水煤浆和制备水煤浆的方法及其用途

1.本发明属于化工领域，具体而言，涉及水煤浆和制备水煤浆的方法及其用途。


背景技术：

2.油泥、浮渣、生化污泥、废离子交换树脂、废活性炭等化工废物从产生到处理的各个环节都存在着环境风险，并且由于化工产生当中产生的污染排放问题通常很难得到有效的解决，化工废物的排放非常的严重，这就给我们的生活环境带来很大的污染。随着节能环保和低碳生活理念的持续火热，对于环境的重视程度也逐渐增强，因此如何资源化处理上述化工废物亟待解决。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出水煤浆和制备水煤浆的方法及其用途。该制备方法既能改善多原料水煤浆的浓度、粘度以及流动性和稳定性，还能通过水煤浆的气化充分利用化工废物的热值并使其中的苯系物、酚类、蒽、芘及细菌等有机物在高温下分解，有效避免化工废物直接排放引起的环境污染问题。
4.本发明是基于发明人的以下发现提出的：
5.近年来，水煤浆在电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等多个行业得到了广泛应用。水煤浆作为一种新型煤基清洁燃料，由煤粉、分散剂和水通过一定比例和方法制备而成，高质量的水煤浆具有浓度高、粘度低以及良好的流动性和稳定性。而油泥、浮渣、生化污泥、废离子交换树脂、废活性炭等含碳化工废物具有一定热值及水分，发明人设想，可以将上述化工废物加入水煤浆中协同处理。
6.为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备水煤浆的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将制备原料与水煤浆添加剂和制浆水混合、研磨，以便得到水煤浆，其中，所述原料包括煤粉、油泥、浮渣和废离子交换树脂，所述废离子交换树脂的粒径小于煤粉的粒径。
7.根据本发明上述实施例的制备水煤浆的方法，发明人发现，油泥和浮渣具有网络结构、易吸水的特性，将其与水煤浆混合能够显著提高多原料水煤浆的稳定性，抑制颗粒沉降；并且，油泥中含有一定量的助剂，如石油磺酸盐等表面活性剂，使得其具有良好的亲水性，由此可以进一步增加水煤浆的流动性；此外，还可以利用粒径相对较小的废离子交换树脂与煤粉配合优化水煤浆粒度级别，从而实现水煤浆中煤颗粒的高效堆积，提高水煤浆浓度。由此，本发明上述制备水煤浆的方法不仅可以改善多原料水煤浆的浓度、粘度以及流动性和稳定性，而且将油泥、浮渣和废离子交换树脂与煤混合制备水煤浆再进行气化，既能充分利用此类化工废物的热值进而实现其资源化利用，且不影响后续气化工艺，还能使此类化工废物中的苯系物、酚类、蒽、芘及细菌等有机物在高温下分解，有效避免化工废物直接排放引起的环境污染问题，为化工废物的有效处理和资源化利用提供了新的思路和方向。
8.另外，根据本发明上述实施例的制备水煤浆的方法还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一些实施例中，所述原料包括：60～70重量份的煤粉、10～15重量份的油泥、10～15重量份的浮渣、10～15重量份的废离子交换树脂。
10.在本发明的一些实施例中，所述原料进一步包括0～10重量份的生化污泥和0～20重量份的废活性炭。
11.在本发明的一些实施例中，所述水煤浆添加剂的用量为0.5～1重量份。
12.在本发明的一些实施例中，制备水煤浆的方法至少满足以下条件之一：所述废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm；所述煤粉的粒径不大于1.5mm；所述水煤浆添加剂包括分散剂和稳定剂，所述分散剂包括选自萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐殖酸盐中的至少之一，所述稳定剂包括聚丙烯酰胺絮凝剂和/或羧甲基纤维素。
13.在本发明的一些实施例中，所述水煤浆的浓度为58～62wt％、粘度不大于1200mpa
·
s、ph值为7～9、静置7天的析水率不大于7％且无硬质沉淀产生。
14.在本发明的一些实施例中，制备水煤浆的方法进一步包括：(1)对煤进行破碎处理，以便得到煤粉；(2)将煤粉与制浆水混合并进行第一研磨处理；(3)将第一研磨产物与水煤浆添加剂混合并进行第二研磨处理，其中，除煤粉外的剩余原料分别独立地在步骤(1)或步骤(2)中引入。
