CN102199460A - 一种水煤浆添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及德士古煤气化和燃料用水煤浆制备领域，特别涉及一种水煤浆添加剂，该添加剂是由5％～70％的萘磺酸甲醛缩聚物、25％～85％的木质素磺酸钠及5～10％的氢氧化钠组成的复配物。本发明性价比高、适应性广。

Description

一种水煤浆添加剂

所属技术领域

本发明涉及德士古煤气化和燃料用水煤浆制备领域，特别涉及一种水煤浆添加剂。

背景技术

水煤浆是一种非均相煤水混合物(60～70％的煤粉、29～39％的水和小于1％的添加剂)，是新型的煤基流体燃料，既保留了煤的燃烧特性，又有液态燃料的特点，是目前中国一项现实的煤洁净技术，又是德士古煤气化的原料。随着石油价格的不断上涨，世界各国投入大量的人力、物力、财力寻求石油的替代原料，进行水煤浆的开发研究，其工业应用的重要性越来越突出。

水煤浆添加剂是制备水煤浆的关键技术之一。国外尤其美国、日本的科研人员已筛选和研制了一批性能优良的添加剂，如NSF(萘磺酸盐聚合物)、PSS(聚苯乙烯磺酸盐)，并已工业化生产，并达到相当规模。目前中国水煤浆技术普遍存在着添加剂与煤种匹配性能差的问题，而且制浆时对制浆水质及煤质要求均较高，所得水煤浆稳定性偏低，黏度普遍偏大。中国国产添加剂主要以萘系、木质素系和腐殖酸系为主，萘系分散剂制浆存在稳定性差，制浆成本太高，木质素系和腐殖酸系存在制浆黏度过大，浓度低，投加量多的问题。其他非离子分散剂和聚羧酸类添加剂虽然高效但价格昂贵，制浆成本很高。

现有的添加剂复配：

1、木质素磺酸盐与聚氧乙烯系分散剂复配：木质素与聚氧乙烯系复配后，虽然制浆浓度最高达70％，添加量为0.4％，但聚氧乙烯类(OP-10，SPAN类，EP等)非离子表明活性剂价格昂贵，且容易起泡。不适宜工业化大生产使用。

2、木质素与氨基磺酸盐系复配：木质素磺酸钠与氨基磺酸盐复配比例为1∶1时，能明显改善水煤浆的稳定性和流动性，浓度可达70％，但其具有代表性的对氨基苯磺酸钠-苯酚-甲醛缩合物合成过程比较复杂，影响其的推广使用。

3、木质素磺酸钠与脂肪族复配：具有很好的塑化分散能力，对煤种的适应性较好，然而在实际应用中，在保持较高和较好的流动性和稳定性下，耗药量大。

4、腐殖酸系与合成分散剂复配：虽然可以制备高浓度水煤浆，但腐殖酸系分散剂从低阶煤中提取，其对金属离子敏感，容易形成沉淀，且腐殖酸磺化改性工艺不成熟，水溶性不好，水煤浆添加剂难制备。在保证较高浓度，较好流动浓度情况下，添加量高达1％以上，添加量过大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种性价比高、适应性广的水煤浆添加剂。

本发明的技术方案如下：

一种水煤浆添加剂，其组分及含量为：

萘磺酸甲醛缩合物  5％～70％

木质素磺酸钠      25％～85％

氢氧化钠          5～10％

所有百分数为重量百分数。

所述的萘磺酸甲醛缩合物，是在特定的反应温度、时间、反应物酸度、黏度等参数下生产的产品，平均聚合度16～21。

所述的木质素磺酸钠选用分子量为10000～50000的产品。

本发明需配制成30％～40％的水溶液使用。

本发明的有益效果

对萘系添加剂与木质素磺酸钠进行复配试验，考察不同配比的木质素磺酸钠和萘系添加剂对水煤浆表观黏度、稳定性能和流变性能的影响。试验用煤取自甘肃省YB矿，煤粉粒径分布如下：

(1)本发明的分散降黏作用

在保持水煤浆浓度不变的情况下，改变木质素磺酸钠和萘系添加剂复配物用量，测定水煤浆表观粘度，水煤浆黏度随添加剂用量变化曲线如附图1所示。从附图1可以看出随着萘系添加剂在复配物中所占比例的增大，水煤浆表观黏度随复配物用量的变化曲线的黏度拐点依次降低，复配物中萘系添加剂含量为20％时，黏度拐点为0.2％，40％、60％和80％时黏度拐点为0.17％左右，说明木质素磺酸钠与萘系添加剂复配有一定协同效应和加和效应。

(2)本发明对水煤浆稳定性的影响

根据附图1，复配物的最佳用量考察了它们对水煤浆稳定性能的影响，并与木质素磺酸钠及萘系添加剂作了比较，结果如表1所示。

表1添加剂对水煤浆稳定性的影响

从表1可以看出复配物稳定性能与木质素磺酸钠和萘系添加剂比有所上升，添加木质素磺酸钠的析水性最低，浆体也比较稳定，添加萘系添加剂浆体析水性最高浆体稳定性也最差，从图三可以看出，添加木质素磺酸钠浆体黏度较高，添加量较大。也就是说，木质素磺酸钠改善了萘系添加剂制浆析水率高，稳定性差的缺点，萘系添加剂也改善了木质素磺酸钠制浆黏度大的缺点，综合考虑，相对而言复配物中萘系添加剂含量为20％～80％时，水煤浆稳定性、黏度及浆体状态较优。

