制备水煤浆的装置与方法

制备水煤浆的装置与方法
【专利摘要】一种制备水煤浆的装置，其包括：用于提供粗水煤浆的第一单元；用于提供细水煤浆的第二单元；浓缩单元，其接收粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分，并提供煤浓度高于该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分的浓缩浆；和用来混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分的混合单元。本发明也涉及相关方法。
【专利说明】制备水煤浆的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备水煤浆的装置与方法。
【背景技术】
[0002]水煤浆目前被广泛应用于如气化工业中。通常，具有可接受粘度的水煤浆中煤的浓度越高，越理想。但是，当前可获得的装置与方法不能提供令人满意的水煤浆，尤其是采用低阶煤作为原料时。
[0003]因此，需要新的、改进的装置与方法来制备水煤浆。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种新的、改进的制备水煤浆的装置与方法。
[0005]一方面 ，本发明涉及一种制备水煤浆的装置，其包括:用于提供粗水煤浆的第一单元；用于提供细水煤浆的第二单元；浓缩单元，其接收粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分，并提供煤浓度高于该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分的浓缩浆；和用来混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分的混合单元。
[0006]另一方面，本发明涉及一种制备水煤浆的方法，其包括:制备粗水煤浆；制备细水煤浆；浓缩粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分，以提供煤浓度高于该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分的浓缩浆；和混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0008]图1是根据本发明的第一实施例的制备水煤浆的装置的示意图；
[0009]图2是根据本发明的第二实施例的制备水煤浆的装置的示意图；
[0010]图3是根据本发明的第三实施例的制备水煤浆的装置的示意图；
[0011]图4是根据本发明的第四实施例的制备水煤浆的装置的示意图；和
[0012]图5是根据本发明的第五实施例的制备水煤浆的装置的示意图。
【具体实施方式】
[0013]说明书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。
[0014]在以下的说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，单复数不加以限制。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。[0015]本申请所提及的“可”、“可能”和“可为”表示在一定环境下发生的可能性；具有指定的性质，特征或者功能的可能性；和/或通过显示一个或者多个能力、性能而适合于另一种动作，或者与该适合的动作相关的可能性。因此，用于“可”、“可能”和“可为”表示修饰的术语显然适合、能够或者适于所表示的能力，功能，或者用途，同时考虑在一些情况下，所修饰的术语可能有时不适合、不能或者不合适。例如，在一些情况下，事件或者能力可能是所期望的，而在其它情况下，该事件或者能力不能发生。这些情形通过术语“可”、“可能”和“可为”描述。
[0016]本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I到90，或20到80，或30到70，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于I的数值，0.0001，0.001，0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
[0017]本发明中提及“一个实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或可能不出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明特征可与各种实施例和构造以任何适合的方式结合。
[0018]在下文中，将参照【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式，但不会详细描述众所周知的功能和结构以及不必要的细节。
[0019]图1-5所示为根据本发明的实施例制备水煤浆11-51的装置10-50的示意图。装置10、20、30、40、50包含第一单元12、22、32、42、52，用来提供粗水煤浆13、23、33、43、53 ;第二单元 14、24、34、44、54，用来提供细水煤浆 15、25、35、45、55 ;浓缩单元 16、26、36、46、56，用来接收粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分，提供煤浓度高于该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分的浓缩浆17、27、37、47、57 ;和混合单元18、28、38、48、58，用来混合浓缩浆17、27、37、47、57与粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分。
[0020]在第一单元12、22、32、42、52 中，将煤 120、220、320、420、520 与水 121、221、321、421,521加入湿磨机如湿棒磨机中，以制备粗水煤浆13、23、33、43、53。将添加剂122、222、322、422、522注入第一单元12、22、32、42、52中，可以制备含有添加剂122、222、322、422、522的粗水煤浆13、23、33、43、53。在一些实施例中，粗水煤浆13、23、33、43、53包含最大粒径小于或等于大约1500微米、且平均粒径大于或等于大约100微米的煤颗粒。
