CN103627455B - 一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂及其制备方法和应用。该添加剂主要包括聚木质素甲醛磺酸钠和聚萘甲醛磺酸钠。其制备方法如下：以碱木质素为主要原料，在引发剂的作用下与磺化剂进行磺化反应，然后加入活性组分、pH值调整剂、聚合剂进行聚合反应，得到既具有分散性能又具有稳定性能的复合型水煤浆或水焦浆添加剂，主要应用于煤制水煤浆及半焦制水焦浆中。本发明采用绿色合成工艺，制备方法简单，反应条件温和；所用原料价廉易得，成本低廉，性能优良，具有很好的性价比，市场竞争优势明显；投资小，见效快，适用于煤及半焦制浆。

Description

一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水煤浆、水焦浆的生产技术领域，具体涉及一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

水煤浆或水焦浆添加剂是制备水煤浆或水焦浆的核心技术之一，根据其在水煤浆或水焦浆制备中的作用与功能，分为分散剂、稳定剂、复合型添加剂。

分散剂的作用与功能是分散剂吸附在煤粉或焦粉表面后，在煤粉或焦粉表面形成一层很薄的添加剂分子和水化膜，大大地降低煤粉或焦--水界面张力，使得体系的表面自由能降低，因此体系也趋于稳定。煤粉或焦的主体为有机质，其表面有强烈的疏水性，分散剂不仅可以改善煤粉或焦粉表面的亲水性，使煤粉或焦表面为水所润湿并能够均匀地分散在少量的水中，还可以改变煤粉或焦表面性质，防止煤粉或焦浆的煤粉或焦粉自发地团聚，使水煤浆或水焦浆具有良好的流变特性，便于水煤浆或水焦浆的雾化燃烧与气化。

稳定剂的作用与功能是使煤粉或焦粉颗粒稳定地悬浮和分散在水中，不发生硬沉淀。一方面使水煤浆或水焦浆具有“剪切变稀”的流变特性，即水煤浆或水焦浆在静置存放时有较高的表观黏度，流动运输时表观黏度可以迅速降低；另一方面使沉淀物有松软结构，防止浆体产生不可恢复的硬沉淀。稳定剂能使水煤浆或水焦浆中煤/焦颗粒聚结并和周围的水分子相互关联，从而形成脆弱却有一定强度的三维空间结构，故在静置时能有效的阻止煤/焦浆中煤/焦粒沉淀，即使发生沉淀现象也是可恢复的软沉淀，在受到外力剪切作用时，浆体表观黏度将迅速下降。

复合型添加剂是既具有分散剂的作用与功能，又具有稳定剂的作用与功能的新型水煤浆或水焦浆添加剂。

水煤浆或水焦浆既可以代油燃烧，是一种新型的环境友好的洁净燃料，又可以作为气化原料生产天然气和甲醇，实现煤炭的高效洁净利用，有广阔的应用前景，因此，水煤浆或水焦浆添加剂的研发日益受到重视。

发明内容

为了获得性能优良的兼具分散剂与稳定剂的作用与功能的添加剂，本发明提供一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂及其制备方法。

本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂，主要包括聚木质素甲醛磺酸钠和少量的聚萘甲醛磺酸钠组成，数均相对分子质量为3000~6000，pH值为10~12。

该添加剂的制备方法包括如下步骤：

（1）将90~110质量份的水加入反应器中，升温至30~40℃时，先向反应器中加入碱木质素45~55质量份，然后加入引发剂5~8质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠15~20质量份，然后在85~95℃的温度条件下，上述组分反应2小时，得到木质素磺酸钠溶液；

（2）然后加入5~8质量份萘磺酸钠，6~8质量份甲醛，2~3质量份PH值调整剂和少量水，在60~70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂；

（3）将步骤（2）所得的复合型水煤浆或水焦浆添加剂在120~140℃下干燥，到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

更具体地说，所述碱木质素优选工业级，pH值9~12，数均相对分子质量为1000~3000；

上述复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法中，所述引发剂优选高锰酸钾、氯酸钾，工业级，纯度≧95%；

上述复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法中，所述亚硫酸钠为工业级，优选亚硫酸钠纯度≧93%；

上述复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法中，所述萘磺酸钠为工业级，优选2-萘磺酸钠纯度≧98%；

上述复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法中，所述pH值调整剂优选氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾，工业级，纯度≧95%；

上述复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法中，所述甲醛为工业级，优选甲醛浓度≧35%；

上述方法制备所得的液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂的固含量为35~48%；

上述方法制备所得的干粉复合型水煤浆或水焦浆添加剂呈浅黄-棕色，主要由聚木质素甲醛磺酸钠和少量的聚萘甲醛磺酸钠组成，数均相对分子质量为3000~6000，pH值10~12。

本发明的添加剂主要应用于煤制水煤浆及半焦制水焦浆中。

现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）性能优良：本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂在水煤浆或水焦浆中具有极好的分散性能和良好的稳定性能，特别能改善难成浆煤（如神华煤、褐煤）的成浆性能，提高其制浆浓度，能广泛应用于水煤浆或水焦浆及煤制天然气、煤制甲醇等液态燃料领域。

