CN103980967A - 用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，先采用超声波强化传质分散油泥各组分，以改善油泥体系的稳定性及均一性，然后在油泥掺配水煤浆过程中添加含氟聚羧酸类分散剂，使油、水、泥三相形成均一稳定体系，再在油泥掺配水煤浆制浆后用超声波对制得的水煤浆进行分散进一步提高其稳定性及均一性，使制备的水煤浆具有较高的煤浆浓度、良好的流动性和较好成浆稳定性。本发明所需设备简单，油泥处理效率高，经超声波调质后的油泥可直接在现有水煤浆配浆工艺中与煤掺配制得可供气化使用的水煤浆，为利用油泥资源掺配水煤浆提供了保障，实现了油泥的无害化处理及资源化利用，具有较高的工业应用价值。
Description
技术领域
本发明属于水煤浆制浆技术领域，具体涉及一种基于超声分散技术及含氟聚羧酸分散剂的油泥掺配水煤浆的制浆方法。
背景技术
水煤浆是由煤、水及添加剂按一定比例经物理研磨混合后的一种新型、高效、清洁的煤基燃料，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。在我国水煤浆主要用于加压煤气化制备合成气继而进行合成氨及甲醇工业，是煤化工产业的龙头。水煤浆要求良好的制浆工艺，需要制得的水煤浆具有较高的煤浆浓度、一定的粘度以保证良好的流动性、较好的稳定性及适宜的粒径分布以保证水煤浆在气化、燃烧时保持良好的特性。
油泥的主要成分为油、水及泥，其具有较好的热值和造气性能，如能将油泥按一定比例与煤、添加剂及水进行掺配，配制成含油泥的水煤浆后进行气化可将油泥中难以利用的石油资源转化为合成气，并在1300℃高温处理下对油泥彻底进行无害化处理，剩余的泥沙转化为灰分可制水泥。因此，油泥掺配水煤浆造气与目前各种油泥处理相比较是一种工艺可行、经济性优良、工业化前景良好并且能对油泥进行资源化利用和无害化处理的技术方法。但油泥由于来源广泛、成分复杂、体系均一性差、分散能力不良且含有大量的胶质和大分子有机质等组分，如直接将油泥与煤、水及添加剂掺配进行水煤浆制浆，会造成掺配油泥的水煤浆成浆特性不良、粘度高、对气化烧嘴磨损严重、稳定性较差，对制浆系统工艺稳定性冲击较大，极大的影响了制浆的成浆性及稳定性。因此，如何在不改变现有水煤浆制浆工艺的条件下将油泥掺配进入水煤浆系统成为能否使用煤气化技术处理油泥的关键。
中国专利CN201010183569.8将油泥直接与煤、水及添加剂掺配进入磨煤机，虽然可以对油泥进行制浆但油泥成分要求高、对油泥的适应性差，无法满足生产实际中由于油泥组分波动大而引起的水煤浆制浆稳定性及成浆性要求。中国专利CN1594514A公开了一种“污泥水煤浆及其制作工艺”，它以含水70％～85％的城市污泥和含水30％～40％的成品水煤浆，加成品分散剂后混合制浆。其主要缺陷是需要利用成品水煤浆，导致工艺环节增加，进而提高了制浆成本；另外其对于污泥制浆较为有效但对于有机物含量较高的含油污泥制浆其成浆性较差。中国专利CN100580317C公开了一种“城市污泥资源化处理利用方法”，其将城市污水泥掺配煤进行直接制浆，但由于仅通过加入稳定剂实现配浆稳定，其对于有机物含量较高含油污泥制浆成浆性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述油泥直接掺配水煤浆制浆存在的缺点，提供一种基于超声分散技术及含氟聚羧酸分散剂的油泥掺配水煤浆制浆方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、超声调质处理油泥
将经减量化分离处理后的油泥送入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐中，在功率为3～30kW、频率为20kHz～500MHz的超声波作用下对油泥进行预分散处理，预分散处理温度为20～90℃，处理时间为1～600秒，得到调质后的油泥。