[0021] 在第二单元14、24、34、44、54 中，煤 140、240、340、440、540 与水 141、241、341、441、541被加入湿磨机中，以制备细水煤浆15、25、35、45、55。将添加剂142、242、342、442、542注入第二单元14、24、34、44、54中，可以制备含有添加剂142、242、342、442、542的细水煤浆15、25、35、45、55。在非限制性例子中，第二单元14、24、34、44、54可包含一台细磨机，包括一台振动磨机或辊式研磨机。在一例子中，第二单元14、24、34、44、54包含一台莱歇磨机。在一些实施例中，细水煤浆15、25、35、45、55包含平均粒径小于或等于大约25微米的煤颗粒。[0022] 在一些应用中，一台或多台磨机或破碎机可被分别用在第一单元12、22、32、42、52，以及第二单元14、24、34、44、54中。在一些应用中，为了在碾磨煤颗粒过程中节省能源，部分粗水煤浆13、23、33、43、53被注入第二单元14、24、34、44、54，以充当产生至少部分细水煤浆15、25、35、45、55的原料。
[0023]在一些实施例中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540 可包含一种或多种高阶煤，诸如烟煤与无烟煤，以及低阶煤，诸如次烟煤与褐煤。在一些例子中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540可包含低阶煤颗粒与高阶煤颗粒的混合物。在一非限制性例子中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540包含低阶煤颗粒，诸如次烟煤与褐煤。因为低阶煤的成本较低，所以在一些例子中使用低阶煤生产煤浓度较高的水煤浆可符合成本效益。在其他例子中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540包含高阶煤颗粒。
[0024]煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540 的粒径可小于大约 3 毫米。或者，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520、540的粒径可彼此不同，且大于大约3毫米。一种或多种煤供给源(未图示)可被用于提供每一煤120、140、220、240、320、340、420、440、520,540ο
[0025]在某些应用中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520 与 540 中的一种或多种可包含一种或多种低阶煤与高阶煤，且煤120、140、220、240、320、340、420、440、520与540可彼此相同或不同。在非限制性例子中，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520与540包含相同的低阶煤。或者，煤120、140、220、240、320、340、420、440、520与540包含相同
的闻阶煤。
[0026]浓缩单元16、26、36、46、56可包括把该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分分离为浓缩浆17、27、37、47、57和主要含水的排放流160、260、360,460,560的任何设备，从而浓缩浆17、27、37、47、57的煤浓度高于该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分。
[0027]在一些实施例中，浓缩单元16、26、36、46、56包括过滤器、离心分离机、和蒸发器中的至少一种。在一些实施例中，浓缩单兀16、26、36、46、56包括真空过滤器和压滤机中的至少一种。
[0028]根据本发明的实施例，该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分可为粗水煤浆13、23、33、43、53，和细水煤浆15、25、35、45、55总量的大于0%至等于100%的任何部分。相应的，粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分可以是粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55总量的0%到少于100%的任何部分。
[0029]在一些实施例中，如图1和图3所示，该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、
25、35、45、55的至少一部分为粗水煤浆13、33的至少一部分，即100%的粗水煤浆13，和大于0%但小于100%的粗水煤浆33。相应的，粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分为细水煤浆15，35和粗水煤浆13，33的剩余部分，即0%的粗水煤浆13，和大于0%但小于100%的粗水煤浆33。
[0030]在一些实施例中，如图2所示，该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45,55的至少一部分为细水煤浆25的100%。相应的，粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分为粗水煤浆23。虽然附图未显示，该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的至少一部分也可为大于0%但少于100%的细水煤浆25。[0031 ] 在一些实施例中，如图4和图5所示，该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、
