CN101333469A

CN101333469A - 水煤浆添加剂的合成及使用方法

Info

Publication number: CN101333469A
Application number: CNA2008100187277A
Authority: CN
Inventors: 郭照冰; 吴国光; 郑有飞; 唐登勇; 刘长春
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2008-12-31

Abstract

本发明公开了一种蒽系水煤浆添加剂的合成方法，是将粗蒽经磺化、水解、缩合与中和而成。粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.25～1，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05～0.2；磺化温度控制在90～150℃，缩合温度控制在100～120℃；磺化反应时间为2～4h，水解时间为0.5～1h。将萘磺酸钠甲醛缩聚物，聚合度为10～15，平均分子量为2000～3500，与蒽系添加剂复配应用于不同煤种的水煤浆制备过程，当复配添加剂用量为干基煤粉重量的1％，保持剪切速率为100s^－1，浆体粘度为1200MPa.s时，可以制备浓度为67.9～68.8％的水煤浆，且浆体具有良好的稳定性。萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系水煤浆添加剂复配使用可以制备性能优良的水煤浆，同时可以降低添加剂生产成本，且复配添加剂对不同煤种制浆的普适性较强。

Description

水煤浆添加剂的合成及使用方法

技术领域

本发明涉及一种水煤浆添加剂的合成与使用方法，特别涉及制备性能优良的水煤浆。

背景技术

水煤浆是上世纪80年代出现的以煤代油的煤基流体燃料，它是由约70％的固体煤粉、约30％水和约1％少量化学添加剂混合而成的粗分散体系，由于其流动、节能和燃烧时低污染性，水煤浆技术已为世界各国所重视。理想的水煤浆表现在较高的浓度、较低的粘度、良好的流变性与长时间的稳定性。

优良的化学添加剂是制备高质量水煤浆的关键因素之一。水煤浆添加剂主要作用在于改变煤粒的表面性质，促使煤粒在水中扩散，使浆体具有良好的流变特性和稳定性。根据化学添加剂的功能不同，可将其分为分散剂、稳定剂和其它辅助添加剂三类。目前水煤浆添加剂主要以萘系列、木质素系列、腐殖酸系列、丙烯酸系列与石油磺酸盐等为主，尤其以聚萘磺酸盐系列水煤浆添加剂应用最为普遍。聚萘磺酸盐系列添加剂分散性能好、减粘作用强、流变性好，但价格昂贵、制备的浆体稳定性差。因此，围绕聚萘磺酸盐的复配型添加剂研究是一个热点，如萘磺酸缩聚物与聚对苯乙烯磺酸盐复配、萘磺酸缩聚物与磺化腐殖酸复配等，这些添加剂在制备水煤浆过程中各有千秋。

发明内容

为了解决目前的聚萘磺酸盐系列添加剂价格昂贵、制备的浆体稳定性差的缺点，本发明提供了一种价格低廉、制备的浆体稳定的水煤浆添加剂的合成方法，步骤如下：

步骤A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.25～1，磺化温度控制在90～150℃，磺化反应时间为2～4h，然后经过水解0.5～1h后，调节反应液pH，使pH＜3，再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05～0.2，缩合温度控制在100～120℃，再经过与氢氧化钠中和即制得蒽系添加剂；

步骤B 将聚合度为10～15，平均分子量为2000～3500的萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶0.2～2进行复配得到水煤浆添加剂。

其中步骤A得到的蒽系添加剂主要为含-CH₂-，-SO₃ ^-等基团的芳香族化合物。而步骤B中萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系添加剂复配，可以提高煤粒的分散作用，继而提高浆体的性能。

在制备水煤浆时，本添加剂用量为干基煤粉重量的0.5～1.5％。添加剂可以配成一定浓度的溶液，再按照一定比例加到煤粉中，搅匀。原煤可以使用球磨机磨碎，也可以用棒磨机磨碎。煤粒在磨碎之前，可以先用破碎机破碎，并置于烘箱中烘干。干基煤粉粒子是将一定比例的粗煤粉粒子与细煤粉粒子混和，使煤粉粒子的粒径分布呈双峰分布，粒径小于74μm的煤粉粒子不少于75％即可。原煤可以是徐州庞庄矿煤、山西大同矿煤、山东八一矿煤等。原煤的主要成分为质量比碳80～87％，硫0.2～0.5％，氮0.8～2.0％，氢3.5～5.5％，氧8.0～13.0％。

本发明的有益效果为：

1.萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系水煤浆添加剂复配使用制备的水煤浆性能优良，本添加剂用量为干基煤粉重量的0.5～1.5％即可，这样就解决了聚萘磺酸盐系列添加剂生产成本高的缺点，而且本添加剂加入后制备的浆体稳定性好。

2.萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系水煤浆添加剂复配使用制备水煤浆时对煤种的普适性较强，徐州庞庄矿煤、山西大同矿煤、山东八一矿煤都可以使用这种添加剂。

3.萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系添加剂复配，可以提高煤粒的分散作用，继而提高浆体的性能，浆体普遍可以存放7天以上仍无明显沉淀。

附图说明

图1是蒽系添加剂的红外谱图。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。本实施例中所用的浓硫酸是质量浓度为95～98％的。

实施例1

水煤浆添加剂的合成方法，步骤如下：

A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.25～1，磺化温度控制在90～150℃，磺化反应时间为2～4h，然后经过水解0.5～1h后，调节反应液pH，使pH＜3，再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05～0.2，缩合温度控制在100～120℃，再经过与碱中和即制得蒽系添加剂；B 将聚合度为10～15、平均分子量为2000～3500的萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶0.2～2进行复配得到水煤浆添加剂。

