一种煤粉及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种煤粉及其制备工艺 (Coal powder and preparation process thereof ) 是由 郑翔书 郑宇松 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤粉,其表面具有一层憎水层,所述憎水层由憎水材质制得,其特征在于：所述憎水材质包含有机硅醇钠或有机硅树脂中的任意一种或两种。本发明还公开了两种上述煤粉的制备工艺。采用本发明煤粉及其制备工艺制得的煤粉具有憎水性良好,易存储输送,燃烧热效率高的优点。(The invention discloses coal powder, the surface of which is provided with a hydrophobic layer made of hydrophobic materials, and the coal powder is characterized in that: the hydrophobic material comprises one or two of organic silicon sodium alkoxide or organic silicon resin. The invention also discloses two preparation processes of the coal powder. The coal powder prepared by the coal powder and the preparation process thereof has the advantages of good hydrophobicity, easy storage and transportation and high combustion heat efficiency.)
技术领域
本发明属于煤粉领域，具体涉及一种煤粉及其制备工艺。
背景技术
煤粉是一种重要燃料，其在火电厂及工业锅炉的热能提供中得到了广泛应用。但是，火电厂及工业锅炉储煤能力有限，故目前仍是大规模采用传统露天储煤场(堆放场)来储煤。
然而，传统储煤场建设不仅投资大，占地面积大、储煤成本高、储煤损耗大。更甚者，储煤60天，不仅每吨每天收储煤费0.4元，另还有储煤损耗。仅按储存30天计算，储存损耗系数为3％。其中发热量损耗2％，褐煤更高达10％以上。故储煤时间越长，损耗越大。
此外，由于煤粉自身所具有的亲水性，导致了现有的细煤粉在储存及(货车陆运)运输过程中容易吸潮，更不能防水，因而使煤粉可保持性质的储存时间缩短，通常都只能保存1天左右。同时，煤粉在储存及运输过程中容易使其中的挥发分挥发出，这些挥发分的析出会导致煤粉自燃。煤粉的上述不足，使得煤粉在储存时间、运输方式及应用领域方面都受到很大限制。故一直以来，煤的有效储存、输送与利用均是困扰相关技术人员的技术难题。
现目前，国内和国际普遍采用“水煤浆”技术(例如，专利号CN201610925779.7，名称为“高浓度水煤浆及高效分级粒控制备高浓度水煤浆的方法”公开的技术内容)来解决煤的储存、输送与利用的技术难题。“水煤浆”技术即是将煤块制成煤粉，并将煤粉、水和添加剂混合在一起制成“水煤浆”并主要利用管道进行输送的技术。但是，“水煤浆”技术存在的缺陷是：
由于煤粉的吸水、吸潮特性，使得煤粉处在水溶液中时，自身会吸收溶液中的水份(降低后续燃烧使用时的热能和热效率)，进而导致在水煤浆制造过程中，水煤浆中煤粉浓度的降低(较低)，出现利用效率降低并提升输送成本的情形，影响水煤浆的推广使用。
申请人团队经过多年研发，给出了多项关于“煤的有效储存、输送与利用”的研发成果，并相继将各个研发成果申请了专利，具体为：