25、35、45、55的至少一部分为粗水煤浆43，53和细水煤浆45，55的混合物。相应的，就没有粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分，而仅有浓缩浆47，57在混合单元48，58中混合。虽然附图未显示，但是该粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆
15、25、35、45、55的至少一部分也可为部分(大于0%且小于100%)粗水煤浆13、23、33、43、53和部分(大于0%且小于100%)细水煤浆15、25、35、45、55的混合物。
[0032]排放流160、260、360、460、560主要由水构成。在一些实施例中，超过50w%的排放流160、260、360、460、560成分为水。在一些实施例中，当没有其他使用需要时，排放流160、260、360、460、560从装置10、20、30、40、50中排出。在一些实施例中，例如当浓缩单元16、
26、36、46、56为过滤器 时，排放流160、260、360、460、560，即滤液，被循环至第一单元12、
22、32、42、52和第二组件14、24、34、44、54中的至少之一中使用。
[0033]在一些实施例中，装置10、20、30、40、50可包括位于浓缩单元16、26、36、46、56之前的筛分单元19、29、39、49、59。筛分单元19、29、39、49、59可包括任何能从水煤浆中分离出特定尺寸固体的装置，以将不理想尺寸的固体与水煤浆的其他成分分离。在一些实施例中，筛分单元19、29、39、49、59包括滚筒筛。
[0034]在一些实施例中，如图1-4所示，筛分单元19、29、39、49位于每一第一组件12、22、32,42和第二组件14、24、34、44之后，以便分别筛分粗水煤浆13、23、33、43和细水煤浆15、25、35、45。在一些实施例中，如图5所示，筛分单元59用以筛分粗水煤浆53和细水煤浆55的混合物。
[0035]浓缩浆17、27、37、47、57 与粗水煤浆 13、23、33、43、53 和细水煤浆 15、25、35、45、55的剩余部分以合适的比例在混合单元18、28、38、48、58中混合，以制备水煤浆11、21、31、41、51。本发明中“混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分”既指混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆剩余部分的情况，也指当没有剩余部分时仅混合浓缩浆的情况。在一些实施例中，如图4、5所示，当粗水煤浆43、53和细水煤浆45、55的剩余部分为粗水煤浆43、53和细水煤浆45、55总量的0%，仅浓缩浆47、57在混合单元48、58中混合。
[0036]在一些实施例中，粗水煤浆13、23、33、43、53中的煤大于或等于水煤浆11、21、31、41中煤总量的大约70wt%(干基)。本发明中使用的wt%表示重量百分比。在一些实施例中，细水煤浆15、25、35、45、55中的煤小于或等于水煤浆11、21、31、41中煤总量的大约30wt%(干基)。
[0037]在一些例子中，在进入混合单元18、28、38、48、58之前，粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分以及浓缩浆17、27、37、47、57中的粒径分布可通过例如激光粒径分布分析仪分析，以确定粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45,55的剩余部分，以及浓缩浆17、27、37、47、57的数量。
[0038]在一些实施例中，在混合过程中，混合器(未图示)可被用于在混合单元18、28、38、48,58中混合粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分与浓缩浆
17、27、37、47、57，并且可控制向混合单元18、28、38、48、58中加入粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55的剩余部分与浓缩浆17、27、37、47、57的速率，以使相对较小的煤颗粒分散在相对较大的煤颗粒之间。
[0039]在一些实施例中，混合组件18、28、38、48、58包括储存装置(未图示)，用以在混合后储存水煤浆11、21、31、41、51。
[0040]本发明中提及的“水煤浆”可为特定数量的煤、水及选择性添加的添加剂的混合物，用来生产在发电、发热、支持流程与制造过程中使用的能源。
[0041]通常，水煤浆11、21、31、41、51可包含大约55wt%至大约70wt%的煤颗粒、大约30wt%至大约45wt%的水与一定数量(如少于大约lwt%)的选择性添加的添加剂。应当指出的是，本发明的实施例对于水煤浆不限定任何特定种类与数量的煤或添加剂。添加剂122、142、222、242、322、342、422、442、522、542的非限制性例子包括烷基萘磺酸盐与聚氧乙烯烷基醚。
[0042]在一些实施例中，水煤浆11、21、31、41、51具有下述粒径分布:粒径小于44微米的第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的大约20wt%至大约50wt%，粒径范围从大约44微米至大约420微米的第二煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的大约20wt%至大约70wt%，粒径范围从大约420微米至大约1000微米的第三煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的10wt%至大约40wt%。
[0043]在一些实施例中，第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的范围可从大约25wt%至大约45wt%。第二煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的范围可从大约30wt%至大约60wt%。第三煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的范围可从大约20wt%至大约30wt%。在某些应用中 ，第一煤颗粒占水煤浆11、21、31、41、51中煤总量的范围可从大约30wt%至大约40wt%。第二煤颗粒的粒径范围可从大约75微米至大约250微米。第三煤颗粒的粒径范围可从大约600微米至大约850微米。此外，第二煤颗粒的粒径范围可从大约150微米至大约250微米。
