一种褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法

技术领域

本发明涉及燃料领域，特别涉及一种褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法。

背景技术

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法，解决褐煤清洁高效资源化利用的问题。褐煤纳米碳氢液态燃料是对褐煤提质达到一定指标的煤粉，将煤核结构支链上羧基、羟基、羰基等含氧官能团与氢原子进行重构，同时用氢原子填充到煤核孔隙中的一种方法，从而获得一种高热、高效、极低排放的新型液态燃料。

本发明提供的褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法，其技术方案为：

一种褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，褐煤经过干燥提质得到褐煤煤粉，褐煤煤粉粒径＜75μm占比达到90％以上；

步骤S2，将S1中的褐煤煤粉、活化剂加入活化反应釜中进行表面活化制浆，得到煤浆浓度50-60wt％，表面粘度＜1500mPa.s的得到活化煤浆；

步骤S3，将活化煤浆倒入湿磨球磨机进行磨制裂解，研磨后得到煤粉的粒径＜20μm、浆液质量浓度＞40％、浆液表面粘度＜350mPa.s；

步骤S4，将褐煤浆液倒入附氢罐，附氢罐底部装有纳米暴气盘，将氢气用微孔装置从底部注入浆液，填附氢得到液态燃料。

进一步地，步骤S1中，褐煤煤粉的均匀性指数＞0.37n，收到基灰分A

进一步地，步骤S1中，褐煤选择硬质褐煤、软质褐煤或泥碳，褐煤的干燥提质过程为将褐煤原煤破碎之后与高温气流混合在高温物理反应釜中完成干燥，经过分质分级后得到褐煤煤粉。

进一步地，步骤S2中，浆液中灰分的钠或钾含量＜2％。

进一步地，步骤S2中，活化剂是碱性活化剂，碱性活化剂是氢氧化钠、氢氧化钾中的任一种或组合，按煤碱比35-40：1配入活化剂干粉，按煤水比为1：1.5-2配入水，碱性活化剂溶液浓度＜0.4％，在80-90℃下搅拌均匀，得到活化煤浆；

或者活化剂是过氧化氢溶液，在褐煤煤粉中按1：2-3加入＜4％浓度的过氧化氢溶液，60-85℃搅拌均匀，得到活化煤浆。

进一步地，步骤S3中，先研磨3-6小时，加入分散剂，继续研磨1-3小时；分散剂选用聚乙烯亚胺、萘磺盐酸及其缩合物、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯中的一种或几种组合。。

进一步地，步骤S3中，湿磨球磨机的湿磨钢球装载如下：Φ1占5-8％，Φ2占5-8％，Φ4占6-10％，Φ8占9-12％，Φ10占9-12％，Φ12占20-25％，Φ15占20-25％，Φ20占13-15％，Φ25占13-25％；钢球填充比为40％以上。

进一步地，步骤S4中，附氢罐顶部保持负压，微孔装置的空隙间隙＜10μm，充氢压力为0.1-0.2MPa。

进一步地，步骤S4中，浆液表面负压为-130Pa—-180Pa，计算浆液中每公斤固体燃料充入0.6-0.8升氢气，维持浆液表面负压为-40pa—-60pa存储。

进一步地，液态燃料的检测热值Q

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明的褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法，利用提质褐煤采用分段法对煤核结构支链上羧基、羟基、羰基等含氧官能团与氢原子进行重构，同时用氢原子填充到煤核孔隙中，制备一种液态燃料，采用本申请的制备方法得到的褐煤纳米碳氢液态燃料在进入锅炉后燃烧充分，燃烧效率高、燃尽率高，大大减少SO

具体实施方式

下面将结合实施例以对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本实施例提供的一种褐煤纳米碳氢液态燃料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，褐煤经过干燥提质得到褐煤煤粉，煤粉粒径＜75μm占比达到90％以上，均匀性指数＞0.37n，收到基灰分Aar＜20％，干燥无灰基挥发分Vdaf＞52％，收到基碳Car＞44％，收到基氢Har＞3％。空干基水分Mad＜12％，煤核孔隙结构中的水脱除。上述褐煤可选择硬质褐煤、软质褐煤或泥碳等。褐煤的干燥提质可采用LUCU技术(Ligniteupgradingclassification and utilization)，LUCU技术包括将褐煤原煤破碎之后与高温气流混合在高温物理反应釜中完成干燥，经过分质分级后得到褐煤煤粉。

步骤S2，将S1中的褐煤煤粉、活化剂加入活化反应釜中进行表面活化制浆，得到煤浆浓度50-60wt％，表面粘度＜1500mPa.s的浆液，灰分中钠或钾含量＜2％。活化剂是碱性活化剂，碱性活化剂是氢氧化钠、氢氧化钾中的任一种，按煤碱比35-40：1配入活化剂干粉，按煤水比为1：1.5-2配入水，碱性活化剂溶液浓度＜0.4％，在80-90℃下搅拌均匀，优选温度为85-90℃，得到活化煤浆。活化剂还可以选择过氧化氢溶液，褐煤煤粉按1：2-3加入＜4％浓度的过氧化氢溶液，60-85℃搅拌均匀，得到活化煤浆。更优选的，双氧水浓度＜3％。。