申请日：2014年7月11日；公告号CN104073319B，名称为“一种褐煤添加剂及褐煤脱水处理方法”的技术方案——该技术方案能够显著增加了褐煤“内水”及“结合水”的疏水性、渗透性，大大提高了褐煤的工业利用价值。
申请日：2015年8月31日；公告号：CN105062603B，名称为“一种防水煤粉及其制备方法”的技术方案——该技术方案可以使煤粉由亲水性物质转为憎水性物质，使煤粉的亲水性能大为降低，且可以阻止煤粉中的挥发分挥发，从而有效避免了煤粉在储存中的自燃的问题，延长了储存时间，增加了储存和运输期间的安全性，具有良好的应用前景。
申请日：2018年6月28日；公告号：CN108753388A，名称为“一种水煤浆的制备方法”的技术方案——该技术方案适用于现有各类型煤种，制备的水煤浆在管道输送过程中不会发生沉淀，不易受低气温的影响，从而避免了管道堵塞的问题，而且输送至目的地后，煤粉易于从液相载体中分离，且分离后的煤粉基本上呈干燥状态。
申请日：2019年4月15日；公告号：CN109971526A，名称为“一种蓄能方法和用能方法”的技术方案——该技术方案具有易于实现，能够产业化规模化蓄能，使用方便，效益更好的优点。
以上技术方案就“煤的有效储存、输送与利用”提出了良好的解决方案。
但如何设计一种憎水性良好，易存储输送，燃烧热效率高的煤粉仍是本领域技术人员需要考虑解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种憎水性良好，易存储输送，燃烧热效率高的煤粉。并进一步解决的技术问题是：如何提供一种能够可靠制备出上述煤粉的制备工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种煤粉，其表面具有一层憎水层，所述憎水层由憎水材质制得，其特征在于：所述憎水材质包含有机硅醇钠或有机硅树脂中的任意一种或两种。
同现有技术相比较，本发明煤粉具有的优点是：
1、使得煤粉具有高效防水性(憎水性高于99.7％，在700mm水柱静压下30天无渗透)
有机硅醇钠主要成份是甲基硅醇钠，甲基硅醇钠易在水和二氧化碳作用下，生成甲基硅醇；该反应生成的硅醇基的性质很活泼，不仅能进一步反应，生成高分子化合物-网状有机硅树酯膜(具有憎水性)。另一方面由于硅酸盐建筑材料表面含有很多硅醇基，这些硅醇基能与防水剂的硅醇基反应脱水交联，而使其表面键合上烃基，从而使其结构完全同于有机硅树脂，能够降低表面张力，使水的接触角增大至105℃左右，实现“反毛细管效应”，即形成所谓憎水层，具有高效防水作用。
2、使得煤粉表面的憎水层兼具憎水性和透气性
透气性和憎水性原本是矛盾的两种性质，但另包含有机硅醇钠来制得煤粉表面的憎水层后，能够使得该憎水层构成多孔结构，该多孔结构中的各孔孔径小于0.4纳米(可通过扫描电子显微镜(SEM)来观测，水分子的直径小于0.4纳米)，且各孔又易于供氧气分子进入(氧分子直径0.346纳米)，进而能够提升具有该憎水层的煤粉的燃烧热能和燃烧效率约5％-10％(同公告号CN105062603B技术方案中的“防水煤粉”相比较)。
具体机理为：因有机硅在煤粉粒表面具有物理或化学吸附作用，结合有机硅自身反应交联，最终使得煤粉粒表面形成网状包裹的憎水层(参见图1所示，标号1为煤粉粒，标号2为憎水层结构)，该憎水层为聚硅氧烷网络(多孔径材料，孔径可以根据所需吸附分子的大小进行调控；孔径内的亲水疏水性质也可通过改变有机硅氧烷的结构进行调节。)
3、进一步提升憎水性
采用包括有机硅醇钠或有机硅树脂的材质制得的憎水层，不仅具有以上提到的憎水性和透气性的特性外，还能够增加煤粉粒表面的粗糙度，粗糙度又会进一步增大憎水层的润湿角，从而使得憎水性进一步提升。
一种煤粉的制备工艺，其特征在于：将煤粉、水和憎水材质搅拌混合成浆料后除干水份。
本发明的制备工艺简单，操作方便，易于实施，能够可靠制得憎水煤粉。
当憎水材质中不含碳酸钙时，二氧化碳可直接来源空气。在制备时，将空气通过曝气机在盛装混合物的罐体内曝气。这样不仅能够利用空气中的二氧化碳来使得有机硅醇钠反应，还能够利用曝气来形成更为充分的搅拌混合效果，煤粉表面的憎水层更为均匀一致，确保憎水层加工的可靠性。