2、油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂同时送入湿法棒状磨煤机进行水煤浆制浆，其中含氟聚羧酸分散剂的添加量为水煤浆总质量的0.1％～1.0％，制得的水煤浆经超声波发生器强化传质分散后进入水煤浆储罐中。
上述的含氟聚羧酸分散剂为丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸、马来酸酐中至少一种与含氟丙烯酸酯或/和含氟甲基丙烯酸酯的共聚物，该共聚物的重均分子量为1000～200000道尔顿，所述的含氟丙烯酸酯具体可以是全氟丙烯酸辛酯、全氟丙烯酸丁酯、全氟丙烯酸戊酯、全氟丙烯酸庚酯中的任意一种，含氟甲基丙烯酸酯为氟代甲基丙烯酸庚酯，如甲基丙烯酸十二氟庚酯。
上述的超声调质处理油泥步骤1中，优选超声波功率为3～10kW、频率为25kHz～1MHz，优选预分散处理温度为40～60℃，处理时间为1～60秒。
上述的油泥掺配水煤浆制浆步骤2中，制得的水煤浆经超声波发生器强化传质分散的温度为室温，超声波功率为3～30kW、频率为20kHz～500MHz，优选超声波功率为3～10kW、频率为25kHz～1MHz。
与现有的油泥直接掺配水煤浆技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明在油泥掺配水煤浆制浆前先采用超声波强化传质分散油泥各组分，以改善油泥体系的稳定性及均一性，有利于油泥与煤、水及添加剂进行配浆过程中油泥在水煤浆中的分散性，从而提高油泥掺配水煤浆的稳定剂。
2、本发明在油泥掺配水煤浆过程中使用高疏水特性的含氟聚羧酸类分散剂，该分散剂具有良好的分散性能，可以将油泥体系中油、胶质、蜡质、沥青质及泥沙成分高度分散，并形成油、水、泥三相均一稳定体系，大大减少了水煤浆体系相分离的发生。另外，该分散剂在水煤浆中将油泥粒子形成均一的乳状粒子，提高了油泥粒子在水煤浆体系中的分散度。
3、本发明在油泥掺配水煤浆制浆后再经过超声波空化及热作用进一步对制得的水煤浆进行分散以提高其稳定性及均一性，使制备的水煤浆具有较高的煤浆浓度、良好的流动性和较好成浆稳定性。
4、本发明经超声波分散调质处理后的油泥可直接在现有水煤浆配浆工艺中与煤掺配制得可供气化使用的水煤浆，并通过掺配油泥的水煤浆气化过程实现对含油污泥进行无害化处理及资源化利用，所需油泥处理及水煤浆制浆在磨煤机基础上增加的设备简单，处理效率高，不改变现有制浆工艺，为油泥掺配水煤浆进而利用水煤浆气化方法综合利用油泥资源提供了保障，经济与环保综合效益显著，具有较高的工业应用价值。
附图说明
图1是本发明用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
以陕西北部某炼油厂污水车间所产生的“三泥”及陕西北部某采油厂联合站原油沉降罐底油泥按质量比1:6混合后的油泥为例，其初始含水量为60％，含油类物质30％，含泥量为10％，具体制浆方法如下：
1、超声调质处理油泥
如图1所示，将油泥用重均分子量为15000道尔顿的两性离子聚丙烯酰胺进行絮凝沉降分离，其加入量为油泥质量的0.3％，沉降分离后的含水油泥用卧式螺旋离心机进行固液分离，得到减量化分离处理的油泥，其含水40％、含油40％、含泥20％，用螺旋输送机1将减量化分离处理后的油泥转入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐2中，在搅拌条件下将油泥升温至40℃，用功率为3kW、频率为25kHz的超声波对油泥调质罐2中的油泥预分散处理20秒，得到调质后的油泥。
2、油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂送入湿法棒状磨煤机3中进行水煤浆制浆，其中油泥添加量为总水煤浆质量的5％，含氟聚羧酸分散剂添加量为总水煤浆质量的0.3％，所述的含氟聚羧酸分散剂是重均分子量为8000道尔顿的丙烯酸-马来酸-全氟丙烯酸辛酯共聚物，该共聚物中丙烯酸单元与马来酸单元、全氟丙烯酸辛酯单元的质量比100:20:1，经过湿式棒状磨煤机3制浆后，水煤浆通过放料口外流道流动过程中再用超声波发生器4在功率为5kW、频率为30kHz的超声波下进行强化传质分散，分散后的水煤浆进入水煤浆储罐5中，制得的水煤浆测试结果见表1。