步骤S3，将活化煤浆倒入湿磨球磨机进行磨制裂解(纳米超细)，研磨时间3-6小时，加入分散剂，继续研磨1-3小时，研磨后得到煤粉的粒径＜20μm、浆液质量浓度＞40％、浆液表面粘度＜350mPa.s。湿磨钢球装载如下：Φ1占5-8％，Φ2占5-8％，Φ4占6-10％，Φ8占9-12％，Φ10占9-12％，Φ12占20-25％，Φ15占20-25％，Φ20占13-15％，Φ25占13-25％；钢球填充比为40％以上。分散剂选用聚乙烯亚胺、萘磺盐酸及其缩合物、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯中的一种或任一种。

步骤S4，将褐煤浆液倒入附氢罐，附氢罐底部装有纳米暴气盘，将氢气用微孔装置从底部注入浆液，附氢罐顶部保持负压，浆液表面有少量气泡溢出，填附氢得到液态燃料。优选的，浆液表面负压为-130Pa—-180Pa，计算充氢量达到浆液中每公斤固体燃料充入0.6-0.8升氢气，则停止充氢，关闭进气，维持浆液表面负压为-40pa—-60pa存储。微孔装置的空隙间隙＜10μm，充氢压力为0.1-0.2MPa。褐煤浆液按照GB/T213-2008测定法检测热值Q

采用上述制备方法得到的褐煤纳米碳氢液体燃料表面活性高，颗粒度小，热值高，燃烧效率高，CO

下面将结合实施例进一步说明本申请可以实现的有益效果。

实施例1

步骤S1：准备原料

本实施例采用的原料是经过LUCU技术提质的软褐煤，提质褐煤煤粉粒径＜75μm占比达到92％，均匀性指数为0.39n，空干基水分M

步骤S2：原料的活化

将原料加入活化反应釜中，按煤碱比35：1加入氢氧化钠固体，搅拌10分钟，按煤水质量比1：2加入除盐水，加热到85℃连续搅拌30分钟，冷却至常温。检测煤浆质量浓度46.8％、表面粘度为1324mPa.s、灰分中钠含量为0.8％。

步骤S3：磨制褐煤纳米浆液

将活化浆液用浆液泵输送到湿式球磨机。湿式球磨机装载钢球选用中铬钢球，直径如下：Φ1占5-8％，Φ2占5-8％，Φ4占6-10％，Φ8占9-12％，Φ10占9-12％，Φ12占20-25％，Φ15占20-25％，Φ20占13-15％，Φ25占13-25％；钢球填充比为40％。磨制时间为3小时，加入分散剂，以浆液中干物质量为基准，加入0.26‰的聚乙烯亚胺、0.42‰的木质素磺酸钠、2.6％的萘系化合物，继续磨制2小时，取样检测褐煤浆液粒度＜20μm，粘度为233mPa.s，灰分钠含量为1.72％。

步骤S4：褐煤纳米浆液附氢

将褐煤纳米浆液用浆液泵输送到附氢罐。附氢罐底部装有盘式纳米爆气盘，外接氢气发生器，经调压装置将充氢压力稳定在0.2Mpa，调节附氢罐褐煤纳米浆液的浆位高度，直到浆液表面有少量气泡逃逸，封闭附氢罐，维持浆液表面负压为-150pa，计算充氢量达到浆液中每公斤固体燃料充入0.6升氢气，则停止充氢，关闭进气，维持浆液表面负压为-50pa存储。

实施例2

本实施例与实施例1不一致的步骤为原料活化中将氢氧化钠变为氢氧化钾，得到的褐煤浆液质量浓度45.7％、表面粘度为1343mPa.s，灰分中钾含量为1.26％，钠含量为0.13％。其余步骤同实施例1，本处不再赘述。

实施例3

本实施例与实施例1不一致的步骤为原料活化中将氢氧化钠改为过氧化氢溶液，其浓度为3.6％，按2：1比例加入褐煤原料中，得到的褐煤浆液质量浓度48.2％、表面粘度为1236mPa.s。其余步骤同实施例1，本处不再赘述。

对三个实施例制得的褐煤纳米按照GB/T213-2008方法测得发热量如下表：

从检测结果分析，采用本申请制备的褐煤纳米碳氢液体燃料平均热值较原料提升6.61％，附氢效果明显。

对三个实施例进行燃烧特性试验，采用机械雾化喷嘴试验，燃烧试验各参数如下表：

从以上的描述中，本发明实施例解决了低质褐煤提质后的延伸研究，实现了煤核结构支链上羧基、羟基、羰基等含氧官能团与氢原子的重构，同时用氢原子填充到煤核孔隙中，从而获得一种高热、高效、极低排放的新型液态燃料。验证了褐煤作为化工原料的可行性，在储氢、附氢方面作为高效燃料的潜力，为低阶褐煤清洁高效利用的资源化开发提供了新的发展方向。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。