（2）性价比高，市场竟争优势明显：本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂以碱木质素为主要原料，成本低，来源广，性能优良。在相同的煤种和成浆条件下，使用本发明的添加剂，其吨浆添加剂成本比使用目前市场上畅销的添加剂的吨浆添加剂成本低10--40%，具有强的市场竞争力和广阔的发展前景。

（3）采用绿色合成工艺：本发明采用绿色合成理论，在较低温、常压的条件进行，反应条件温和，同时反应物全部转化为产品，没有废物或副产物排出。

（4）投资低，效益显着：年产1万吨本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂，设备投资40万元左右，有显着的经济效益，2-3个月能收回投资成本。

具体实施方式

下面通过具体实施例来对本发明作进一步详细的描述，其中，所述原料均为工业化产品，设备为通用化工生产设备，所述的原料份数均为重量份数。

实施例1

将100质量份的水加入反应器中，升温至30℃时，先向反应器中加入碱木质素55质量份，然后加入高锰酸钾7质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠20质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入7质量份萘磺酸钠，8质量份甲醛，2质量份氢氧化钠和10质量份水，在70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在120℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度均一致）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度864mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天就产生沉淀，说明本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

实施例2

将90质量份的水加入反应器中，升温至30℃时，先向反应器中加入碱木质素50质量份，然后加入高锰酸钾6质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠18质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入6质量份萘磺酸钠，8质量份甲醛，2质量份碳酸钠和10质量份水，在70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在120℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度均一致）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度924mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天就产生沉淀，说明本发明复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

实施例3

将100质量份的水加入反应器中，升温至30℃时，先向反应器中加入碱木质素45质量份，然后加入高锰酸钾5质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠15质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入5质量份萘磺酸钠，6质量份甲醛，2质量份氢氧化钾和10质量份水，在70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在120℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度均一致）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度897mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天就产生沉淀；对于易成浆娄底煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度）下，当用本发明的添加剂时，娄底煤浆的浓度为68%，粘度789mPa.s,30天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，娄底煤浆的浓度为67%，粘度926mPa.s,2天就产生沉淀；说明本发明复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，适应的煤种广，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

实施例4

将95质量份的水加入反应器中，升温至30℃时，先向反应器中加入碱木质素50质量份，然后加入高锰酸钾6质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠18质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入6质量份萘磺酸钠，8质量份甲醛，2质量份碳酸钾和5质量份水，在70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在120℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度902mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天产生沉淀，说明本发明复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

实施例5

将110质量份的水加入反应器中，升温至40℃时，先向反应器中加入碱木质素55质量份，然后加入氯酸钾8质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠20质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入8质量份萘磺酸钠，8质量份甲醛，2质量份氢氧化钠和10质量份水，在60℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在140℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度均一致）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度878mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天就产生沉淀，说明本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

实施例6

将110质量份的水加入反应器中，升温至40℃时，先向反应器中加入碱木质素55质量份，然后加入氯酸钾5质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠20质量份，然后在90℃的温度条件下，上述组分反应2小时，然后加入8质量份萘磺酸钠，8质量份甲醛，3质量份氢氧化钾和8质量份水，在65℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（水剂），最后，将复合型水煤浆或水焦浆添加剂溶液在140℃下干燥，得到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂（粉剂）。

为了测试复合型水煤浆或水焦浆添加剂的性能，以市场上用量最大，性能最好的萘系水煤浆添加剂NSF为对比参照物，结果表明：对于难成浆的神华煤，在相同的成浆条件（添加剂添加量、煤粉粒度均一致）下，当用本发明的添加剂时，神华煤浆的浓度为63%，粘度889mPa.s,15天不产生沉淀；而用NSF添加剂时，神华煤浆的浓度为60%，粘度904mPa.s,3天就产生沉淀，说明本发明的复合型水煤浆或水焦浆添加剂不仅有极好的分散性能，还有良好的稳定性能，是一种性能优良的复合型水煤浆或水焦浆添加剂。

Claims (1)

1.一种复合型水煤浆或水焦浆添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将90～110质量份的水加入反应器中，升温至30～40℃时，先向反应器中加入碱木质素45～55质量份，然后加入引发剂5～8质量份，当温度升到80℃时，加入亚硫酸钠15～20质量份，然后在85～95℃的条件下，上述组分反应2小时，得到木质素磺酸钠溶液；

(2)然后向步骤(1)所得溶液中加入5～8质量份萘磺酸钠，6～8质量份甲醛，2～3质量份pH值调整剂和少量水，在60～70℃的温度条件下继续反应1.5小时，得到液态复合型水煤浆或水焦浆添加剂；

(3)将步骤(2)所得的复合型水煤浆或水焦浆添加剂在120～140℃下干燥，到固态复合型水煤浆或水焦浆添加剂；

所述碱木质素pH值为9～12，相对分子质量为1000～3000；

所述引发剂为高锰酸钾或氯酸钾；

所述pH值调整剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的任一种。