[发明专利]一种利用煤或煤矸石生产高热值水煤浆的工艺及采用该工艺的煤气化工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤气化工艺领域，具体涉及一种利用煤或煤矸石生产高热值水煤浆并副产矿物质复合肥的方法。

背景技术

传统的煤气化工艺中，根据气化炉所使用的原料的不同，分为干法煤气化工艺和水煤浆煤气化工艺，前者直接以压缩气体携带干燥煤粉进入气化炉中进行气化，后者则通常将煤粉与水混合成水煤浆后进入气化炉进行气化。由于湿法煤气化工艺在供料连续性、稳定性、成本方面优于干法煤气化工艺，因此前者在工业上更具有应用前景。实际上水煤浆气化已得到比较广泛的应用。中国几乎所有化肥都是通过煤气化制氢，进一步合成氨进而生产各种化肥。

当前的商业湿法煤气化炉对原料水煤浆具有严格的要求，例如要求在确保水煤浆流动稳定性的情况下其固体含量尽可能高以便确保高热值和高气化效率；同时还要求水煤浆中的灰分尽可能低，以便降低气化炉内高温气流夹带的灰渣对构成气化炉炉壁的耐火砖的冲刷侵蚀，因为灰分中的铁、钙、镁等金属的氧化物会渗入耐火砖内部并发生化学反应，导致耐火砖内部疏松，强度下降，造成耐火砖蚀损。

对水煤浆的上述严格要求导致目前煤气化工业上只能用优质煤作为制备水煤浆的原料，其中所述优质煤的指标如下：热值高于4500千卡/千克，灰分含量低于20wt％。水煤浆气化炉无法加工处理劣质煤，很大程度上限制了水煤浆气化工艺的应用范围。同时，优质煤的开采量日趋减少且成本较高，而煤矿中却有大量的劣质煤无法得到除了用作家庭燃料之外的有效的利用。劣质煤一般至少具有以下特征之一：灰分含量高、固定碳含量低、无灰干燥基挥发分含量高、灰软化温度偏低，燃烧时产生烟尘较大、易结焦、煤矸石含量高，发热量低(发热量通常低于4500千卡/千克)，等等。为统一起见，本发明中将劣质煤定义为包含含碳-氢的可燃物和至少20wt％的矿物质杂质的煤。例如，劣质煤可以为洗选中煤、煤泥或煤矸石。本领域迫切需要一种能够以劣质煤作为原料来制备合格的水煤浆的技术，但劣质煤的特点是矿物质杂质含量高(一般高于20wt％，例如25-45wt％)，热值低，其直接粉碎后无法用于配制合格的水煤浆来供应现有的气化炉。必须对劣质煤进行必要的提纯处理以将其中的含碳-氢的可燃物与矿物质充分分离，才有可能以劣质煤为原料制备优质水煤浆。

原煤中存在的矿物质杂质大体分为两种，其中第一种是原始木材在成煤过程中由周围地层环境中混入的土壤或岩石碎末，其与原煤中的含碳-氢的可燃物以宏观尺度混合，且结合程度相对较弱。另一种是原始木材在其生长过程中本身就由植物根系从原始土壤中吸收的矿物质微量营养元素，因其与木材共生，故这部分矿物质杂质与含碳-氢的可燃物以微观尺度混合且结合非常紧密。常规的洗煤工艺和选煤工艺只能将原煤中第一种矿物质杂质进行初步分离，但均不能将原煤中以微观尺度彼此嵌合的含碳-氢的可燃物与第二种矿物质杂质进行很有效的分离，对于劣质煤尤其如此。此外，现有技术的水煤浆中，通常只将原煤粉碎至60-100微米左右，因为再降低粒度则成本剧增，且过程总体效率并不能提高多少，得不偿失。

现有的煤气化炉还副产大量矿物质残渣，如何处理这些矿物质残渣也是煤气化企业的一个严峻问题。通常这些矿物质残渣只适合于用作最低等的原材料用于制砖或制水泥或铺路，但如果煤气化工厂附近没有砖厂或水泥厂的话，则高昂的运输成本使得其并不能被实际利用。也曾经有人提出过用这些矿物质残渣作为土壤肥料或土壤改良剂，但问题在于，这些矿物质残渣经过了气化炉内的高温环境后已经被充分烧结甚至玻璃化，其中的有用矿物质微量元素很难在自然条件下释放出来，因此其难以被植物根系所吸收，其作为肥料或土壤改良剂的效果十分有限。综合各种因素，煤气化工厂所大量副产的这些矿物质残渣只能被抛弃处理，别无他用，既造成环境污染又无法从中回收经济价值。

本发明旨在解决上述所有问题。

发明内容

本发明第一方面提供了一种利用煤或煤矸石生产高热值水煤浆的工艺，其中所述煤或煤矸石包含不可燃的矿物质和含碳-氢的可燃物，所述工艺包括以下步骤：

A、将煤或煤矸石在水中湿磨至颗粒物的平均粒径小于500微米，然后在继续湿磨的过程中加入添加剂在水煤浆中充分混合分散均匀，得到含有添加剂的微纳水煤浆；

B、向所述含有添加剂的微纳水煤浆中通入直径小于200微米的微气泡，其中黏附了所述添加剂的矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，其中含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，由此实现含碳-氢可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离；

C、将所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮物流中分离出来，经压滤混合配制成热值高于4000千卡/千克的高热值水煤浆。