Steenkoolwaterslurry
I. Fysische eigenschappen en functies
Steenkool-watermengsel is een mengsel van steenkool, water en een kleine hoeveelheid chemische additieven. Afhankelijk van het doel wordt steenkool-watermengsel onderverdeeld in steenkool-watermengsel met een hoge concentratie als brandstof en steenkool-watermengsel voor vergassing in Texaco-ovens. Steenkool-watermengsel kan worden gepompt, verneveld, opgeslagen en in een stabiele toestand worden ontstoken en verbrand. Ongeveer 2 ton steenkool-watermengsel kan 1 ton stookolie vervangen.
Steenkool-watermengsel voor verbranding blinkt uit in hoge verbrandingsefficiëntie, energiebesparing en milieuvoordelen, en vormt daarmee een belangrijk onderdeel van schone steenkooltechnologie. Steenkool-watermengsel kan over lange afstanden via pijpleidingen worden getransporteerd met lage investerings- en operationele kosten. Het kan direct na aankomst op de terminal worden verbrand zonder ontwatering, waardoor het opslag- en transportproces volledig gesloten is.
Water veroorzaakt warmteverlies en kan geen warmte genereren tijdens het verbrandingsproces. Daarom moet de concentratie steenkool relatief hoog zijn, doorgaans 65-70%. Chemische toevoegingen bedragen ongeveer 1%. Het warmteverlies door water is goed voor ongeveer 4% van de calorische waarde van de steenkool-waterbrij. Water is een onvermijdelijke grondstof bij vergassing. Vanuit dit oogpunt kan de steenkoolconcentratie worden verlaagd tot 62-65%, wat mogelijk kan leiden tot een verhoogde zuurstofverbranding.
Om verbrandings- en vergassingsreacties te bevorderen, stelt een kolen-watermengsel bepaalde eisen aan de fijnheid van de kolen. De maximale deeltjesgrootte van het kolen-watermengsel voor brandstof (de deeltjesgrootte met een doorlaatbaarheid van minimaal 98%) is 300 μm, en het gehalte aan deeltjes kleiner dan 74 μm (200 mesh) mag niet minder dan 75% zijn. De fijnheid van het kolen-watermengsel voor vergassing is iets grover dan die van het kolen-watermengsel voor brandstof. De maximale deeltjesgrootte mag 1410 μm (14 mesh) bedragen, en het gehalte aan deeltjes kleiner dan 74 μm (200 mesh) moet tussen de 32% en 60% liggen. Om het kolen-watermengsel gemakkelijk te kunnen verpompen en vernevelen, stelt het ook eisen aan de vloeibaarheid.
Bij kamertemperatuur en een schuifsnelheid van 100 s⁻¹ mag de schijnbare viscositeit over het algemeen niet hoger zijn dan 1000-1500 mPa·s. De kolenwaterslurry die wordt gebruikt voor transport over lange afstanden via pijpleidingen vereist een schijnbare viscositeit van niet meer dan 800 mPa·s bij lage temperaturen (de laagste temperatuur van het jaar voor ondergrondse pijpleidingen) en een schuifsnelheid van 10 s⁻¹. Daarnaast is het ook vereist dat de kolenwaterslurry een lagere viscositeit heeft wanneer deze stroomt, wat het gebruik vergemakkelijkt; wanneer de stroming stopt en de slurry stilstaat, kan deze een hogere viscositeit vertonen voor eenvoudige opslag.
De stabiliteit van steenkool-watermengsel tijdens opslag en transport is van groot belang, omdat steenkool-watermengsel een mengsel is van vaste en vloeibare fasen die gemakkelijk van elkaar scheiden. Daarom is het essentieel dat er tijdens opslag en transport geen "harde neerslag" ontstaat. Met "harde neerslag" wordt neerslag bedoeld die niet in de oorspronkelijke staat kan worden hersteld door het steenkool-watermengsel te roeren. Het vermogen van steenkool-watermengsel om deze eigenschap te behouden en geen harde neerslag te vormen, wordt de "stabiliteit" van het mengsel genoemd. Steenkool-watermengsel met een slechte stabiliteit zal de productie ernstig beïnvloeden zodra er neerslag optreedt tijdens opslag en transport.
