一种水煤浆的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种水煤浆的制备方法，尤其涉及一种利用废弃的含水生物质制备水煤浆的方法。
背景技术
随着我国能源消费的不断提升，我国的能源安全存在着一定的隐患，对外的依存度不断提高。国内的油品价格受国际市场影响巨大，在原油的价格超过70美元每桶的前提下，许多燃油锅炉的运行成本随之急剧提高，寻找代替燃料成为许多企业的必由之路。由于我国煤炭资源丰富，煤品的供应和成本也相对稳定，燃煤成为一个较好的选择。燃煤直接焚烧则需要更换燃油锅炉，成本较大，若燃烧水煤浆则可以有效解决相关难题。现有技术中，水煤浆的制作需要添加一定量的水和添加剂，同时需要成浆工艺，制备过程比较繁杂。
含水生物质，例如市政污泥、餐饮垃圾、动物残体、印染污泥和造纸污泥等，通过厌氧消化、带式压滤机压滤脱水后，其含水率多在75～85％之间，对该类高含水物质进行处置，存在输送过程、储存过程以及焚烧过程的投资和运行费用高、设备故障率高等问题，严重限制了该类技术的进一步推广。
据测，城市污水生化处理产生的污泥的热值可达3500kj/kg，完全可以用焚烧的方式减少体积，利用其中的可燃性物质回收热量再利用。餐饮垃圾、印染污泥、造纸污泥等也与市政污泥相似具有较高的热值。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种既能对含水生物质进行无害化处置、又能免去使用添加剂的水煤浆的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种水煤浆的制备方法，其特征在于：将含水生物质与煤粉混合后进行加热加压处理，混合比例按照需要配制，其中，处理温度为120～250℃，处理压力的下限为加热温度下饱和水蒸气压以上的压力，处理压力的上限为加热温度下的饱和水蒸气压力+1Mpa，处理时间为0.25～6小时；所述含水生物质的含水量为50～95％，以重量百分比计。
上述处理温度如果超过上限，则含水生物质热分解，并且装置成本明显增加，如果低于下限，则得不到由反应脱水产生的本发明的效果。
加热过程中保持上述压力，可以使从含水生物质中除去的水保持液体状态，因而不需要在脱水中给予不必要的蒸发潜热。上述处理压力如果超出上限，在效果上也不会有多大差别，但是装置成本会增加。加热中的压力，除了可使用通过加热从含水生物质中产生的水蒸气以外，也可以使用惰性气体，例如氮气、氩气等保护气体进行调节。
上述含水生物质包括市政污泥、餐饮垃圾、动物残体、印染污泥和造纸污泥等各类物质，上述含水生物质的含水量如果超过上限值，则需要通过例如带式压滤机、板框压滤机等进行加压预先除去多余的水份而达到上述范围；含水量如果低于下限值，则可通过添加一定量的水或高含水可燃物而达到上述范围。
本发明中的煤粉，可以是褐煤、无烟煤等常用燃煤，其粒径要求为小于0.5mm，颗粒越细越有利于成浆，煤粉的含水率不低于10％，以重量百分比计。
上述处理温度优选为150～230℃，上述处理压力的下限优选为加热温度下的饱和水蒸气压力+0.15Mpa以上的压力，上述处理压力的上限优选为加热温度下的饱和水蒸气压力+0.5Mpa，上述处理时间优选为1/3～3小时；上述含水生物质的含水量优选为60～75％。
上述处理温度进一步为180～200℃，上述处理压力的下限进一步优选为加热温度下的饱和水蒸汽压力+0.3Mpa以上的压力，上述处理压力的上限进一步优选为200℃下饱和水蒸汽压力+0.5Mpa，上述处理时间进一步优选为25分钟～1小时。