15.在本发明的一些实施例中，所述第二研磨处理的时间为20～30min。
16.根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种水煤浆。根据本发明的实施例，该水煤浆采用上述制备水煤浆的方法得到。该水煤浆不仅热值高，还具有浓度高、粘度低，且流动性和稳定性好的特点。
17.根据本发明的第三个方面，本发明提出了上述制备水煤浆的方法在处理化工废物中的用途。由此，既能实现化工废物的有效处理和资源化利用，还能避免化工废物直接排放引起的环境污染问题，兼顾了化工废物的有效处理和环保问题。
18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备水煤浆的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将制备原料与水煤浆添加剂和制浆水混合、研磨，以便得到水煤浆，其中，原料包括煤粉、油泥、浮渣和废离子交换树脂，废离子交换树脂的粒径小于煤粉的粒径。发明人发现，油泥和浮渣具有网络结构、易吸水的特性，将其与水煤浆混合能够显著提高水煤浆的稳定性，抑制颗粒沉降；并且，油泥中含有一定量的助剂，如石油磺酸盐等表面活性剂，使得其具有良好的亲水性，由此可以进一步增加水煤浆的流动性；此外，还可以利用粒径相对较小的废离子交换树脂与煤粉配合优化水煤浆粒度级别，从而实现水煤浆中煤颗粒的高效堆积，提高水煤浆浓度。由此，本发明上述制备水煤浆的方法不仅可以改善多原料水煤浆的浓度、粘度以及流动性和稳定性，例如可以使水煤浆的浓度达到为58～62wt％、粘度
不大于1200mpa
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s、ph值为7～9、静置7天的析水率不大于7v％且无硬质沉淀产生，而且将油泥、浮渣和废离子交换树脂与煤混合制备水煤浆再进行气化，既能充分利用此类化工废物的热值进而实现其资源化利用，且不影响后续气化工艺，还能使此类化工废物中的苯系物、酚类、蒽、芘及细菌等有机物在高温下分解，有效避免化工废物直接排放引起的环境污染问题，为化工废物的有效处理和资源化利用提供了新的思路和方向。
21.下面对本发明上述实施例的制备水煤浆的方法进行详细描述：
22.根据本发明的一个具体实施例，制备水煤浆的原料可以包括：60～70重量份的煤粉、10～15重量份的油泥、10～15重量份的浮渣、10～15重量份的废离子交换树脂，例如可以包括：重量份数为60、62、64、66、68或70等的煤粉，重量份数为10、11、12、13、14或15等的油泥，重量份数为10、11、12、13、14或15等的浮渣，重量份数为10、11、12、13、14或15等的废离子交换树脂。发明人发现，由于化工废物的成分复杂，若水煤浆原料配料不恰当可能会影响水煤浆的成浆性能、粘度和水煤浆浓度，例如，若油泥和浮渣的用量较少，对改善水煤浆稳定性和流动性的效果不明显；若废离子交换树脂的用量过少，很难进一步优化煤粉的粒度级配，对提高水煤浆浓度的效果不明显；而若油泥、浮渣和废离子交换树脂的用量过高，又会显著降低水煤浆整体热值，并且油泥添加量过多还会增加水煤浆的粘度，需要更多的水煤浆添加剂来平衡水煤浆的粘度和稳定性等，而水煤浆添加剂的用量增加也会降低水煤浆的热值，本发明中通过综合控制煤粉、油泥、浮渣和废离子交换树脂为上述用量范围，不仅可以显著改善多原料水煤浆的浓度、粘度以及流动性和稳定性，还能保证水煤浆具有较高的热值。
23.根据本发明的再一个具体实施例，制备水煤浆的原料可以进一步包括0～10重量份的生化污泥和0～20重量份的废活性炭，例如可以包括：重量份数为1、3、5、7、9或10等的生化污泥，重量份数为1、3、5、7、9、11、13、15、17或19的废活性炭。发明人发现，生物污泥也具有网络结构、易吸水的特性；并且，废活性炭具有发达的孔隙结构，易吸水，在水煤浆中引入一定量的生化污泥和/或废活性炭也能显著提高水煤浆的稳定性；进一步地，为避免生化污泥和废活性炭添加量过多影响水煤浆热值及浓度、成浆性等性能，可以控制生化污泥的加入量不大于10重量份、废活性炭的加入量不大于20重量份，由此可以使水煤浆兼具浓度高、粘度小、流动性和稳定性好，且热值高的优点。
