本發明涉及煤化工技術領域，涉及一種水煤漿及其制備方法。
背景技術：
水煤漿是一種新型煤基流體燃料，是國家的高新技術產品和重點環保推廣產品。它是由一定比例的煤、水、化學添加劑混合加工而成，具有濃度高、粒度細、流變性好，燃燒效率高，負荷調節范圍大，環保節能、安全高效等優點。是目前我國一項現實的潔凈煤技術。
水煤漿是20世紀70年代末世界石油危機以后開發出來的煤炭新產品，是一種可以代替重油和煤的新型潔凈燃料。水煤漿在各種工業應用中，燃燒效率達到99％以上，是燃燒散煤的一倍，接近或達到燃油水平；一般兩噸水煤漿可代替一噸重油，可在工業鍋爐、電站鍋爐和工業窯爐等代油或煤、氣燃用。由于水煤漿采用洗選加工后的精煤制備，灰分含量小于7％，硫分含量小于0.5％，因此燃用水煤漿環境質量優于燃重油。2003年2月，北京環保監測中心對我礦水煤漿燃燒情況的監測證明：除塵以后的煙塵排放濃度為39mg/m3，so2排放濃度為58mg/m3，由于水煤漿燃燒時火焰中心溫度比燃油和燃煤粉低150～200℃，能有效抑制nox的生成，因此nox的排放要低于燃油和燃煤粉。水煤漿在儲存、運輸過程中也不污染環境，在儲、運過程中不易燃、不易爆，安全可靠。
cn101173765b公開了一種利用低階煤制備高濃度水煤漿的方法，所述方法通過超細破碎、破碎后的煤粒與水按6～8:4～2的質量比例混合、濕式粗研磨、濕式細研磨、過濾、高速攪拌、靜置，或者低速攪拌后得到高濃度水煤漿產品。
cn105154154a公開了一種超細水煤漿的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)將煤原料破碎至13mm以下，得到第一漿料；(2)將第一漿料與水按質量比5～85：15～95混合，得到第二漿料；(3)將第二漿料濕法整形細磨得到第三漿料，所述第三漿料粒徑小于1mm，小于45μm物料占到總物料的80％以上；(4)將第三漿料篩網除雜，除去雜物后即為超細水煤漿。
但是，上述的水煤漿濃度和堆積效率還有待進一步提高，以更好地用于燃料水煤漿和氣化水煤漿。
技術實現要素：
鑒于現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種新型的高濃度水煤漿制備方法，所述方法能夠有效提高水煤漿的濃度和堆積效率，并且得到的水煤漿粒度分布均勻，氣化效率高，能耗低，可用作燃料水煤漿或氣化水煤漿。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一方面，本發明提供了一種水煤漿的制備方法包括如下步驟：
(1)將原料煤破碎，得到煤粉；將部分煤粉與添加劑和水混合，得到第一漿料，將剩余的煤粉與添加劑和水混合，得到第二漿料；
(2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，將第一漿料與部分第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料；
(3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合進行高剪切，得到第五漿料；
(4)第五漿料輸出得到水煤漿。
本發明所述制備方法中，原煤破碎后雙向進料可以在實際生產中控制進料的時間；分別整形粗磨和整形細磨可以有效地控制煤的粒度，整形細磨后返回整形粗磨混合，使其更加有效地節省空間，有效的填充堆積空間。
本發明步驟(1)所述煤粉的粒徑優選小于5mm，例如0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或4.9mm等，優選1～4mm。
本發明制備第一漿料時所述部分煤粉、水與添加劑的質量比優選為(70～90):(10～30):(0.1～1)，例如70:10:0.1、70:30:1、80:20:0.5、85:15:0.6、90:10:0.1或90:30:1等，優選(75～85):(15～25):(0.3～0.8)。
優選地，步驟(1)制備第二漿料時所述剩余的煤粉、水與添加劑的質量比為(70～90):(10～30):(0.1～0.5)，例如70:10:0.1、70:30:0.5、80:20:0.3、85:15:0.4、90:10:0.2或90:30:0.5等，優選(75～85):(15～25):(0.1～0.3)。
優選地，步驟(1)所述添加劑選自木質素磺酸鹽、腐植酸鹽和萘磺酸甲醛縮合物中的任意一種或至少兩種的組合，其中典型但非限制性的組合為：木質素磺酸鹽與腐植酸鹽的組合，腐植酸鹽與萘磺酸甲醛縮合物的組合，木質素磺酸鹽與萘磺酸甲醛縮合物的組合，木質素磺酸鹽、腐植酸鹽與萘磺酸甲醛縮合物的組合。
本發明步驟(2)所述部分煤粉優選占所述煤粉總質量的60～99％，例如60％、62％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％或99％等，優選65～99％。本發明通過選擇進行細磨和粗磨的煤粉比例達到合適的粒度級配，使得細顆粒充分填充粗顆粒之間的空隙，提高堆積效率。
優選地，步驟(2)所述部分第三漿料占所述第三漿料總質量的5～40％，例如5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、38％、39％或40％等，優選5～30％。
本發明步驟(2)所述第三漿料的粒徑優選為5～20μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm或20μm等，優選8～20μm。
優選地，步驟(2)所述第四漿料的粒徑為35～90μm，例如35μm、38μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm或90μm等，優選40～85μm。細磨產品和粗磨產品的粒徑之間存在協同作用，最終使得顆粒緊密堆積，可形成穩定的水煤漿產品。
本發明步驟(3)所述高剪切的速率優選為80～150r/min，例如80r/min、85r/min、90r/min、95r/min、100r/min、105r/min、110r/min、115r/min、120r/min、125r/min、130r/min、135r/min、140r/min、145r/min或150r/min等，優選80～130r/min。
優選地，本發明步驟(3)所述第五漿料的5～40wt％返回步驟(2)進行整形細磨。進一步增高堆積效率，優化粒度級配效果。
作為本發明優選的技術方案，所述方法包括如下步驟：
(1)將原料煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將60～99wt％的煤粉與水和添加劑按照質量比為(70～90):(10～30):(0.1～1)混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與添加劑和水按照質量比為(70～90):(10～30):(0.1～0.5)混合，得到第二漿料；所述添加劑選自木質素磺酸鹽、腐植酸鹽和萘磺酸甲醛縮合物中的任意一種或至少兩種的組合；