[0044]在一些实施例中，装置10、20、30、40、50在混合单元18、28、38、48、58之后，选择性地包含泵单元100、200、300、400，用来将水煤浆11、21、31、41、51送入消耗单元101,201,301、401、501，例如气化炉。
[0045]混合后，粒径相对较小的煤颗粒可分散在粒径相对较大的煤颗粒之间，以增加制得的水煤浆11、21、31、41、51的煤浓度。另外，浓缩单元16、26、36、46、56去除粗水煤浆13、
23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55至少一部分(大于0%至等于100%)的多余水份，进一步提高水煤浆11、21、31、41、51的煤浓度。另一方面，粗水煤浆13、23、33、43、53和细水煤浆15、25、35、45、55中的煤颗粒通过湿磨法制得，因此节省了在研磨与处理超细且干燥的煤颗粒过程中的防爆成本，并且消除了超细颗粒在与水混合的过程中聚结的问题。
[0046]此外，低阶煤可被用于生产符合成本效益的水煤浆。在某些应用中，其他合适的碳质材料也可用于制备水煤浆。
[0047]示例
[0048]下述示例为本【技术领域】内的技术人员实施本发明提供进一步的指导。示例并不限定权利要求书中界定的本发明的范围。
[0049]哈式指数为106的一种煤的属性如下列表1与表2中所示。通过使用一种传统的湿棒磨机，这种煤制得的水煤浆的最高浓度是54.63wt%,粘度为565.33厘泊，并具有如表3所示的粒径分布。[0050]表1最终分析(wt%，干基)
[0051]
【权利要求】
1.一种制备水煤浆的装置，其包括: 用于提供粗水煤浆的第一单元； 用于提供细水煤浆的第二单元； 浓缩单元，其接收粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分，并提供煤浓度高于该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分的浓缩浆；和 用来混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分的混合单元。
2.如权利要求1所述的制备水煤浆的装置，其中浓缩单元包括过滤器、离心分离机、和蒸发器中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制备水煤浆的装置，其中浓缩单元包括真空过滤器。
4.如权利要求1所述的制备水煤浆的装置，其包括位于浓缩单元前的筛分单元。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的制备水煤浆的装置，其中粗水煤浆包含最大粒径小于或等于大约1500微米，且平均粒径大于或等于大约100微米的煤颗粒。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的制备水煤浆的装置，其中细水煤浆包含平均粒径小于或等于大约25微米的煤颗粒。
7.一种制备水煤浆的方法，其包括: 制备粗水煤浆； 制备细水煤浆； 浓缩粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分，以提供煤浓度高于该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分的浓缩浆；和 混合浓缩浆与粗水煤浆和细水煤浆的剩余部分。
8.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中浓缩步骤包括使该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分通过过滤器、离心分离机、和蒸发器中的至少一种。
9.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中浓缩步骤包括使该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分通过真空过滤器。
10.如权利要求9所述的制备水煤浆的方法，其进一步包括循环真空过滤器的滤液至第一单元和第二单元中的至少一个。
11.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其包括在浓缩前筛分该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分。
12.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中粗水煤浆包含最大粒径小于或等于大约1500微米，且平均粒径大于或等于大约100微米的煤颗粒。
13.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中粗水煤浆的煤大于或等于水煤浆中的煤总量的大约70wt%。
14.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中细水煤浆包含平均粒径小于或等于大约25微米的煤颗粒。
15.如权利要求7所述的制备水煤浆的方法，其中细水煤浆中的煤小于或等于水煤浆中的煤总量的大约30wt%。
16.如权利要求7至15中任何一项所述的制备水煤浆的方法，其中该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分为粗水煤浆的至少一部分。
17.如权利要求7至15中任何一项所述的制备水煤浆的方法，其中该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分为细水煤浆的至少一部分。
18.如权利要求7至15中任何一项所述的制备水煤浆的方法，其中该粗水煤浆和细水煤浆的至少一部分为 粗水煤浆的至少一部分和细水煤浆的至少一部分的混合物。
【文档编号】C10L1/32GK103965981SQ201310038770
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】毕喜婧, 薛俊利, 汪德家, 劳尔.阿亚拉 申请人:通用电气公司