24.根据本发明的又一个具体实施例，水煤浆添加剂的用量可以为0.5～1重量份，例如可以为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等重量份。发明人发现，当水煤浆的原料组成包括：60～70重量份的煤粉、10～15重量份的油泥、10～15重量份的浮渣、10～15重量份的废离子交换树脂、0～10重量份的生化污泥和0～20重量份的废活性炭时，无需添加过多的水煤浆添加剂，仅利用各原料组分各自的结构、组成及特性即可显著改善多原料水煤浆的浓度、粘度、流动性和稳定性，而通过控制水煤浆添加剂的用量为0.5～1重量份，可以进一步提高水煤浆的品质，确保其浓度可以达到58～62wt％、粘度不大于1200mpa
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s、ph值为7～9、静置7天的析水率不大于7％且无硬质沉淀产生。
25.根据本发明的又一个具体实施例，本发明中水煤浆添加剂的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，水煤浆添加剂可以包括分散剂和稳定剂，其中分散剂可以包括选自萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐殖酸盐中的至少之一，稳定剂可以包括聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素中的至少之一，由此可以进一步改善多原料水
煤浆的浓度、粘度、流动性和稳定性等，从而进一步提高水煤浆的品质。
26.根据本发明的又一个具体实施例，制备水煤浆的原料中，油泥、浮渣、废离子交换树脂、生化污泥和废活性炭的总质量与煤粉的质量比优选不大于1:1，更优先不大于0.65:1，例如可以不大于0.5/1或0.4/1等，由此可以在不显著影响水煤浆热值的基础上实现化工废物的资源化利用和环保处理。
27.根据本发明的又一个具体实施例，废离子交换树脂的粒径小于煤粉的粒径，其中，煤粉的粒径可以为本领域制备水煤浆工艺中常用的煤粉粒径范围，废离子交换树脂的粒径可以为0.4～0.9mm，由此可以进一步优化水煤浆的粒度级配，提高水煤浆的浓度。进一步地，煤粉的粒径不大于1.5mm，优选煤粉包括多种不同粒径范围的煤粉颗粒，由此可以进一步优化水煤浆粒度级别，实现水煤浆中煤颗粒的高效堆积，提高水煤浆浓度。
28.根据本发明的又一个具体实施例，制备水煤浆的方法可以进一步包括：(1)对煤进行破碎处理，以便得到煤粉；(2)将煤粉与制浆水混合并进行第一研磨处理；(3)将第一研磨产物与水煤浆添加剂混合并进行第二研磨处理，其中，除煤粉外的剩余原料中，各化工废物可以根据其状态从系统不同部位引入到水煤浆制备系统，例如可以分别独立地在步骤(1)或步骤(2)中引入。由此可以进一步有利于水煤浆制备工艺的顺利进行，从而获得浓度高、粘度小、流动性和稳定性好水煤浆。进一步地，第二研磨处理的时间可以为20～30min，发明人发现，化工废物的加入量不同，第二研磨处理所需的时间也有所不同，而通过控制第二研磨处理时间为20～30min，可以进一步提高水煤浆的均一性。
29.根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种水煤浆。根据本发明的实施例，该水煤浆采用上述制备水煤浆的方法得到。该水煤浆不仅热值高，还具有浓度高、粘度低，且流动性和稳定性好的特点，具体地，水煤浆的浓度可以达到为58～62wt％、粘度不大于1200mpa
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s、ph值为7～9、静置7天的析水率不大于7％且无硬质沉淀产生。需要说明的是，本发明中针对上述制备水煤浆的方法所描述的特征及效果同样适用于该水煤浆，此处不再一一赘述。