表1油泥掺配水煤浆测试结果
注：表中未调的质油泥为未经超声波调质处理的油泥，同时在油泥掺配水煤浆中使用聚α-萘磺酸分散剂。
实施例2
以陕西北部某采油厂联合站原油沉降罐底油泥为例，其初始含水量为35％、含油类物质40％、含泥量为25％，具体制浆方法如下：
1、超声调质处理油泥
如图1所示，将油泥用重均分子量为12000道尔顿的两性离子聚丙烯酰胺进行絮凝沉降分离，其加入量为油泥质量的0.3％，沉降分离后的含水油泥用卧式螺旋离心机进行固液分离，得到减量化分离处理的油泥，其含水40％、含油30％、含泥30％，用螺旋输送机1将减量化分离处理后的油泥转入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐2中，在搅拌条件下将油泥升温至50℃，用功率为10kW、频率为35kHz的超声波对油泥调质罐2中的油泥预分散处理10秒，得到调质后的油泥。
2、油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂送入湿法棒状磨煤机3中进行水煤浆制浆，其中油泥添加量为总水煤浆质量的5％，含氟聚羧酸分散剂添加量为总水煤浆质量的0.2％，所述的含氟聚羧酸分散剂是重均分子量为10000道尔顿的丙烯酸-丙烯酰胺-马来酸-甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物，该共聚物中丙烯酸单元与丙烯酰胺单元、马来酸单元、甲基丙烯酸十二氟庚酯单元的质量比100:15:5:1，经过湿式棒状磨煤机3制浆后，水煤浆通过放料口外流道流动过程中再用超声波发生器4在功率为15kW、频率为20kHz的超声波下进行强化传质分散，分散后的水煤浆进入水煤浆储罐5中，制得的水煤浆测试结果见表2。
表2油泥掺配水煤浆测试结果
注：表中未调质的油泥为未经超声波处理的油泥，同时在油泥掺配水煤浆使用常规萘系或木质素磺酸钠系分散剂。
实施例3
1、超声调质处理油泥
如图1所示，将减量化分离处理后的油泥用螺旋输送机1转入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐2中，在搅拌条件下将油泥升温至90℃，用功率为30kW、频率为500MHz的超声波对油泥调质罐2中的油泥预分散处理1秒，得到调质后的油泥。
2、油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂送入湿法棒状磨煤机3中进行水煤浆制浆，其中油泥添加量为总水煤浆质量的10％，含氟聚羧酸分散剂添加量为总水煤浆质量的1.0％，所述的含氟聚羧酸分散剂是重均分子量为20000道尔顿的丙烯酸-马来酸酐-全氟丙烯酸戊酯-甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物，该共聚物中丙烯酸单元与马来酸酐单元、全氟丙烯酸戊酯单元、甲基丙烯酸十二氟庚酯的质量比80:15:3:2，经过湿式棒状磨煤机3制浆后，水煤浆通过放料口外流道流动过程中再用超声波发生器4在功率为10kW、频率为1MHz的超声波下进行强化传质分散，分散后的水煤浆进入水煤浆储罐5中。制得的水煤浆的浓度为61％，粘度为820mPa.s、72h析水率2％，软沉淀，粒径分布＜50ｕm为100％。
实施例4
1、超声调质处理油泥
如图1所示，将减量化分离处理后的油泥用螺旋输送机1转入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐2中，在搅拌条件下将油泥在20℃下，用功率为3kW、频率为20kHz的超声波对油泥调质罐2中的油泥预分散处理600秒，得到调质后的油泥。
