CN105296028A - 一种用于煤化工领域的复合煤浆分散剂 - Google Patents
一种用于煤化工领域的复合煤浆分散剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种用于煤化工领域的复合煤浆分散剂，其包括分散剂主剂35％～65％、降粘剂5％～25％、表面改性剂0.5％～5％、金属离子螯合剂0.5％～2.5％、缓蚀剂0.2％～2％和水0.5％～58.8％；分散剂主剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物、萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物、木质素磺酸钠、改性聚甲基丙烯酸盐共聚物中的一种或几种，降粘剂为单宁酸、磺化单宁、磺化酚醛树脂、硝基腐殖酸钠中的一种或几种，表面改性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、OP-10、AEO-20、SP-40、TWEEN-60中的一种或几种，金属离子螯合剂为聚丙烯酸、二羟乙基甘氨酸、EDTA中的一种或几种，缓蚀剂为苯并三唑和/或硫脲中。本发明煤浆分散剂无毒、安全环保，具有较宽的温度和适用范围、较好的成浆性能。
Description
技术领域
本发明属于煤化工的煤基新材料领域，涉及一种可用于在煤制甲醇、煤气化等化工工艺中配制水煤浆的配方化学品。
背景技术
我国煤炭储量丰富，煤炭资源在我国能源消费中占65％以上，煤的传统燃烧方式具有灰渣多、污染大、燃烧不充分等问题。水煤浆是由大约65％的煤、34％的水和1％的分散剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料，将煤加工成水煤浆则具有燃烧稳定、污染排放少等优点。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。
煤浆分散剂是水煤浆体系中关键组分之一，性能优异的煤浆分散剂可使水煤浆具有高浓度、低粘度、良好的流动性等优良性质。在水煤浆分散剂的研制上，国外比较突出的有Nippon油脂公司、Kao公司和Lion公司等，日本研究人员开发的一系列性能优良的分散剂如NSF(萘磺酸盐聚合物)和PSS(聚苯乙烯磺酸盐)作为水煤浆专用分散剂已经工业化生产。国内不少企业和研究机构都对水煤浆分散剂的研究做了很多工作，开发出很多具有竞争力的产品，如迪昆精细化工公司侧重于研究性能高效的水煤浆分散剂，主要品种有CWF-15和WCS-AC。南京大学研究人员开发的NDF适用煤种宽，性能高效，占有大量的水煤浆添加剂市场。还有淮南矿业集团合成材料有限责任公司开发的HNF可以同时兼顾水煤浆的分散性和稳定性。总的来说，当前我国水煤浆分散剂市场上萘系应用比较广泛，此外还有腐殖酸系、木质素系、聚烯烃系、丙烯酸系以及相关复配等产品。但是现有分散剂含有的起分散作用的功能团较为单一且各煤种的煤质及煤表面物理化学性质相差很大，导致现有分散剂仍然存在适用煤种范围较窄的问题，特别是对高内水含量的褐煤煤种难以成浆。而相比于以上传统分散剂，本分散剂由于含有苯基、聚醚链、磺酸基和羧基等多种功能团从而能够发挥在煤颗粒表面吸附成膜、空间位阻、扩散双电层三个方面的共同作用且均有加强与提高，三种利于成浆因素的共同作用使得本分散剂对多种煤种均具有较好的适应性，对高内水含量的褐煤煤种亦能配制出较高的煤浆浓度。随着世界石油资源的枯竭，我们需要对煤化工煤制油领域进行战略性研究与开发，而开发新一代普适、高效的煤浆分散剂是推动煤化工快速发展的重要方面之一。
发明内容
为了解决现有煤浆分散剂遇到的煤种适用性较差、对褐煤煤种难以成浆等问题，本发明提供了一种针对较多煤种均有较好成浆性的煤浆分散剂。该分散剂能有效解决一般分散剂所具有的煤种适应性差、成浆浓度低等问题，对各煤种均能够配制出流动性较好、粘度较低、成浆浓度较高的水煤浆，并具有无毒、安全环保的特点，非常适合煤化工煤基新材料领域的水煤浆配制生产要求。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：提供了一种煤化工领域的复合煤浆分散剂，该复合煤浆分散剂的组成包括分散剂主剂、降粘剂、表面改性剂、金属离子螯合剂和缓蚀剂；
其中所述分散剂主剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物、萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物、木质素磺酸钠、改性聚甲基丙烯酸盐共聚物中的一种或几种，分散剂主剂含量占复合煤浆分散剂总重的35％～65％；
所述的降粘剂为单宁酸、磺化单宁、磺化酚醛树脂、硝基腐殖酸钠中的一种或几种，降粘剂含量占复合煤浆分散剂总重的5％～25％；
所述的表面改性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、OP-10、AEO-20、SP-40、TWEEN-60中的一种或几种，表面改性剂含量占复合煤浆分散剂总重的0.5％～5％；
所述的金属离子螯合剂为聚丙烯酸、二羟乙基甘氨酸、EDTA中的任意一种或几种，金属离子螯合剂含量占复合煤浆添加剂总重的0.5％～2.5％；
所述的缓蚀剂为苯并三唑、硫脲中的一种或几种，缓蚀剂含量占复合煤浆分散剂总重的0.2％～2％；
本复合煤浆分散剂为水溶液，水分占复合煤浆分散剂总重的0.5％～58.8％。
上述的复合煤浆分散剂优化含量配比为：萘磺酸盐甲醛缩合物与丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物复配物40％～60％，二者质量比1：3；磺化单宁与磺化酚醛树脂复配物10％～20％，二者质量比1：1；AEO-20与SP-40复配物1％～4％，二者质量比1：3；聚丙烯酸与EDTA复配物1％～2％，二者质量比1：1；硫脲0.5％～1％；水13％～47.5％。
本发明的特征在于，该复合煤浆分散剂的分散主剂组分为一种三元共聚物，其分子链上含有的苯环基团能够保证其与煤颗粒很好的结合并充分吸附在其表面，大大减少了煤颗粒表面的含氧亲水基团对水分子的吸附；同时，分子链上的磺酸基和羧基等基团的强电离作用可在煤颗粒周围形成较强的扩散双电层。苯基、磺酸基及羧基的共同作用使得分散剂主剂对煤颗粒具有很好的分散性能，有效阻止了煤颗粒的聚集沉降。
本发明中的降粘剂组分通过吸附在煤颗粒上拆散和消弱了煤颗粒之间形成的空间结构从而起到降低粘度的作用。同时，降粘剂与煤颗粒的相互吸附作用可导致吸附在煤颗粒表面的水分子解吸，能够增大浆体中的流动水，提高浆体流动性能。
本发明中的表面改性剂组分通过与煤颗粒表面的羟基、羧基等亲水基团的氢键作用而在煤颗粒表面形成一层疏水层，从而提高了煤颗粒表面的疏水性能，疏水性能的提高有利于分散剂分子的吸附及煤种成浆性能的改善。
