CN105219461A - 一种多组分水煤浆添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多组分水煤浆添加剂及其应用。包括聚羧酸系分散剂：50～80份；表面活性剂：10～60份；纤维素醚：5～45份；磷酸盐：1～15份；无机碱：0～3份。本发明采用聚羧酸系分散剂分散水煤浆，能同时起到分散剂和稳定剂的作用，在水煤浆制备过程中用量少，不含硫，污染小，高效、环保；聚羧酸系分散剂、表面活性剂、磷酸盐的复配，改变煤炭颗粒表面的界面张力和亲疏水性质，促进分散剂在煤粉颗粒上面的均匀分布，增强煤粉颗粒之间水膜的润滑作用，通过协同效应，最大限度发挥分散、稳定的效果；纤维素醚与无机碱的加入，可增加水煤浆的储存稳定性；本发明配制的水煤浆具有较高的浓度，同时具有粘度低、稳定性好、流动性好的特点。

Description

一种多组分水煤浆添加剂及其应用

技术领域

本发明属于化学试剂制备技术领域，尤其属于煤炭能源应用技术领域的水煤浆添加剂制备技术领域，特别涉及一种多组分高效水煤浆添加剂及其应用。

背景技术

我国是一个煤炭丰富而石油匮乏的国家，煤炭资源占化石资源总量的96％以上，国内能源生产、消费也以煤炭为主，而煤炭对生态环境造成了严重的危害。控制煤炭在加工和利用过程中造成的污染，减排SO₂、CO₂、TSP及NO_x，节约煤炭，是促进我国能源安全供应，实施可持续发展能源战略的必然要求和现实选择。水煤浆作为一种新型的洁净能源，既保留了煤的燃烧特性，又有类似重油的液态燃烧应用特点，其成功运用对于推动煤炭的洁净利用具有举足轻重的现实意义。

水煤浆是通过一定的加工工艺，将一定粒度分布的煤粒分散于水中而制得的一种浆状粗颗粒悬浮体系，主要以60～73％的煤粉、30～40％的水，以及适量的添加剂组成，具有一定的流动性和稳定性，可储存、泵送、雾化与稳定燃烧，且燃烧效率高，可显著减少SO₂、NO_x的排放。为具备上述性能要求，水煤浆的煤含量要高，才能降低热值损失，表观粘度要在100s^-1的剪切速率下不超过1500mPa·s才能便于泵送和雾化，要具有良好的稳定性才能防止在储存和运输中产生沉淀。但由于煤是疏水性物质而水却具有较强的极性，水煤浆中的煤粒由于相互之间的疏水作用而易于团聚和沉淀，煤-水分散体系因而易于被破坏，产生煤水分离，要改善这些性能，在制浆时必须加入少量的添加剂。

水煤浆添加剂主要分为分散剂、稳定剂，以及其他辅助添加剂，如消泡剂、调整剂、防霉剂等，其中分散剂最为重要。目前市场上应用较多的分散剂主要是萘磺酸盐缩合物和木质素磺酸盐缩合物。萘系分散剂通常具有较优的分散性能，且浆体流型好，不足之处是稳定性较差，容易产生硬沉淀。木质素系分散剂的主要优点是原料丰富、价格低廉、成浆稳定性好，缺点是制浆黏度大、成浆浓度低、流型粗糙、杂质含量大、处理困难。

发明内容

本发明的目的在于解决水煤浆在使用过程中，浆体粘度高、稳定性差、煤粉浓度不高的问题，而提供一种多组分高效水煤浆添加剂，及其在水煤浆制备中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：一种多组分高效水煤浆添加剂，其特征在于由聚羧酸系分散剂、表面活性剂、纤维素醚、磷酸盐、无机碱组成，各组分重量份数如下：

聚羧酸系分散剂：50～80份；表面活性剂：10～60份；纤维素醚：5～45份；磷酸盐：1～15份；无机碱：0～3份。

所述聚羧酸系分散剂是小单体与大单体的共聚物；其中小单体是甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中一种或几种的混合物；大单体是异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、羟丁基聚乙二醇烯基醚中一种或两种的混合物。

所述聚羧酸系分散剂的平均分子量为10000～100000。

所述表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇、乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、山梨糖醇聚氧乙烯醚、山梨糖醇聚氧乙烯醚、月桂醇硫酸钠中、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯嵌段聚醚的一种或几种的混合物。

所述纤维素醚为羧甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚或羟丙基纤维素醚中的一种或几种的混合物。

所述磷酸盐为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或磷酸三钠中的任意一种。

所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾其中任意一种。

本发明中多组分高效水煤浆添加剂的应用方法：

上述多组分高效添加剂的用量为干基煤粉重量的0.2～0.6％。

应用方法包括：将上述的添加剂配成任意浓度的水溶液，然后按一定的掺入量加入到干基煤粉中搅拌均匀，在实际生产应用中，也可根据不同需求，将各所需成分按先后顺序加入，以避免设备、管道腐蚀，以及提升使用效果。由本发明中的多组分高效添加剂可生成一种价格适中、品质优异、分散稳定性好、污染小的水煤浆，具有较强的经济性、可实施性，以及环保性。