其中粗蒽与浓硫酸的质量比可以为1∶0.25、1∶0.33或者1：，磺化温度控制在90℃、120℃、150℃，磺化时间为2h、3h、4h，磺化后水解时间为0.5h、0.73h或者1h，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05、1∶0.12、1∶0.2，缩合温度控制在100℃、108℃、120℃，后面步骤B中萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶0.2、1∶0.9、1∶2进行复配。

实施例2

将150g粗蒽加入500ml的四口烧瓶，搅拌，加热待温度升高至110℃时，缓慢地滴加40ml浓硫酸，在130℃温度下反应3h，然后冷却至120℃、水解0.5h。在100℃时将10ml甲醛溶液缓缓加入烧瓶，在110℃时反应1.5h。用NaOH中和使溶液PH值为7～9，烘干、粉碎即得到蒽系添加剂。使用徐州庞庄煤制备水煤浆，保持水煤浆添加剂的用量为干基煤粉的1％，其中萘磺酸钠甲醛缩聚物与上述所制备的蒽系水煤浆添加剂质量比为1∶1，在24℃，剪切速率为100s^-1，浆体粘度为1200mPa.s时，制备浆体的浓度为68.2％，浆体存放7天无明显沉淀。

实施例3：

与实施例2基本相同，通过使用改变粗蒽的磺化反应温度、磺化反应时间，浓H₂SO₄的用量，HCHO的用量与缩合温度所合成的蒽系添加剂制浆，浆体的浓度在65.5％～67.4％，存放7天部分浆体出现硬沉淀。

其中磺化温度设为90℃或110℃或150℃，磺化反应时间缩短为2h，H₂SO₄的用量为30ml，HCHO的用量为15ml，缩合温度为120℃。

实施例3：

实施例2中，其它条件不变，但使用的添加剂仅为萘磺酸钠甲醛缩聚物，浆体的浓度为68.4％，浆体存放2天即出现硬沉淀。

实施例4：

实施例2中，其它条件不变，萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系水煤浆添加剂质量比为2∶1，浆体的浓度为68.2％，浆体存放5天出现硬沉淀；而当萘磺酸钠甲醛缩聚物与蒽系水煤浆添加剂质量比为1∶2时，浆体的浓度为68.0％，浆体存放7天无明显沉淀。

实施例5：

实施例2中，其它条件不变，水煤浆添加剂的用量改为干基煤粉的0.5％，浆体的浓度为67.2％，浆体存放5天出现沉淀；水煤浆添加剂的用量改为干基煤粉的1.5％，浆体的浓度为68.3％，浆体存放7天无明显沉淀。

实施例6：

实施例2中，其它条件不变，对山西大同矿煤进行制浆，浆体的浓度为67.9％，浆体存放7天无明显沉淀；对山东八一矿煤进行制浆，浆体的浓度为68.8％，浆体存放7天无明显沉淀。

实施例7：

水煤浆添加剂的合成方法，步骤如下：

步骤A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.25，磺化温度控制在90℃，磺化反应时间为2h，然后经过水解后再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05，缩合温度控制在100℃，再经过与氢氧化钠中和即制得蒽系添加剂；

步骤B 将萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶0.2进行复配得到水煤浆添加剂。

实施例8

水煤浆添加剂的合成方法，步骤如下：

步骤A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶1，磺化温度控制在150℃，磺化反应时间为4h，然后经过水解0.75h后，调节反应液pH，使pH＜3，再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.2，缩合温度控制在120℃，再经过与氢氧化钠中和即制得蒽系添加剂；

步骤B 将萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶2进行复配得到水煤浆添加剂。

实施例9

水煤浆添加剂的合成方法，步骤如下：

步骤A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.75，磺化温度控制在135℃，磺化反应时间为3.2h，然后经过水解1h后，调节反应液pH，使pH＜3，再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.15，缩合温度控制在111℃，再经过与碱中和即制得蒽系添加剂；

步骤B 将萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶1.2进行复配得到水煤浆添加剂。

实施例10：

实施例1中，将合成出的蒽系添加剂进行红外光谱分析，发现在3428.98、3052.91、2921.77、1448.35、1598.78、1504.28及1238.14处有吸收峰，表明蒽系添加剂主要为含-CH₂-，-SO₃ ^-等基团的芳香族化合物。

Claims

1.一种水煤浆添加剂的合成方法，其特征在于步骤为：

步骤A 蒽系添加剂的合成：首先将粗蒽磺化，其中粗蒽与浓硫酸的质量比为1∶0.25～1，磺化温度控制在90～150℃，磺化反应时间为2～4h，然后经过水解0.5～1h后，调节反应液pH，使pH＜3，再与甲醛缩合，粗蒽与甲醛的质量比为1∶0.05～0.2，缩合温度控制在100～120℃，再经过与碱中和即制得蒽系添加剂；

步骤B 将聚合度为10～15、平均分子量为2000～3500的萘磺酸钠甲醛缩聚物与步骤A制得的蒽系添加剂按照质量比1∶0.2～2进行复配得到水煤浆添加剂。

2.如权利要求1所述的水煤浆添加剂的使用方法，其特征在于水煤浆添加剂的重量为干基煤粉重量的0.5～1.5％。

3.如权利要求2所述的水煤浆添加剂的使用方法，其特征在于干基煤粉粒子的粒径分布呈双峰分布，粒径小于74μm的煤粉粒子不少于75％。