为了缩短反应时间，减少设备投资，提高经济性，在将含水生物质和煤粉混合进行加热反应之前，向混合物中添加含水生物质重量的1～10％的碱性物质。不添加该碱性物质也可以达到本发明所述的效果，但是会延长反应时间和增加设备投资，经济性有多下降。上述碱性物质为氧化钙、氧化镁和氢氧化钠中的任意一种或几种。
为了提高处理物料的匀和性，提高传热效率，降低能量的消耗，可以在对含水生物质和煤粉混合物的加热反应过程中，对混合物施加0.01～5Mpa的剪切力。如果剪切力的大小超出上述的上限，则动力消耗变大；如果低于上述下限，则混合不充分。该剪切力可以通过在压力容器中设置搅拌器实现。
上述剪切力优选为0.1～3Mpa，进一步优选为0.5～2Mpa，最优选为1Mpa。
本发明中，含水生物质与煤粉的混合物被导入到密闭容器中进行热反应，该密闭容器必须是可以在加压下对含水生物质进行加热，并且可以对含水生物质进行搅拌地容器。该密闭容器可以是间歇式或连续式的任意一种。连续式的密闭容器，只要是可以一边将混合物加入一边将达到本发明要求的浆化混合物排出即可。
按照本发明的方法制得的水煤浆，其含水量取决于所用含水生物质的含水量、煤粉的比例和含水率，可以直接以水煤浆的形式提供给气化炉或锅炉等。也可以根据利用的形式增加或减少该水煤浆混合物的含水量。另外，从含水生物质中含有少量有机物，其起到表面活性剂的作用，所以也可以省略向上述水煤浆中添加表面活性剂。
本发明的有益效果为：
1、本发明方法制备的水煤浆成本低廉，既能对含水生物质进行无害化处理，又能避免水煤浆制备过程中使用添加剂，具有双重环保的意义；
2、本发明方法制备的水煤浆干料的热值可达2500～5000kcal/kg，能够作为燃料提供给水煤浆锅炉使用；其粘度值为5000mPa·s以下，具有适合于输送喷淋的物理性能，可以使用泥浆泵进行输送或喷射；
3、本发明方法操作简单，通过在待处理的含水生物质中添加一定量的碱性物质作为浆化助剂，大大缩短了处理时间，提高了经济性；
4、本发明方法通过在处理过程中对物料进行搅拌，提供适当的剪切力，大大提高了物料的匀和性，提高了传热效率，降低能量的消耗，提高了经济效益。
【具体实施方式】
下面通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
本实施例中选用含水率为60％的市政污泥，其发热量为：1850Kcal/kg；本实施例中使用的煤粉为大同精煤，其含水率为13％，发热量为：5200Kcal/kg。
将市政污泥200kg与煤粉50kg混合后通入密封反应容器中，向反应容器中加入5kg的氢氧化钠，然后一边使搅拌器旋转，一边通入饱和蒸汽进行加热，将温度调节到150℃，当反应釜内温度达到150℃后开始计时，计时时间达到1小时后关闭饱和蒸汽进气阀，使其自然冷却，待反应釜中温度降至60℃以下时打开降压阀，使内部压力降至大气压力后打开反应容器，取出容器中物料，接着冷却到环境温度得到水煤浆。所得水煤浆的粘度(20℃)为1830厘泊(cP＝mPa·S)。该水煤浆可以进行喷雾，发热量与原料相同，为2900Kcal/kg。
使用干燥机在105℃下对该水浆进行2小时干燥后，以减少量作为该浆中的水，计算出该水浆中的含水量。结果该水浆的含水量以该水浆为基准约为45％。这与所使用污泥中工业分析的水分约46％基本相等，表明污泥几乎完全脱水。上述浆液粘度，使用NDJ-8S粘度计测定。
实施例2～6
含水生物质的干燥浆化方法，所涉及的原料及具体参数见表1，具体处理步骤及方法同实施例1。
表1实施例2～6中涉及到的原料及具体参数
上述含水量以重量百分比计。
上述各实施例中，处理结束后，将制得的水煤浆冷却到环境温度，使用NDJ-8S粘度计测得水浆的粘度都能满足喷雾的要求，发热量与原料相同。水浆的含水量与原料的含水量基本相同，但水的存在形式均转化为自由态水，表明污泥几乎完全脱水。