本发明中的金属离子螯合剂可以通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部，变成稳定的化合物，从而阻止钙、镁、铁等金属离子对煤颗粒周围扩散双电层的压缩及对分散剂功能团的干扰。
本发明中的缓蚀剂组分为一种硫基吸附型缓蚀剂，其通过与金属表面形成配位键而吸附在金属表面并形成吸附保护膜，从而保证了施工设备不会受到介质的腐蚀。
具体实施方式
实施例1：
取煤粉60g，其内水含量2.85％，全水含量12.68％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
8％木质素磺酸钠；
10％萘磺酸盐甲醛缩合物；
20％改性聚甲基丙烯酸盐共聚物；
4％磺化单宁；
2％硝基腐殖酸钠；
0.4％OP-10；
0.1％十二烷基二甲基苄基氯化铵；
0.7％聚丙烯酸；
0.3％二羟乙基甘氨酸；
0.6％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到60％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度60.38％，粘度710cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例2：
取煤粉60g，其内水含量2.85％，全水含量12.68％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
30％萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物；
35％改性聚甲基丙烯酸盐共聚物；
5％单宁酸；
12％磺化酚醛树脂；
3％OP-10；
2％TWEEN-60；
0.5％二羟乙基甘氨酸；
1％EDTA；
0.2％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到64％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度63.92％，粘度980cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例3：
取煤粉60g，其内水含量2.85％，全水含量12.68％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
20％萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物；
20％萘磺酸盐甲醛缩合物；
12％磺化单宁；
2％磺化酚醛树脂；
1.2％OP-10；
1.8％AEO-20；
0.8％聚丙烯酸；
0.6％EDTA；
0.8％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到61％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度61.47％，粘度770cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例4：
取煤粉60g，其内水含量2.85％，全水含量12.68％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
20％萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物；
35％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
6％磺化单宁；
9％磺化酚醛树脂；
1.6％OP-10；
1％SP-40；
0.4％聚丙烯酸；
1.4％EDTA；
1％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到63％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度63.02％，粘度895cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例5：
取煤粉60g，其内水含量2.42％，全水含量12.27％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
10％萘磺酸盐甲醛缩合物；
30％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
5％磺化单宁；
5％磺化酚醛树脂；
0.3％AEO-20；
0.9％SP-40；
0.5％聚丙烯酸；
0.5％EDTA；
0.5％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到62％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度62.18％，粘度805cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例6：
取煤粉60g，其内水含量2.42％，全水含量12.27％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
14％萘磺酸盐甲醛缩合物；
42％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
8％磺化单宁；
8％磺化酚醛树脂；
0.8％AEO-20；
2.4％SP-40；
0.8％聚丙烯酸；
0.8％EDTA；
1％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到64％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度63.82％，粘度965cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例7：
取煤粉60g，其内水含量6.85％，全水含量15.5％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
11％萘磺酸盐甲醛缩合物；
33％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
7％磺化单宁；
7％磺化酚醛树脂；
0.4％AEO-20；
1.2％SP-40；
0.6％聚丙烯酸；
0.6％EDTA；
0.8％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到59％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度59.65％，粘度785cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例8：