II. Overzicht van de technologie voor de bereiding van kolen-watermengsels
Voor een kolen-watermengsel zijn een hoge kolenconcentratie, een fijne deeltjesgrootte, een goede vloeibaarheid en een goede stabiliteit vereist om harde neerslag te voorkomen. Het is lastig om aan al deze eigenschappen tegelijk te voldoen, omdat sommige elkaar uitsluiten. Zo leidt een hogere concentratie tot een hogere viscositeit en een lagere vloeibaarheid. Een goede vloeibaarheid in combinatie met een lage viscositeit gaat daarentegen ten koste van de stabiliteit. Daarom is het noodzakelijk om de concentratie in realtime te monitoren.Lonnmeterdraagbare dichtheidsmeterHet apparaat heeft een nauwkeurigheid tot 0,003 g/ml, waardoor een nauwkeurige dichtheidsmeting mogelijk is en de dichtheid van de suspensie nauwkeurig kan worden geregeld.
1. De juiste ruwe steenkool selecteren voor de pulpbereiding
Naast het voldoen aan de eisen van de afnemers, moet bij de keuze van steenkool voor de pulpindustrie ook rekening worden gehouden met de verwerkingseigenschappen – met name de moeilijkheidsgraad van de verwerking. Sommige soorten steenkool zijn onder normale omstandigheden gemakkelijk te verwerken tot een sterk geconcentreerde steenkool-waterslurry. Voor andere soorten steenkool is dit lastiger of vereist een complexer en duurder verwerkingsproces. De verwerkingseigenschappen van de grondstoffen voor de pulpindustrie hebben een grote invloed op de investering, de productiekosten en de kwaliteit van de steenkool-waterslurry van de pulpfabriek. Daarom is het essentieel om de wetmatigheden van de verwerkingseigenschappen van steenkool te begrijpen en de steenkool voor de pulpindustrie te selecteren op basis van de daadwerkelijke behoeften en de principes van technische haalbaarheid en economische rationaliteit.
2. Beoordeling
Voor een kolen-watermengsel is het niet alleen belangrijk dat de kolendeeltjes de gewenste fijnheid bereiken, maar ook dat de deeltjesgrootteverdeling goed is. Hierdoor kunnen kolendeeltjes van verschillende groottes elkaar opvullen, worden de tussenruimtes tussen de deeltjes geminimaliseerd en wordt een hogere "stapelefficiëntie" bereikt. Minder tussenruimtes leiden tot een lager waterverbruik en maken het gemakkelijker om een kolen-watermengsel met een hoge concentratie te produceren. Deze technologie wordt soms ook wel "sorteren" genoemd.
3. Pulpbereidingsproces en -apparatuur
Gezien de gegeven eigenschappen van de ruwe steenkooldeeltjesgrootte en de maalbaarheid, vereist het optimaliseren van de deeltjesgrootteverdeling van het eindproduct (een steenkool-watermengsel) een hogere "stapelrendement". Dit vereist een verstandige keuze van de maalapparatuur en het pulpingsproces.
4. Het selecteren van prestatie-afgestemde additieven
Om een hoge concentratie, lage viscositeit, goede reologie en stabiliteit te bereiken in een kolen-watermengsel, moet een kleine hoeveelheid chemische stoffen, ook wel "additieven" genoemd, worden gebruikt. De moleculen van het additief werken in op het grensvlak tussen de kolendeeltjes en het water, waardoor de viscositeit wordt verlaagd, de dispersie van de kolendeeltjes in het water wordt verbeterd en de stabiliteit van het kolen-watermengsel toeneemt. De hoeveelheid additieven bedraagt doorgaans 0,5% tot 1% van de hoeveelheid kolen. Er bestaan veel verschillende soorten additieven en de formule is niet vastgelegd; deze moet door middel van experimenteel onderzoek worden bepaald.
Geplaatst op: 13 februari 2025