30.根据本发明的第三个方面，本发明提出了上述制备水煤浆的方法在处理化工废物中的用途。其中，油泥、浮渣、生化污泥、废离子交换树脂、废活性炭等废物的处理问题一直是化工产业的困扰，此类化工废物具有一定热值，本发明中通过将其加入水煤浆中协同处理，制备水煤浆再进行后续气化，不仅可以充分利用其热值实现化工废物的资源化利用，还不影响后续气化工艺；另外，化工固废中的苯系物、酚类、蒽、芘及细菌等有机物均可在水煤浆气化时在高温下分解，可有效避免直接排放引起的环境污染问题。由此，将上述制备水煤浆的方法用于化工废物的处理，不仅能实现化工废物的有效处理和资源化利用，还能避免化工废物直接排放引起的环境污染问题，兼顾了化工废物的有效处理和环保问题，为化工废弃物的处理难题提供了新的解决思路和方向。另外，需要说明的是，本发明中针对上述制备水煤浆的方法所描述的特征及效果同样适用于该制备方法在处理化工废物中的用途，此处不再一一赘述。
31.下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
32.实施例1
33.将60重量份的煤破碎研磨至＜10mm，加入制浆水进行混合研磨，并引入12重量份的油泥、10重量份的浮渣、13重量份的废离子交换树脂和15重量份的废活性炭；将研磨产物与0.5重量份的水煤浆添加剂混合研磨直至成浆，得到多原料水煤浆，其中，废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm，水煤浆添加剂为萘磺酸钠和羧甲基纤维素。
34.实施例2
35.将70重量份的煤破碎研磨至＜10mm，加入制浆水进行混合研磨，并引入10重量份的油泥、15重量份的浮渣、10重量份的废离子交换树脂、10重量份的生化污泥和0重量份的废活性炭；将研磨产物与1重量份的水煤浆添加剂混合研磨直至成浆，得到多原料水煤浆，其中，废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm，水煤浆添加剂为萘磺酸钠和羧甲基纤维素。
36.实施例3
37.将65重量份的煤破碎研磨至＜1.5mm，加入制浆水进行混合研磨，并引入12.5重量份的油泥、12.5重量份的浮渣、12.5重量份的废离子交换树脂、5重量份的生化污泥和10重量份的废活性炭；将研磨产物与0.75重量份的水煤浆添加剂混合研磨直至成浆，得到多原料水煤浆，其中，废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm，水煤浆添加剂为萘磺酸钠和聚丙烯酰胺絮凝剂。
38.实施例4
39.将60重量份的煤破碎研磨至＜1.5mm，加入制浆水进行混合研磨，并引入15重量份的油泥、10重量份的浮渣和15重量份的废离子交换树脂；将研磨产物与0.6重量份的水煤浆添加剂混合研磨直至成浆，得到多原料水煤浆，其中，废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm，水煤浆添加剂为亚甲基萘磺酸钠和羧甲基纤维素。
40.实施例5
41.将60重量份的煤破碎研磨至＜1.5mm，加入制浆水进行混合研磨，并引入115重量份的油泥、12重量份的浮渣、10重量份的废离子交换树脂、3重量份的生化污泥和6重量份的废活性炭；将研磨产物与0.9重量份的水煤浆添加剂混合研磨直至成浆，得到多原料水煤浆，其中，废离子交换树脂的粒径为0.4～0.9mm，水煤浆添加剂为亚甲基萘磺酸钠和聚丙烯酰胺絮凝剂。
42.对比例1
43.将70重量份的煤破碎至＜1.5mm，加入制浆水进行混合研磨，之后加入1重量份的水煤浆添加剂继续研磨成浆，其中，水煤浆添加剂为亚甲基萘磺酸钠和聚丙烯酰胺絮凝剂。
44.测试实施例1～5和对比例1制备得到的水煤浆的浓度、粘度、流动性、稳定性及ph值进行检测，测试结果如表1所示。
45.表1水煤浆检测结果
[0046][0047][0048]
结果与结论：
[0049]
结合各实施例及对比例1和表1可知，相对于纯煤粉水煤浆，采用本发明上述实施例制得的多原料水煤浆的浓度均不低于58wt％、粘度均不大于750mpa
·
s、ph值在7～9之间，静置7天的析水率不大于7％且无硬质沉淀产生，与纯煤粉水煤浆相比其浓度、粘度、稳定性及流动性均无显著变化，可媲美纯煤粉水煤浆。由此进一步说明，在水煤浆中加入适量的油泥、浮渣、废离子交换树脂、生化污泥和废活性炭时，并不会对水煤浆的品质产生明显的负面影响。
[0050]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0051]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。