取煤粉60g，其内水含量6.85％，全水含量15.5％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
14％萘磺酸盐甲醛缩合物；
42％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
10％磺化单宁；
10％磺化酚醛树脂；
1％AEO-20；
3％SP-40；
1％聚丙烯酸；
1％EDTA；
0.9％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到62％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度62.37％，粘度950cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例9：
取煤粉60g，其内水含量3.17％，全水含量9.16％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
12％萘磺酸盐甲醛缩合物；
36％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
6％磺化单宁；
6％磺化酚醛树脂；
0.5％AEO-20；
1.5％SP-40；
0.7％聚丙烯酸；
0.7％EDTA；
0.6％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到61％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度61.32％，粘度775cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例10：
取煤粉60g，其内水含量3.17％，全水含量9.16％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
14％萘磺酸盐甲醛缩合物；
42％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
9％磺化单宁；
9％磺化酚醛树脂；
0.9％AEO-20；
2.7％SP-40；
0.9％聚丙烯酸；
0.9％EDTA；
0.9％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到63％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度63.18％，粘度940cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例11：
取煤粉60g，其内水含量11.16％，全水含量15.6％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
13％萘磺酸盐甲醛缩合物；
39％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
8％磺化单宁；
8％磺化酚醛树脂；
0.8％AEO-20；
2.4％SP-40；
0.8％聚丙烯酸；
0.8％EDTA；
0.7％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到56％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度56.28％，粘度790cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
实施例12
取煤粉60g，其内水含量11.16％，全水含量15.6％，加入一定量的复合煤浆分散剂溶液，其组成为：
15％萘磺酸盐甲醛缩合物；
45％丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物；
10％磺化单宁；
10％磺化酚醛树脂；
1％AEO-20；
3％SP-40；
1％聚丙烯酸；
1％EDTA；
1％硫脲；
余量为水；
将自来水加入混有分散剂溶液的煤样中至煤浆浓度达到58％。用卤素水分测定仪测定水煤浆实际浓度58.08％，粘度995cP，达到水煤浆粘度<1000cP的性能标准。
Claims (3)
1.一种用于煤化工领域的复合煤浆分散剂，其特征在于，所述的复合煤浆分散剂包括分散剂主剂、降粘剂、表面改性剂、金属离子螯合剂、缓蚀剂和水；
所述分散剂主剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物、萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物、木质素磺酸钠、改性聚甲基丙烯酸盐共聚物中的一种或几种，分散剂主剂含量占复合煤浆分散剂总重的35％～65％；
所述的降粘剂为单宁酸、磺化单宁、磺化酚醛树脂、硝基腐殖酸钠中的一种或几种，降粘剂含量占复合煤浆分散剂总重的5％～25％；
所述的表面改性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、OP-10、AEO-20、SP-40、TWEEN-60中的一种或几种，表面改性剂含量占复合煤浆分散剂总重的0.5％～5％；
所述的金属离子螯合剂为聚丙烯酸、二羟乙基甘氨酸、EDTA中的任意一种或几种，金属离子螯合剂含量占复合煤浆分散剂总重的0.5％～2.5％；
所述的缓蚀剂为苯并三唑、硫脲中的一种或几种，缓蚀剂含量占复合煤浆分散剂总重的0.2％～2％；
水含量占复合煤浆分散剂总重的0.5％～58.8％。
2.根据权利要求1所述的复合煤浆分散剂，其特征在于分散剂主剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物、萘磺酸-苯乙烯-马来酸三元共聚物中的一种或几种；
降粘剂为磺化单宁、磺化酚醛树脂中的一种或几种；
表面改性剂为OP-10、AEO-20、SP-40中的一种或几种；
金属离子螯合剂为聚丙烯酸、EDTA中的一种或几种；
缓蚀剂为硫脲；
其余组分为水。
3.根据权利要求1所述的复合煤浆分散剂，其特征在于复合煤浆分散剂各组分含量占其总重分别为：萘磺酸盐甲醛缩合物与丙烯酸-烯丙基聚氧乙烯醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚物复配物40％～60％，二者质量比1：3；磺化单宁与磺化酚醛树脂复配物10％～20％，二者质量比1：1；AEO-20与SP-40复配物1％～4％，二者质量比1：3；聚丙烯酸与EDTA复配物1％～2％，二者质量比1：1；硫脲0.5％～1％；水13％～47.5％。
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