CN101550369B - 一种水煤浆添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水煤浆添加剂及其制备方法，该添加剂由阴离子表面活性剂萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯按质量比为8∶1∶1～1∶8∶1复配而成。本发明是将萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯应用于水煤浆的制备技术中，其对煤种适应性广，特别是针对低变质程度的煤种，当三元复合型添加剂达到煤(干基)重量的0.1～1wt％时，可以制备出煤粉含量在62～70wt％的水煤浆，该浆体具有良好的流动性，较低的表观黏度和良好的静态稳定性。该三元复合型添加剂生产工艺简单，性能优良，适用煤种范围广。

Description

一种水煤浆添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及水煤浆领域，特别涉及一种水煤浆添加剂及其制备方法。

背景技术

我国是煤炭大国，特定的能源结构决定了在未来几十年内，煤炭仍将是我国的主导能源。但是，我国煤炭利用技术相对落后，环保设施亦不配套、不健全。不但煤炭利用效率低，煤炭资源浪费严重，而且煤炭燃烧所产生的大量烟尘和SO₂严重污染了大气环境。随着注重环保的呼声日益高涨，发展洁净煤技术是提高中国能源效率、减少环境污染的重要途径。中国已将发展洁净煤技术列入《中国21世纪议程》，强调要加大洁净煤技术研究开发力度，扩大洁净煤领域的对外开放，推进洁净煤技术的产业化。

水煤浆是上世纪70年代末80年代初应运而生的洁净煤技术之一。它是由一定粒度分布的煤、水和少量化学添加剂配制而成的一种浆体燃料。它具有石油一样的流动性，可以泵送、雾化和着火燃烧，可代替石油作为工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉用燃料，也可以作为气化原料制合成气，加工下游化工产品。

具有工业应用价值的水煤浆产品要求有高浓度、低黏度、良好的流动性和稳定时间长的特点。在水煤浆生产过程中，水煤浆添加剂对水煤浆性能起着至关重要的作用。水煤浆添加剂主要有分散剂、稳定剂和其他辅助药剂，其中分散剂起关键作用。目前的水煤浆分散剂主要有萘系、腐殖酸系、木质素系、聚烯烃系和非离子型。但是这些产品各有优点，也各有缺陷，应用方面不同程度地受到制约。如萘系分散剂分散性好、减粘作用强、浆流性好，但是浆体稳定性较差，容易析水产生硬沉淀。腐殖酸系分散剂具有分散性能好的优点，可单独使用，但对金属离子敏感，容易形成沉淀，浆的稳定性差，对制浆水质要求较高。木质素磺酸盐的优点是原料丰富，价格便宜，稳定性较好，但缺点是制浆黏度较大，浆流动性不好。聚烯烃类分散剂对低灰水煤浆具有较好的分散稳定性，但需要严格控制分子质量及其分布，而且价格较高，对煤种要求较严格。非离子型分散剂的主要优点在于分子的亲水亲油性和相对分子质量易于调节和控制，不受水质和煤中可溶物的影响，不需添加稳定剂，但是价格昂贵。

本发明提供一种三元复配的水煤浆添加剂，是由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯按一定比例复配而成，它具有适用煤种范围广的特点，对于变质程度较低的煤种也有较好的成浆性能，扩大了煤炭的来源，提高了成浆性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、适用煤种范围广、成浆性能良好的水煤浆添加剂及其制备方法。

本发明水煤浆添加剂的制备方法具体步骤如下：

(1)配制固体粉末添加剂：按一定质量比比例(8∶1∶1～1∶8∶1)(较佳比例为7∶2∶1～5∶4∶1)称取阴离子表面活性剂萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，混合均匀后即可；

所述的萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7～15。

所述木质素磺酸盐是其钠盐、钙盐、镁盐或铵盐中的一种或多种。

所述的烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯是辛基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯或十二烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种；所用的烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的聚合度是10～100。

(2)配制液体添加剂：按一定质量比比例(8∶1∶1～1∶8∶1)(较佳比例为7∶2∶1～5∶4∶1)称取萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，加入一定量的水中充分溶解，待添加剂完全溶解后，即可得到固含量质量百分比为30％～50％的复配液体添加剂。

(3)制备煤粉：将原料煤破碎到一定粒度(≤10mm)，然后用球磨机进行干法粉碎，因为原煤在球磨机中粉碎，所得煤粉中会有大颗粒(大于14目)存在，另外直接磨制的煤粉粒度分布比例不一定符合水煤浆制浆要求，所以须先按一定目数进行筛分，然后根据水煤浆制浆具体的粒度分布要求称取煤粉，将各种粒径的煤粉进行混合。通常按照不同目数进行筛分，得到制浆用煤样的粒度分布如下：

粒径           通过率％

14目           100

40目           80～98

200目          40～60

≤325目        25～40

通常按上述的粒度分布称取煤粉，将其混合均匀。

(4)制备水煤浆：按照预先设定的水煤浆浓度和添加剂的添加量计算出所需的固体粉末添加剂或液体添加剂的量、需补加的水量及成浆所需的煤量。通常所得水煤浆中添加剂的用量为：添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.1～1％。并分别进行称取，将添加剂和水混合均匀后，搅拌下将称好的煤样加入其中，在1000～1500转/分的搅拌速度下匀浆5～10分钟。

