一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法与应用 |
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| 申请号 | CN202311308712.5 | 申请日 | 2023-10-10 | 公开(公告)号 | CN117206065A | 公开(公告)日 | 2023-12-12 |
| 申请人 | 中国矿业大学; | 发明人 | 周晨阳; 段晨龙; 刘锡波; 赵跃民; 董良; 王丹; 刘威进; 潘丹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种利用气固分选 流化床 分选低 密度 煤 炭的方法与应用，属于气固分选流化床技术领域，解决了 现有技术 中分离低密度煤炭的方法效率低、成本高，难以实现低密度煤炭的分离等问题。一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法，包括：以多孔颗粒作为加重质将待分选煤炭中的低密度煤炭进行分离，所述的多孔颗粒平均粒径为70～130μm，真密度为7.0～7.8g/cm3，孔隙率为5％～10％。本发明的方法中采用多孔颗粒作为加重质，在气流作用下形成超低密度的似 流体 床层，利用气固分选流化床基于待分选煤炭自身的密度差异实现低密度煤炭的高效分选。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法，其特征在于，包括：以多孔颗粒作为加重质将待分选煤炭中的低密度煤炭进行分离，所述的多孔颗粒平均粒径为70～130μm， |
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| 说明书全文 | 一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法与应用技术领域[0001] 本发明涉及气固分选流化床技术领域，尤其涉及一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法与应用。 背景技术[0002] 煤炭是目前的主体能源之一，做好煤炭清洁高效可持续开发利用尤为重要。选煤是实现煤炭清洁利用的源头技术，也是推动煤炭由单一燃料属性向燃料、原料方向转变，推进分级分质利用，从而实现高碳能源低碳化利用的重要途径之一。我国的煤炭资源主要分布在西部、北部等高寒、干旱地区，水资源短缺问题严重，湿法分选技术容易带来二次水污染，需要配置昂贵的污水处理系统，需要使用大量的水资源，难以在上述地区推广使用。干法分选技术由于不用水，减少了水资源的使用，在干旱缺水地区有着更好地适应性。因此，开发高效的干法选煤技术有助于弥补现有湿法分选技术的不足，推动我国煤炭资源的高效洁净利用。 [0003] 煤炭干法分选技术中的气固流态化干法分选技术较其他煤炭干法分选技术有着煤种适应性更强、分选精度更高、密度调节范围宽、介质损耗更低的优点，已发展成为典型的干法分选技术之一。然而，现有的气固流态化干法分选技术分选密度普遍在1.2～2.0之3 间，难以实现密度低于1.2g/cm的低密度煤炭的有效分选，易造成煤炭资源的浪费。 发明内容[0004] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法与应用，用于解决以下技术问题中的至少一个：人工拣选人力成本高昂且效率低下；风选分选效率较低、能耗和成本高、对不同物料的适应性较差；水力浮选技术容易带来二次水污染、需要配置昂贵的污水处理系统，需要使用大量的水资源；湿法分选煤炭技术耗水量大；3 且现有的气固流态化干法分选技术难以实现对密度低于1.2g/cm的低密度煤炭的有效分选。 [0005] 第一方面，本发明提供了一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法，包括：以多孔颗粒作为加重质将待分选煤炭中的低密度煤炭进行分离，所述的多孔颗粒平均粒径 3 为70～130μm，真密度为7.0～7.8g/cm，孔隙率为5％～10％。 [0006] 进一步的，还包括：将所述的多孔颗粒在气流的作用下形成密度为大于1.0g/cm33 且不大于1.3g/cm的分选床层。 [0007] 进一步的，分选床层的密度大于待分选煤炭中目标煤炭的密度。 [0009] 进一步的，所述的多孔颗粒的临界流化速度为4～10cm/s。 [0010] 进一步的，所述的多孔颗粒为磁性材料。 [0012] 进一步的，所述的加重质中多孔颗粒的堆密度为1.2～1.5g/cm3。 [0013] 进一步的，所述的低密度煤炭的密度为1.0～1.2g/cm3。 [0014] 第二方面，本发明提供了一种所述的方法在分选煤炭中低密度煤炭的应用。 [0015] 与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一： [0016] (1)本发明的方法中气固流化床中的加重质选为多孔颗粒，多孔颗粒本身具有较低的堆密度，同时颗粒自身的孔结构进一步促进了颗粒床层膨胀，在气流的作用下能够形3 成有超低密度的分选床层，能够使得流化成层密度达到1.3g/cm 以下，这是现有的气固流态化干法分选技术无法实现的； [0017] (2)本发明的加重质采用多孔颗粒气固流化床相较于同粒度和材料的实心颗粒的气固流化床，最小流化速度明显降低，能够节省能耗，降低成本；同时相较于同粒度和材料的实心颗粒的气固流化床，乳化相散式膨胀增加，降低了流化床层密度下限，使得密度调节范围加宽，同时流化床层的乳化相散式膨胀的增加能够降低分选粒度；本发明采用多孔颗粒作为加重质，在气流作用下形成超低密度的似流体床层，利用气固分选流化床基于待选煤炭自身的密度差异实现低密度煤炭的高效分选； [0018] (3)本发明的多孔颗粒包括磁性颗粒，磁性颗粒便于后续分离回收，简化步骤； [0019] (4)本发明的方法不用水，适合在干旱和高寒地区使用，能够大量节约水资源；同时本发明的方法不需要污水处理系统，工艺简单，进一步降低了成本，因此，本发明提供的利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法能够有效避免现有技术中的水力浮选和风力分选分别存在的水资源浪费、成本高昂与分选效率较低、对入选物料适应性差的问题； [0020] (5)本发明的方法中流化床层的密度为大于1.0g/cm3且不大于1.3g/cm3，降低了现有煤炭气固流态化干法分选流化床的床层密度下限，能够用于待分选煤炭中低密度煤炭的分选。本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。 附图说明[0021] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。 [0022] 图1为本发明的一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法的示意图； [0023] 图2为本发明中分选密度与分配率的关系图。 具体实施方式[0024] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。 [0025] 需要说明的，本发明中气固分选流化床采用现有的结构，对于具体的结构不在本发明的保护范围之内，只要能实现本发明分选低密度煤炭的方法即可，本发明中不再对具体的流化床结构进行详细说明。 [0026] 本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法，包括：以多孔颗粒作为加重质将待分选煤炭中的低密度煤炭进行分离，所述3 的多孔颗粒平均粒径为70～130μm，真密度为7.0～7.8g/cm，孔隙率为5％～10％。 [0027] 示例性的，所述的多孔颗粒平均粒径为70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、3 3 3 105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm；真密度为7.0g/cm 、7.1g/cm 、7.2g/cm 、7.3g/ 3 3 3 3 3 3 cm 、7.4g/cm 、7.5g/cm 、7.6g/cm、7.7g/cm、7.8g/cm；孔隙率为5％、5.5％、6％、6.5％、 7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、10％。 [0028] 需要说明的，本发明中的多孔颗粒均为市售的原料，只要满足上述性能条件，均可以将待分选煤炭中的低密度煤炭进行分离。 [0029] 与现有技术相比，本发明中加重质选为多孔颗粒，多孔颗粒本身具有较低的堆密度，同时颗粒自身的孔结构进一步促进了颗粒床层膨胀，在气流的作用下能够形成有超低密度的分选床层；多孔颗粒气固流化床相较于同粒度和材料的实心颗粒的气固流化床，最小流化速度明显降低，能够节省能耗，降低成本；同时相较于同粒度和材料的实心颗粒的气固流化床的乳化相散式膨胀增加，降低了流化床层密度下限，使得密度调节范围加宽，同时流化床层的乳化相散式膨胀的增加能够降低分选粒度。 [0030] 需要说明的，本发明中多孔颗粒的尺寸可以均一或非均一，多孔颗粒的真密度可以均一或非均一，多孔颗粒的堆密度可以均一或非均一，多孔颗粒的孔隙率可以均一或非均一。 [0031] 于一个具体的实施方式中，还包括：将所述的多孔颗粒在气流的作用下形成低密3 3 度的分选床层，所述的低密度为大于1.0g/cm且不大于1.3g/cm 。示例性的，密度为1.05g/ 3 3 3 3 3 3 cm、1.1g/cm、1.15g/cm、1.2g/cm、1.25g/cm、1.3g/cm。 [0032] 本发明的方法中流化床层的密度为大于1.0g/cm3且不大于1.3g/cm3，降低了现有煤炭气固流态化干法分选流化床的床层密度下限，能够用于待分选煤炭中低密度煤炭的分选。 [0033] 本发明的方法中气固流化床中的加重质选为多孔颗粒，多孔颗粒本身具有较低的堆密度，同时颗粒自身的孔结构进一步促进了颗粒床层膨胀，在气流的作用下能够形成有3 超低密度的分选床层，能够使得流化成层密度达到1.3g/cm以下，这是现有的气固流态化干法分选技术无法实现的。 [0034] 于一个具体的实施方式中，分选床层的密度大于待分选煤炭中目标煤炭的密度。 [0035] 于一个具体的实施方式中，所述的气流中气体为空气、二氧化碳、惰性气体中的一种或几种。 [0036] 于一个优选的实施方式中，气体选择为空气，有利于降低成本和环境污染。 [0037] 于一个具体的实施方式中，所述的多孔颗粒的临界流化速度为4～10cm/s，示例性的，临界流化速度为4cm/s、4.5cm/s、5cm/s、5.5cm/s、6cm/s、6.5cm/s、7cm/s、7.5cm/s、8cm/s、8.5cm/s、9cm/s、9.5cm/s、10cm/s。 [0038] 于一个具体的实施方式中，所述的多孔颗粒为磁性材料。 [0039] 需要说明的，多孔颗粒包括但不限于磁性材料，磁性材料便于后续分离回收。 [0040] 于一个具体的实施方式中，所述的磁性材料为铁粉。 [0041] 于一个具体的实施方式中，所述的多孔颗粒的堆密度为1.2～1.5g/cm3，示例性3 3 3 3 3 3 3 的，堆密度为1.2g/cm、1.25g/cm、1.3g/cm、1.35g/cm、1.4g/cm、1.45g/cm、1.5g/cm。 [0042] 于一个具体的实施方式中，所述的低密度煤炭的密度为1.0～1.2g/cm3，示例性3 3 3 3 3 的，密度为1.0g/cm、1.05g/cm、1.1g/cm、1.15g/cm、1.2g/cm。 [0043] 第二方面，本发明提供了一种所述的方法在分离煤炭中低密度煤炭的应用。 [0044] 本发明的方法不用水，适合在干旱和高寒地区使用，能够大量节约水资源；同时本发明的方法不需要污水处理系统，工艺简单，进一步降低了成本，因此，本发明提供的利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法能够有效避免现有技术中的水力浮选和风力分选分别存在的水资源浪费、成本高昂与分选效率较低、对入选物料适应性差的问题。 [0045] 以下结合具体的实施例，进一步解释说明本发明的技术方案。 [0046] 实施例1 [0047] 本实施例的一种利用气固分选流化床分选低密度煤炭的方法，如图1所示，所述的3 低密度煤炭的密度为1.0～1.1g/cm。 [0048] 具体的，包括如下步骤： [0049] (1)选择平均粒径dp＝125μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝8.5％的铁粉作为多3 孔颗粒，多孔颗粒的临界流化速度为7.2cm/s，多孔颗粒的堆密度为1.4g/cm，多将上述的铁粉作为加重质； [0050] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计空气气流的流速大于多孔颗粒临界流化速度0.2cm/s，所述的多孔颗粒在气体的作用下，形成均匀稳定的流化床3 层，所述的流化床层的床层密度为1.12g/cm ，压降波动方差约为45，床层的分选环境较为稳定； [0051] (3)将待分选的煤炭送入所述的气固分选流化床，煤炭受到流化床层整体密度的影响，煤炭中的低密度煤炭和重物质按照床层密度进行分层，待需要分离的低密度煤炭上浮至流化床层的表面上，进而实现低密度煤炭的分离。 [0052] 实施例2 [0053] 本实施例的一种利用气固分选流化床分选煤炭中低密度煤炭的方法，低密度煤炭3 的密度1.1～1.15g/cm。 [0054] 具体步骤如下： [0055] (1)选择平均粒径dp＝75μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝7.6％的铁粉作为多3 孔颗粒，多孔颗粒的临界流化速度为5.7cm/s，多孔颗粒的堆密度为1.5g/cm，将上述的铁粉作为加重质； [0056] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计二氧化碳气流的流速大于多孔颗粒临界流化速度1.52cm/s，所述的多孔颗粒在气体的作用下，形成均匀稳定的3 流化床层，所述的流化床层的床层密度为1.18g/cm，压降波动方差约为43，床层的分选环境较为稳定； [0057] (3)将待选煤炭送入所述的气固分选流化床，待选低密度煤炭受到流化床层整体密度的影响，不同密度的煤炭按照床层密度进行分层，待需要分离的低密度的煤炭会上浮至流化床层的表面上，实现低密度煤炭的分离。 [0058] 实施例3 [0059] 本实施例的一种利用气固分选流化床分选煤炭中低密度煤炭的方法，如图1所示，3 所述的低密度煤炭的密度为1.15～1.2g/cm。 [0060] 具体的，包括如下步骤： [0061] (1)选择平均粒径dp＝105μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝38.2％的铁粉作为3 多孔颗粒，多孔颗粒的临界流化速度为6.4cm/s，多孔颗粒的堆密度为1.47g/cm，将上述的铁粉作为加重质； [0062] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计空气气流的流速大于多孔颗粒临界流化速度1.65cm/s，所述的多孔颗粒在气体的作用下，形成均匀稳定的流化3 床层，所述的流化床层的床层密度为1.23g/cm ，压降波动方差约为45，床层的分选环境较为稳定； [0063] (3)将待分选煤炭送入所述的气固分选流化床，待分选煤炭受到流化床层整体密度的影响，煤炭中低密度煤炭和重物质按照床层密度进行分层，待需要分离的低密度煤炭上浮至流化床层的表面上，实现了低密度煤炭的分离。 [0064] 对比例1 [0065] 本对比例的利用气固分选流化床分选煤炭中低密度煤炭的方法与实施例1相同，3 不同之处在于，多孔颗粒平均粒径为45μm，孔隙率为5.5％，多孔颗粒的堆密度为3.5g/cm。 [0066] 具体的，包括如下步骤： [0067] (1)选择平均粒径dp＝45μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝5.5％的铁粉作为多3 孔颗粒，多孔颗粒的堆密度为3.5g/cm，将上述的铁粉作为加重质； [0068] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计控制通入气流的流量，但无论如何调节气体流量，多孔颗粒均无法达到流化状态，均无法实现分选。 [0069] 本对比例说明，不在本发明限定的粒径和堆积密度范围内的多孔颗粒无法实现分选的目的。 [0070] 对比例2 [0071] 本对比例的利用气固分选流化床分选煤炭中低密度煤炭的方法与实施例1相同，不同之处在于，多孔颗粒平均粒径为450μm，孔隙率为9.5％，多孔颗粒的堆密度为2.1g/3 cm。 [0072] 具体的，包括如下步骤： [0073] 1)选择平均粒径dp＝450μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝9.5％的铁粉作为多3 孔颗粒，多孔颗粒的临界流化速度为8.9cm/s，多孔颗粒的堆密度为2.1g/cm，将上述的铁粉作为加重质； [0074] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计气流的流速大于多孔颗粒临界流化速度3.7cm/s，所述的多孔颗粒在气体的作用下，形成流化床层，所述的流化3 床层的床层密度为1.18g/cm，压降波动方差约为85，床层的分选环境较差； [0075] (3)将待分选煤炭送入所述的气固分选流化床，待分选煤炭受到流化床层整体密度的影响，待分选煤炭中的低密度煤炭和重物质按照床层密度进行分层，部分待需要分离的低密度上浮至流化床层的表面上，部分待需要分离的低密度煤炭由于分选床层中气泡较大，床层不稳定，导致在分选床层中部翻滚，难以浮至流化床层表面达到分选目的。 [0076] 本对比例说明，不在本发明限定的粒径和堆积密度大于本发明限定范围内的多孔颗粒分离效果不好。 [0077] 对比例3 [0078] 本对比例的利用气固分选流化床分选煤炭中低密度煤炭的方法与实施例3相同，不同之处在于，孔隙率为0％。 [0079] 具体的，包括如下步骤： [0080] (1)选择平均粒径dp＝75μm，真密度ρ＝7780kg/m3，孔隙率ε＝0％的铁粉，临界流化3 速度为12.5cm/s，颗粒的堆密度为2.78g/cm，将上述的铁粉作为加重质； [0081] (2)将所述的加重质引入流化床分选机体，通过调节流量计气流的流速大于多孔颗粒临界流化速度4.5cm/s，所述的多孔颗粒在气体的作用下，形成流化床层，所述的流化3 3 床层的床层密度为4.42g/cm。床层密度远远大于低密度煤炭的密度范围1.0～1.2g/cm ，所有待选煤炭均会浮在床层上部，无法对目标密度范围的低密度煤炭进行目的的分选。 [0082] 本对比例说明，采用实心的颗粒不能实现煤炭中低密度煤炭分选的目的。 [0083] 试验例1 [0084] 分别测试实施例1‑3和对比例1‑3中低密度煤炭的分选精度。 [0085] 其中，分选精度一般用可能偏差E来表征。E值越大，分选精度越低。一般通过浮沉实验来确定一种分选方法的可能偏差E。E的计算方法为：①通过浮沉实验的数据，以纵坐标为分配率，以横坐标为密度，来绘制沉物分配曲线；②以曲线中分配率为75％所对应的密度值ρ75％与曲线中分配率为25％所对应的密度值ρ25％之差除以2即为可能偏差E。可能偏差E的标准参考中国煤炭加工利用协会发布的《干法选煤技术规范》(T/CCT 011‑2020)团体标准规定。本发明中使用的分选设备为重介质流化床干法分选机。《规范》对于重介质流化床干法分选机，规定重介质流化床干法分选机的处理能力和主要指标采用厂家提供的保证值。即根据需求确定E值，没有规定确切的可能偏差E标准。因此本次测试的可能偏差E标准参考《规范》中对于复合式干法分选机的E值标准。《规范》对于复合式干法分选机分选，入料粒度 3 为25(13)mm以下时，E的最大值可允许的范围为0.17～0.2g/cm。 [0086] 具体测试步骤试验以实施例1为示例，采用直径为15mm乒乓球填充混合颗粒，以配制成不同密度的标准球形密度球，并分别在气固流化床内进行浮沉试验，以测量可能偏差E值。床内临界流化气速为7.2cm/s,表观气速为9.2cm/s,初始床层高度为40‑300mm范围内，分选时间为60s，单个密度球浮沉试验重复测试30次，并记录其下沉次数，该浮沉试验结果3 如表1所示。如图2所示为床高180cm时，可能偏差E为0.05g/cm。 [0087] 表1 [0088] [0089] 分别采用实施例1‑3和对比例1‑3的方法进行分选低密度煤炭，分别对分选的低密度煤炭进行上述分选精度测试，结果如表2所示。 [0090] 表2 [0091] [0092] 通过表2可知，采用本发明的方法分选精度较高，可能偏差E(g/cm3)为0.045～0.07，能够达到分选精度要求。 |
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