(2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為5～20μm，將第一漿料與5～40wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為35～90μm；
(3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以80～150r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；5～40wt％的第五漿料返回步驟(2)進行整形細磨；
(4)剩余的第五漿料輸出得到水煤漿。
本發明步驟(4)所述水煤漿的濃度優選大于62.2wt％，62.5wt％、62.8wt％、63wt％、63.5wt％、64wt％、64.5wt％、65wt％、65.5wt％、66wt％、66.5wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％、71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％或76wt％等。
優選地，步驟(4)所述水煤漿的平均粒徑為30～80μm，例如30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或80μm等，優選30～70μm。
第二方面，本發明提供了如第一方面所述制備方法制備的水煤漿。
與現有技術方案相比，本發明至少具有以下有益效果：
(1)本發明提供的水煤漿制備方法采用原煤破碎后雙向進料，分別整形粗磨、整形細磨與高剪切相協同，所得水煤漿平均粒徑為30～80μm且粒度級配合理，能夠有效地填充空隙，提高堆積效率，成漿濃度可達62.2wt％以上，并有效地降低了制漿的能耗；
(2)其整形細磨后的漿料部分返回整形粗磨剩余直接高剪切的過程具有效率高、粒度方便控制、設備體積小及能耗低的特點，可顯著降低水煤漿的生產成本；
(3)本發明提供的水煤漿制備方法為連續式生產工藝，滿足制備燃料水煤漿和氣化水煤漿的連續、穩定、低耗的生產要求。
附圖說明
圖1是本發明水煤漿制備方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例中所用神府煤為陜西地區一種常見低階煤，含有分析水5.9％，全水12.8％，灰分19.9％。陜西榆林煤為陜西地區一種常見低階煤，含有分析水6.3％，全水10.9％，灰分12.9％。
實施例1
一種水煤漿，其通過如下步驟制備：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將60wt％的煤粉與水和萘磺酸甲醛縮合物按照質量比為70:30:0.1混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與萘磺酸甲醛縮合物和水按照質量比為90:10:0.5混合，得到第二漿料；
2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為16～20μm，將第一漿料與5wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為75～90μm；
3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以80r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；
4)第五漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為63.2wt％，平均粒徑為40μm，30～80μm物料占總物料的75％以上，粘度為1089mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為3％。
實施例2
一種水煤漿，其通過如下步驟制備：
1)將陜西榆林煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將99wt％的煤粉與水和腐植酸鹽按照質量比為90:10:1混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與萘磺酸甲醛縮合物和水按照質量比為70:30:1混合，得到第二漿料；
2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為5～10μm，將第一漿料與40wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為35～50μm；
3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以150r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；5wt％的第五漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第五漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為62.9wt％，平均粒徑為40μm，30～80μm物料占總物料的75％以上，粘度為1120mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為3％。
實施例3
一種水煤漿，其通過如下步驟制備：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將60wt％的煤粉與水和木質素磺酸鹽按照質量比為75:25:0.5混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與木質素磺酸鹽和水按照質量比為70:30:0.5混合，得到第二漿料；
2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為10～15μm，將第一漿料與30wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為50～60μm；
3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以100r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；40wt％的第五漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第五漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為63.9wt％，平均粒徑為40μm，30～80μm物料占總物料的75％以上，粘度為1021mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為3％。
實施例4
一種水煤漿，其通過如下步驟制備：