本发明所采用的复配添加剂由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯组成，三者协同作用，提高了煤的亲水性，降低了煤浆的黏度，使煤浆具有良好的流动性；而且双电层效应和空间位阻效应同时存在，共同作用实现浆体的稳定性要求。该水煤浆添加剂的用量少，当复合添加剂达到干基煤重量的0.1～1wt％时，可以制备出煤粉含量在62～70wt％的水煤浆，煤粉含量实际是用恒温干燥箱干燥法称量计算而得，包括添加剂的质量在内。该浆体具有良好的流动性，较低的表观黏度和良好的静态稳定性。该复合型添加剂生产工艺简单，性能优良，适用煤种范围广，本发明制备的水煤浆添加剂特别适用于低变质程度的煤制备高浓度的水煤浆。

所述双电层效应是指对于阴离子型表面活性剂，其实是一种电解质，在水中会发生电离，当阴离子型表面活性剂分散在水中，包裹在煤颗粒外时，其分子会在煤表面形成一圈正电荷、一圈负电荷，当一个煤颗粒向另一个煤颗粒靠近时，会因为静电斥力而排斥开来达到分散的目的。

所述空间位阻效应是指对于阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，因为其分子中存在长链或大分子结构，当两分子相互靠近时，引起空间阻碍而使其分开，也达到分散稳定的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

实施例1

煤样来源：内蒙煤1#

注：煤的工业分析按GB/T212-2001进行测定；煤的元素分析按GB/T476-2001进行测定；煤的可磨指数按MT/T230-2005进行测定。以下实施例2～10类同。

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钠∶辛基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝1∶8∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为100。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为67％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为920mPa.s，可稳定存在15天。

实施例2

煤样来源：内蒙煤2#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钙∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝5∶4∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为10。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为68％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为880mPa.s，可稳定存在10天。

实施例3

煤样来源：内蒙煤3#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钠∶【十二烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯】＝8∶1∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为15，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为40。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为63％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为1040mPa.s，可稳定存在5天。

实施例4

煤样来源：内蒙煤4#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶【木质素磺酸铵和木质素磺酸钠】∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝7∶2∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为10，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为80。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为63％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为1100mPa.s，可稳定存在20天。

实施例5

煤样来源：内蒙煤5#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钠∶【辛基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯】＝6∶3∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为10，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为50。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.5％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为65％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为1020mPa.s，可稳定存在8天。

实施例6

煤样来源：内蒙煤6#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钠∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝3∶6∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为15，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为60。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.5％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为67％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为1100mPa.s，可稳定存在5天。

实施例7

煤样来源：内蒙煤7#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸铵∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝8∶1∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为15，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为80。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为62％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为1000mPa.s，可稳定存在5天。

实施例8

煤样来源：内蒙煤8#

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶【木质素磺酸钠和木质素磺酸镁】∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝1∶8∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为40。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为65％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为980mPa.s，可稳定存在10天。

实施例9

煤样来源：山东枣庄煤

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钙∶壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝5∶4∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为100。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.1％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为70％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为900mPa.s，可稳定存在15天。

实施例10

煤样来源：甘肃华亭煤

添加剂类型：萘磺酸甲醛缩合物钠盐∶木质素磺酸钠∶辛基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯＝2∶7∶1，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为15，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯的聚合度为60。

添加剂用量：复合添加剂(折固)的质量是煤(干基)质量的0.5％。

成浆性能结果：水煤浆浓度为68％，在25℃、剪切速率为28.38s^-1时，表观黏度为940mPa.s，可稳定存在15天。

其中，内蒙煤3#、内蒙煤4#和内蒙煤7#属于低变质程度的煤，在使用本发明所制备的水煤浆添加剂后均可得到高浓度的水煤浆。

Claims (10)

1.一种水煤浆添加剂，其特征在于，由萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯复配组成；萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯质量比为8∶1∶1～1∶8∶1。

2.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，萘磺酸甲醛缩合物钠盐的聚合度为7～15。

3.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，木质素磺酸盐为钠盐、钙盐、镁盐或铵盐中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯为辛基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯或十二烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1～4所述的任意一种水煤浆添加剂，其特征在于，烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的聚合度是10～100。

6.根据权利要求1～4所述的任意一种水煤浆添加剂，其特征在于，固体添加剂溶解于水中得到固含量质量百分比为30％～50％的复配液体添加剂。

7.根据权利要求5所述的水煤浆添加剂，其特征在于，固体添加剂溶解于水中得到固含量质量百分比为30％～50％的复配液体添加剂。

8.一种如权利要求1～4所述的任意一种水煤浆添加剂的制备方法，包括：

a.配制固体粉末添加剂：按比例称取萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸盐和烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯，混合均匀；

b.配制液体添加剂：将步骤a配制的固体粉末添加剂加入水中充分溶解，得到复配液体添加剂。

9.一种如权利要求1～4所述的任意一种水煤浆添加剂在水煤浆中的应用，包括：

a.制备煤粉：将原料煤粉碎、筛分，将得到的制浆用煤样混合均匀；

b.制备水煤浆：按比例称取固体添加剂或液体添加剂、水及成浆所需的煤，将添加剂和水混合均匀后，搅拌下将称好的煤样加入其中，搅拌匀浆。

10.根据权利要求9所述的水煤浆添加剂在水煤浆中的应用，其特征在于，水煤浆中折固后的添加剂的质量是干基煤质量的0.1～1％。