибросито.

Устройство с разными модификациями рабочей камеры изображено на фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, которое содержит: средство загрузки, имеющее воронкообразную форму 1, рабочую камеру в форме цилиндрического контейнера 2, шнек 4, стенки контейнера снабжены соплами для подачи пара 5, средство для отделения воды и золы, выполненное в форме вибросита 6, и парогенератор 7.

На фиг.2 изображено устройство, которое содержит: средство загрузки, имеющее воронкообразную форму 1, рабочую камеру в форме закрытого контейнера 2, крышку рабочей камеры 3, в которой установлены сопла для подачи пара 5, средство для отделения воды и золы, выполненное в форме вибросита 6, и парогенератор 7.

Способ обогащения угля осуществляют посредством описанного устройства следующим образом. Природный уголь измельчают известными способами до оптимального для обогащения размера или отделяют фракцию исходного угля данного размера также известными способами. Далее полученный уголь совместно с водой подают в средство загрузки 1, где образуется водно-угольная суспензия. При этом часть золы образует взвесь в воде, а часть золы удерживается на поверхности угольных частиц. Далее названная суспензия поступает в рабочую камеру 2, где перемещается от входа к выходу либо самотоком, со скоростью, достаточной для отсутствия необратимого оседания частиц, либо с помощью шнека 4. Одновременно через водно-угольную суспензию пропускается водяной пар, который поступает из парогенератора 7 через сопла 5 в виде ряда струй. Водяной пар конденсируется на поверхности угольных частиц, вследствие чего возникают ультразвуковые колебания давления, распространяющиеся в объем водно-угольной смеси. Это приводит к разуплотнению размокающей составляющей зольной фракции, возникновению колеблющихся парогазовых пузырьков в микрокавернах сростков золы и угольных частиц, что способствует разрушению сростков.

Кроме того, конденсация пара в водно-угольной суспензии позволяет диспергировать и взвешивать зольные частицы в воде, не позволяя им слипаться. Дополнительное диспергирующее воздействие возникает вследствие известных эффектов дегазации, растворенного в водно-угольной суспензии воздуха и отделения от зольных и угольных частиц поверхностно-активных веществ с последующим их эмульгированием, вследствие возникновения ультразвуковых колебаний при конденсации паровой струи в смеси.

Обработанная паром водно-угольная суспензия поступает из рабочей камеры в средство разделения углеродсодержащего компонента (обогащенный уголь) и золы 6. Разделение может быть осуществлено путем удаления взвешенных в воде зольных частиц, например, с помощью сита, либо центрифуги, либо отстойника.

Описанный способ позволяет обогащать уголь до уровня зольности менее 3.5%.

Таким образом, предлагаемый способ отличается простотой, не требует использования химических реагентов, поэтому имеет низкие эксплуатационные затраты, а также высокоэффективен.

Пример

Для обогащения используется исходный уголь ДСШ с размером частиц 30 мм и меньше, имеющий среднюю зольность 21%. Примерно 25% массы угля имеет размер более 20 мм и зольность 30%. Кроме того, примерно 20% массы угля имеет размер менее 0,5 мм и исходную зольность около 17%. Фракция 0,5-20 мм имеет зольность около 20%.

Уголь подвергают обработке на описанной установке. В воронкообразное средство загрузки подают уголь совместно с водой в пропорции на 1 часть мас. угля - на 2.5 мас. воды.

Полученную при этом водно-угольную суспензию подают далее в рабочую камеру, выполненную в форме закрытого контейнера, дно которого расположено под углом 30° к горизонтали и в крышке которого расположены сопла, соединенные с парогенератором. Под действием собственного веса водно-угольная суспензия самотоком передвигается поступательно от входа рабочей камеры к ее выходу со скоростью, достаточной для отсутствия необратимого оседания частиц. Через сопла в полость камеры поступает водяной пар, который, воздействуя на частицы угля, разрушает их сростки с зольными частицами.

Из рабочей камеры водно-угольная эмульсия поступает на вибросито, где из нее удаляется вода и зольные частицы. Содержание золы в обогащенном угле составляет 2.9%.

1. Способ обогащения угля, по которому смешивают исходное угольное сырье и воду с получением водно-угольной суспензии, разделяют углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу в названной водно-угольной суспензии и затем выделяют названный углеродсодержащий компонент, отличающийся тем, что названные углеродсодержащий компонент и золу разделяют в названной водно-угольной суспензии вдуванием в нее водяного пара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем является природный уголь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем является угольный шлам.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем являются отходы углеобогащения.

5. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что водяной пар вдувают в водно-угольную суспензию в виде отдельных струй.

6. Способ обогащения угля по п.5, отличающийся тем, что скорость водяного пара в каждой струе не превышает скорость звука.

7. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходное угольное сырье имеет размер частиц не более 300 мм.

8. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходное угольное сырье предварительно измельчают.

9. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что расход водяного пара составляет не более 300 кг на 1 т исходного угольного сырья.

10. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что водно-угольная суспензия содержит 0,5-3 мас. ч. воды на 1 мас. ч. угля, а исходным угольным сырьем является энергетический уголь с размером частиц до 200 мм.

11. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что водно-угольная суспензия содержит 1,0-8,0 мас. ч. воды на 1 мас. ч. угля, а исходным угольным сырьем является коксующийся или спекающийся уголь с размером частиц не более 200 мм.

12. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что водно-угольная суспензия содержит 2,0-50,0 мас. ч. воды на 1 мас. ч. угля, а исходное угольное сырье имеет зольность менее 80%.

13. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что водно-угольная суспензия содержит 7,0-9,0 мас. ч. воды на 1 мас. ч. угля, а исходное угольное сырье имеет зольность менее 50%.

14. Устройство для обогащения угля или угольного шлама, отличающееся тем, что оно содержит рабочую камеру, снабженную входом и выходом, средство загрузки воды и угля в полость рабочей камеры, установленное на ее входе, и средство для разделения золы и воды, установленное на ее выходе, а также парогенератор, соединенный с рабочей камерой таким образом, что пар от парогенератора поступает в ее полость посредством установленных в ней сопел.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в форме открытого контейнера, дно которого расположено под таким углом к горизонтали, чтобы водно-угольная суспензия перемещалась от входа рабочей камеры к ее выходу.

16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в форме контейнера, снабженного шнеком.

17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в форме закрытого контейнера, дно которого расположено под таким углом к горизонтали, чтобы водно-угольная суспензия перемещалась от входа к выходу.

18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в форме закрытого контейнера, снабженного шнеком.

19. Устройство по п.14, отличающееся тем, что сопла установлены в днище рабочей камеры.

20. Устройство по п.14, отличающееся тем, что сопла установлены в крышке рабочей камеры.

21. Устройство по п.14, отличающееся тем, что сопла установлены в боковых стенках рабочей камеры.

22. Устройство по п.14, отличающееся тем, что средство загрузки воды и угля выполнено в форме воронки.

23. Устройство по п.14, отличающееся тем, что средством для разделения золы и воды является вибросито.