另一种煤粉的制备工艺，其特征在于：将煤粉和憎水材质在100至150度温度条件下搅拌混合预定时间后冷却至常温。
该制备工艺无需水，能够更好满足缺水且同时也是富煤地区的用户使用。并能够使得煤粒表面形成憎水层。
附图说明
图1为采用本发明煤粉制备工艺制得的煤粉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
表1多种实施例的煤粉性能
由上，本发明煤粉具有的优点是：
1、使得煤粉具有高效防水性(憎水性高于99.7％，在700mm水柱静压下30天无渗透)
有机硅醇钠主要成份是甲基硅醇钠，甲基硅醇钠易在水和二氧化碳作用下，生成甲基硅醇；该反应生成的硅醇基的性质很活泼，不仅能进一步反应，生成高分子化合物-网状有机硅树酯膜(具有憎水性)。另一方面由于硅酸盐建筑材料表面含有很多硅醇基，这些硅醇基能与防水剂的硅醇基反应脱水交联，而使其表面键合上烃基，从而使其结构完全同于有机硅树脂，能够降低表面张力，使水的接触角增大至105℃左右，实现“反毛细管效应”，即形成所谓憎水层，具有高效防水作用。
2、使得煤粉表面的憎水层兼具憎水性和透气性
透气性和憎水性原本是矛盾的两种性质，但另包含有机硅醇钠来制得煤粉表面的憎水层后，能够使得该憎水层构成多孔结构，该多孔结构中的各孔孔径小于0.4纳米(可通过扫描电子显微镜(SEM)来观测，水分子的直径小于0.4纳米)，且各孔又易于供氧气分子进入(氧分子直径0.346纳米)，进而能够提升具有该憎水层的煤粉的燃烧热能和燃烧效率约5％-10％(同公告号CN105062603B技术方案中的“防水煤粉”相比较)。
具体机理为：因有机硅在煤粉粒表面具有物理或化学吸附作用，结合有机硅自身反应交联，最终使得煤粉粒表面形成网状包裹的憎水层(参见图1所示，标号1为煤粉粒，标号2为憎水层结构)，该憎水层为聚硅氧烷网络(多孔径材料，孔径可以根据所需吸附分子的大小进行调控；孔径内的亲水疏水性质也可通过改变有机硅氧烷的结构进行调节。)
3、进一步提升憎水性
采用包括有机硅醇钠或有机硅树脂的材质制得的憎水层，不仅具有以上提到的憎水性和透气性的特性外，还能够增加煤粉粒表面的粗糙度，粗糙度又会进一步增大憎水层的润湿角，从而使得憎水性进一步提升。
实施时，煤粉的憎水层是否透气性通过可通过扫描电子显微镜(SEM)来观测煤粉表面的憎水层，当憎水层在显微镜下看出是网状多孔结构即认为是具有透气性。
煤粉制备工艺的第一种实施例：
煤粉的制备工艺，将煤粉、水和憎水材质搅拌混合成浆料后除干水份。
本发明的制备工艺简单，操作方便，易于实施，能够可靠制得憎水煤粉。
当憎水材质中不含碳酸钙时，二氧化碳可直接来源空气。在制备时，将空气通过曝气机在盛装混合物的罐体内曝气。这样不仅能够利用空气中的二氧化碳来使得有机硅醇钠反应，还能够利用曝气来形成更为充分的搅拌混合效果，煤粉表面的憎水层更为均匀一致，确保憎水层加工的可靠性。
其中，所述除水水份的工序采用烘干或晾干处理。
实施时，烘干处理采用烘干加热滚筒来进行。
烘干处理具有可控性好，处理能力强，烘干效率高(一端进料另一端出料，实现连续加工)的优点。
煤粉制备工艺的第二种实施例：
煤粉的制备工艺，将煤粉和憎水材质在100至150度温度条件下搅拌混合预定时间后冷却至常温。
该制备工艺无需水，能够更好满足缺水且同时也是富煤地区的用户使用。并能够使得煤粒表面形成憎水层。
实施时，优选加热滚筒来制备。
其中，所述搅拌混合中搅动件的转动速度20转/分钟以上。
实施时，所述搅动件可为滚筒或罐体中的搅拌叶片。
以上速度的搅动件能够确保憎水材质充分粘附在煤粒表面。
其中，所述搅拌混合的时间为4至20分钟。
该时间可有效保证煤粒表面憎水层的形成。
以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。