1)將陜西榆林煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將80wt％的煤粉與水和腐植酸鹽按照質量比為80:20:0.3混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與腐植酸鹽和水按照質量比為75:25:0.3混合，得到第二漿料；
2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為13～18μm，將第一漿料與20wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為60～70μm；
3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以120r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；5wt％的第五漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第五漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為69.2wt％，平均粒徑為70μm，30～80μm物料占總物料的75％以上，粘度為1009mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為3％。
實施例5
一種水煤漿，其通過如下步驟制備：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，將90wt％的煤粉與水和腐植酸鹽按照質量比為80:20:0.5混合，得到第一漿料；將剩余的煤粉與腐植酸鹽和水按照質量比為82:28:0.3混合，得到第二漿料；
2)將第二漿料整形細磨，得到第三漿料，粒徑為13～16μm，將第一漿料與25wt％的第三漿料混合進行整形粗磨得到第四漿料，粒徑為60～65μm；
3)將第四漿料與剩余的第三漿料混合，以120r/min的速率進行高剪切，得到第五漿料；20wt％的第五漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第五漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為75wt％，平均粒徑為66μm，30～80μm物料占總物料的75％以上，粘度為1108mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為3％。
對比例1
與實施例3的區別僅在于：第一漿料全部進行整形粗磨，而省去整形細磨。具體為：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，與水和木質素磺酸鹽按照質量比為75:25:0.5混合，得到第一漿料；
2)將第一漿料整形粗磨得到第三漿料，粒徑為50～60μm；
3)將第三漿料以100r/min的速率進行高剪切，得到第四漿料；
4)第四漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為62.8wt％，平均粒徑為85μm，30～80μm物料占總物料的35％以上，粘度為1198mpa·s，穩定性差，靜置48小時后析水率大于5％。
對比例2
與實施例3的區別僅在于：第一漿料全部進行整形細磨，而省去整形粗磨。具體為：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，與水和木質素磺酸鹽按照質量比為75:25:0.5混合，得到第一漿料；
2)將第一漿料整形細磨得到第三漿料，粒徑為10～15μm，；
3)將第三漿料以100r/min的速率進行高剪切，得到第四漿料；
4)第四漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為63.5wt％，平均粒徑為50μm，30～80μm物料占總物料的72％以上，粘度為1002mpa·s，穩定性一般，靜置48小時析水率大于5％。
對比例3
與實施例3的區別僅在于：第二漿料全部進行整形粗磨而不進行高剪切。具體為：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，與水和木質素磺酸鹽按照質量比為75:25:0.5混合，得到第一漿料；
2)將40wt％的第一漿料整形細磨，得到第二漿料，粒徑為10～15μm，將第二漿料與剩余的第一漿料混合進行整形粗磨得到第三漿料，粒徑為50～60μm；
3)將第三漿料以100r/min的速率進行高剪切，得到第四漿料；40wt％的第四漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第四漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為63.7wt％，平均粒徑為75μm，30～80μm物料占總物料的70％以上，粘度為1028mpa·s，穩定性一般，靜置48小時后析水率大于3％。
對比例4
與實施例3的區別僅在于：第二漿料全部進行高剪切而不進行整形粗磨。具體為：
1)將神府煤破碎，得到粒徑小于5mm的煤粉，與水和木質素磺酸鹽按照質量比為75:25:0.5混合，得到第一漿料；
2)將40wt％的第一漿料整形細磨，得到第二漿料，粒徑為10～15μm，將剩余的第一漿料混合進行整形粗磨得到第三漿料，粒徑為50～60μm；
3)將第三漿料與第二漿料混合，以100r/min的速率進行高剪切，得到第四漿料；40wt％的第四漿料返回步驟2)進行整形細磨；
4)剩余的第四漿料輸出得到水煤漿。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為64.1wt％，平均粒徑為76μm，30～80μm物料占總物料的74％以上，粘度為1089mpa·s，靜置48小時后析水率大于5％。
對比例5
cn106147897a中的實施例5。
工藝穩定后得到的水煤漿的濃度為70wt％，粘度為1158mpa·s，穩定性良好，靜置48小時后析水率為8.6％。
對照實施例3和對比例1～4的結果可知，本發明原煤破碎分別整形粗磨、整形細磨與高剪切三步之間存在互相協同的作用，互相配合將漿料得到粒度級配合理、能夠有效地填充空隙、提高堆積效率同時高濃度的水煤漿，省略任一步都會顯著降低堆積效率和水煤漿濃度。
相較于對比例5的工藝，實施例5增加了：將部分未經剪切的原煤粉進行了細磨，采用雙向進料分別進行粗磨和細磨，可以控制進料時間和進料量，對照實施例5與對比例5的結果可知，此工藝上的改進取得了預料不到的技術效果，得到穩定性和濃度更高的水煤漿，說明本發明的工藝較現有技術的堆積效率大幅提高。
申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細結構特征，但本發明并不局限于上述詳細結構特征，即不意味著本發明必須依賴上述詳細結構特征才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。