聚羧酸系分散剂是目前正在发展起来的新一代水煤浆分散剂，分子结构呈梳形，主链一般为脂肪链段，并含聚氧乙烯长侧链及多种功能基团(如羟基、羧基、磺酸基、酯基、酰胺基等)。当聚羧酸系分散剂添加到煤-水混合物中，通过疏水主链吸附在煤粒表面，羧基、磺酸基增强煤粒间的静电斥力；聚氧乙烯侧链延展在水溶液中，其醚键上的氧与水分子形成氢键，从而形成亲水性立体膜，在固液界面产生润湿、吸附作用，从而同时对体系产生分散、稳定作用。在水煤浆制备过程中聚羧酸系分散剂用量较萘系、木质素磺酸盐系分散剂更小。同时，聚羧酸系分散剂中几乎不含硫元素，进一步降低了水煤浆燃烧的SO₂排放，减少污染。此外，通过添加剂的复配制浆会产生协同效应，可使复配后的添加剂整体性能优于使用单一添加剂的制浆性能，降低浆体粘度、提高制浆浓度、减少添加剂总用量，达到低成本、高效能的作用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

(1)本发明采用了聚羧酸系分散剂分散水煤浆，该分散剂具有较长的碳链，同时含有亲水和亲油基团、较多的活性吸附点以及能起到空间排斥作用的聚氧乙烯醚的长支链，能同时起到分散剂和稳定剂的作用，并且在水煤浆制备过程中用量少，在制备过程中不含硫元素，减少了污染，具有高效、环保等优点。

(2)聚羧酸系分散剂、表面活性剂、磷酸盐的复配，有利于改变煤炭颗粒表面的界面张力和亲疏水性质，促进分散剂在煤粉颗粒上面的均匀分布，增强煤粉颗粒之间水膜的润滑作用，通过协同效应，最大限度发挥分散、稳定的效果；纤维素醚与无机碱的加入，可增加水煤浆的储存稳定性。

(3)本发明配制的水煤浆具有较高的浓度，同时具有粘度低、稳定性好、流动性好的特点。

(4)与传统采用萘系、木质素等作分散剂的水煤浆添加剂相比，本发明在极低的掺量下即可发挥分散、降粘与稳定作用，成本与之相当甚至更低。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

水煤浆的各项性能测试按照国家标准GB/T18855-2014、GB/T18856.2-2008、GB/T18856.4-2008和相关行业标准进行。本实验煤粉为商售，筛子通过率为85％(200目)；水煤浆浓度固定为65％，在搅拌装置强力搅拌下制得。

实施例1～5：

各组分配比见表1(按质量百分比)。

表1各实施例组分配比

实施例效果

以实施例1～5中制得的多组分高效添加剂为例，与商售水煤浆进行对比，对其浓度、粘度、稳定性、流动性等进行测试。其中流动性测试采用目测法，25℃下将制备好的水煤浆缓慢倾倒入另一个烧杯中，目测浆体流型，根据流动的性状，分为A、B、C、D四个等级，A-不间断的连续流动，B-间断的连续流动，C-间断的不连续流动，D-不流动。添加剂掺量以干煤粉质量计，测试结果见表2。

表2实施例分散和稳定效果

从表2数据可以看出，当使用本发明实施例1～5的多组分高效添加剂时，在较低的掺量条件下，成浆浓度较大，流动性好，粘度低，7天稳定性较好，无硬沉淀产生，析水率较低，各项技术指标优于商售水煤浆，符合GB/T18855-2014中关于燃料水煤浆的技术条件要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多组分水煤浆添加剂，其特征在于，

所述添加剂由下列重量份数的组分组成：

聚羧酸系分散剂：50～80份；表面活性剂：10～60份；纤维素醚：5～45份；磷酸盐：1～15份；无机碱：0～3份。

2.根据权利要求1所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述聚羧酸系分散剂是小单体与大单体的共聚物；其中小单体是甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中一种或几种的混合物；大单体是异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、羟丁基聚乙二醇烯基醚中一种或两种的混合物。

3.根据权利要求2所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述聚羧酸系分散剂的平均分子量为10000～100000。

4.根据权利要求1所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述表面活性剂是壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇、乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、山梨糖醇聚氧乙烯醚、山梨糖醇聚氧乙烯醚、月桂醇硫酸钠中、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯嵌段聚醚中一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述纤维素醚是羧甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚或羟丙基纤维素醚中一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述磷酸盐为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或磷酸三钠中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的多组分水煤浆添加剂，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种。

8.一种多组分水煤浆添加剂的应用方法，其特征在于：将权利要求1至7任一项所述的多组分水煤浆添加剂按干基煤粉重量的0.2～0.6％添加；添加方法是将上述的添加剂配成水溶液，然后上述添加比例的掺入量加入到干基煤粉中搅拌均匀。

9.一种多组分水煤浆添加剂的应用方法，其特征在于：将权利要求1至7任一项所述的多组分水煤浆添加剂按干基煤粉重量的0.2～0.6％添加；添加方法是将添加剂各组成组分按上述添加比例的掺入量分别先后加入到干基煤粉中搅拌均匀。