(3)本发明对水煤浆流变性的影响

根据附图1中复配物最佳用量，制浆做流变性试验，发现添加复配物的水煤浆流变性与添加木质素磺酸钠和萘系添加剂的水煤浆的流变性相似，为微屈服胀塑性流体，有一定的触变性。

(4)成本低

木质素是木材水解和造纸工业的副产物，若不充分利用就会造成环境污染。木质素通过磺化改性后制成木质素磺酸钠，将其应用于水煤浆制备，不仅原料来源广泛，还可以有效解决环境污染问题，并大大降低了水煤浆添加剂的生产成本。萘磺酸钠甲醛缩合物生产厂家多，采购便宜。

(5)性能好

木质素磺酸钠制浆黏度较高，萘系添加剂减黏作用较好，因此两者复配可以取长补短，复配而成的添加剂具有较好的性能，既有较低的黏度又有较好的稳定性。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。该实例来自煤制甲醇或煤制油企业的制浆工段。

1.分析方法

1.1水煤浆浓度和测定

按GB/T18856.2-2002测定水煤浆的浓度。

1.2水煤浆黏度的测定

GB/T18856.4-2002采用NDJ-1型旋转粘度仪测定水煤浆的粘度。

1.3粒径分布的测定

用筛分法(标准筛和直径为200mm，筛的孔径大小分别为325目、200目、120目、40目、20目)分析所制水煤浆的粒径大小和粒径分布情况。

2.试验用煤粒径分布要求见表2。

表2试验用煤粒径分布

实施例一：

1.神木煤煤质工业分析

组分	Mad(％)	Vad(％)	Aad(％)	FCad(％)
					神木煤	4.1	33.7	7.9	54.3

2.根据试验煤样的性质和实验室筛选，制定以神木煤为制浆原料时，本发明的组分及含量为：

木质素磺酸钠        45.5％

萘磺酸钠甲醛缩聚物  49.5％

氢氧化钠            5％。

3.添加剂添加量为2‰时，浆体特征：

试样	浓度％	黏度cp	48h析水率	浆体状态
					1	60.6	475	10	稍碰落棒
2	62.4	720	8	稍碰落棒
					3	63.1	930	8	稍碰落棒

实施例二：

1.华亭煤煤质分析：

组分	Mad(％)	Vad(％)	Aad(％)	FCad(％)
					华亭煤	8.8	30	17	44.2

2.根据华亭煤种和实验室筛选，本发明的组分及含量为：

木质素磺酸钠          72％

萘磺酸钠甲醛缩聚物    21.25％

氢氧化钠              6.75％。

3.添加量为2‰时，浆体特征

试样	浓度％	黏度cp	48h析水率	浆体状态
					1	60.3	315	12	稍碰落棒
2	62.5	640	8	稍碰落棒
					3	63.1	780	8	稍碰落棒

实施例三：

1.东胜煤煤质分析

组分	Mad(％)	Vad(％)	Aad(％)	FCad(％)
					东胜煤	4	31	9.2	55.8

2.根据煤质状况和实验室筛选，本发明的组分及含量为：

木质素磺酸钠        60％

萘磺酸钠甲醛缩聚物  30％

氢氧化钠            10％。

3.添加量为2‰时，浆体特征：

试样	浓度％	黏度cp	48h析水率	浆体状态
					1	60.3	420	10	稍碰落棒
2	61.9	720	8	稍碰落棒
					3	63.3	900	8	稍碰落棒

结论：

a、固定添加剂添加量在0.2％时，提高水煤浆浓度，所制的水煤浆黏度随浓度的变化曲线如附图2，从图2曲线可以看出随着水煤浆浓度的增大，黏度也随着增大，神木煤和东胜煤水煤浆表观黏度随浓度关系曲线拐点高，都为61％，而华亭煤为62％，说明神木煤、东胜煤和华亭煤添加此添加剂黏度在300～1000cp范围内制出的水煤浆是合格的。

b、将以上三种煤样制备的水煤浆，做稳定性试验，同样浓度下，神木煤和东胜煤制备的水煤浆，黏度较大，析水率低，而华亭煤制出的水煤浆黏度小，析水率高，说明前者比后者更易于成浆，从浆体状态看稳定性也优于后者，但后者能比前者制出更高浓度的水煤浆，这种区别主要是因为煤种的不同造成的。

c、以上三种水煤浆浆体具有微屈服假塑性流体特征，根据此配方生产的水煤浆添加剂能生产出满足需要的水煤浆。

Claims (3)

1.一种水煤浆添加剂，其特征在于，其组分及含量为：

萘磺酸甲醛缩合物   5％～70％

木质素磺酸钠       25％～85％

氢氧化钠           5～10％

所有百分数为重量百分数。

2.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于：所述的萘磺酸甲醛缩合物，是在特定的反应温度、时间、反应物酸度、黏度等参数下生产的产品，平均聚合度为16～21。

3.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，所述的木质素磺酸钠选用分子量为10000～50000的产品。

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