2、油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂送入湿法棒状磨煤机3中进行水煤浆制浆，其中油泥添加量为总水煤浆质量的13％，含氟聚羧酸分散剂添加量为总水煤浆质量的0.1％，所述的含氟聚羧酸分散剂是重均分子量为5000道尔顿的丙烯酸-全氟丙烯酸庚酯共聚物，该共聚物中丙烯酸单元与全氟丙烯酸庚酯单元的质量比94:6，经过湿式棒状磨煤机3制浆后，水煤浆通过放料口外流道流动过程中再用超声波发生器4在功率为3kW、频率为25kHz的超声波下进行强化传质分散，分散后的水煤浆进入水煤浆储罐5中。制得的水煤浆的浓度为60％，粘度为790mPa.s、72h析水率5％，软沉淀，粒径分布＜50ｕm为100％。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子，本领域技术人员在本发明公开内容的基础上所能想到的任意变形均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，其特征在于它由下述步骤组成：
(1)超声调质处理油泥
将经减量化分离处理后的油泥送入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐(2)中，在功率为3～30kW、频率为20kHz～500MHz的超声波作用下对油泥进行预分散处理，预分散处理温度为20～90℃，处理时间为1～600秒，得到调质后的油泥；
(2)油泥掺配水煤浆制浆
将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂同时送入湿法棒状磨煤机(3)进行水煤浆制浆，其中含氟聚羧酸分散剂的添加量为水煤浆总质量的0.1％～1.0％，制得的水煤浆用超声波发生器(4)强化传质分散后进入水煤浆储罐(5)中；
上述的含氟聚羧酸分散剂为丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸、马来酸酐中至少一种与含氟丙烯酸酯或/和含氟甲基丙烯酸酯的共聚物，该共聚物的重均分子量为1000～200000道尔顿。
2.根据权利要求1所述的用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，其特征在于：所述的超声调质处理油泥步骤(1)中，将经减量化分离处理后的油泥送入带机械搅拌及超声波强化分散装置的油泥调质罐(2)中，在功率为3～10kW、频率为25kHz～1MHz的超声波作用下对油泥进行预分散处理，预分散处理温度为40～60℃，处理时间为10～60秒，得到调质后的油泥。
3.根据权利要求1所述的用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，其特征在于：所述的油泥掺配水煤浆制浆步骤(2)中，含氟丙烯酸酯为全氟丙烯酸辛酯、全氟丙烯酸丁酯、全氟丙烯酸戊酯、全氟丙烯酸庚酯中的任意一种，含氟甲基丙烯酸酯为氟代甲基丙烯酸庚酯。
4.根据权利要求1所述的用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，其特征在于：所述的油泥掺配水煤浆制浆步骤(2)中，将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂同时送入湿法棒状磨煤机(3)进行水煤浆制浆，其中含氟聚羧酸分散剂的添加量为水煤浆总质量的0.1％～1.0％，制得的水煤浆用超声波发生器(4)在功率为3～30kW、频率为20kHz～500MHz条件下室温强化传质分散后进入水煤浆储罐(5)中。
5.根据权利要求1所述的用超声分散及含氟聚羧酸分散剂制油泥掺配水煤浆的方法，其特征在于：所述的油泥掺配水煤浆制浆步骤(2)中，将调质后的油泥与煤、水及含氟聚羧酸分散剂同时送入湿法棒状磨煤机(3)进行水煤浆制浆，其中含氟聚羧酸分散剂的添加量为水煤浆总质量的0.1％～1.0％，制得的水煤浆用超声波发生器(4)在功率为3～10kW、频率为25kHz～1MHz条件下室温强化传质分散后进入水煤浆储罐(5)中。
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