CN105316051B - 垃圾渗滤液原料制备复合型改性水煤浆添加剂及制备方法 - Google Patents

垃圾渗滤液原料制备复合型改性水煤浆添加剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂及制备方法，由垃圾渗滤液20～50份、活性淤泥10～25份、粗萘1～15份、工业废液20～35份、风化煤或煤泥10～25份、H2SO4或Na2SO3 10～20份、甲醛5～15份制备而成，制备方法包括备料、混合、磺化、缩合、接枝共聚及后续等步骤；本发明的优点在于：将各种废弃物进行资源化处理，变废为宝，避免了对环境造成的影响，提高了废物的利用价值，得到的产品质量高，品质好，有效提高了工业水煤浆的稳定性、成浆浓度，减少了添加剂用量、降低制浆成本。

Description

垃圾渗滤液原料制备复合型改性水煤浆添加剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种水煤浆添加剂，具体地说是一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂及制备方法，属于水煤浆添加剂领域。
背景技术
水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，它是由60～70％不同粒度的煤、30～40％的水和约 1％左右的添加剂制成的混合物，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，可以像油一样易于存储、管道输送和雾化燃烧，被称为液态煤炭产品。世界能源界自上世纪七十年代就开始了对水煤浆的研究，我国是世界上较早开发这一项目的国家，“水煤浆制备与燃烧技术”从“六五”到“八五”都列为国家重点科技攻关项目。由于水煤浆的燃烧效率可高达 95％以上，且二氧化硫、氮氧化物的排放量及烟尘浓度均达到环保要求，广泛用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代煤、代油、代气燃烧，亦可作为气化原料，用于德士古气化生产合成氨、合成甲醇。但是，由于水煤浆是一种粗颗粒悬浮体，而且煤炭是一种疏水性物质，因此要使水煤浆保持良好的流变性和稳定性，是非常困难的。加入添加剂是解决这一问题的有效方法，特别是对高浓度 、高稳定性水煤浆的制备，添加剂的作用尤为关键。
我国城市的运转每年将产生上亿吨的垃圾，特别是加快城镇化进程、大量农民工涌入城市的今天，垃圾处理早已作为国家和各级政府环境保护的重点工作之一，解决城市“垃圾围城”问题以迫在眉睫。垃圾废弃物是与人类生存文明发展相伴相生的，统计资料显示，全世界的垃圾年均增长率为8.42%，而我国的垃圾年均增长率达到10%以上，并已成为世界上垃圾包围城市最严重的国家之一。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，其中我国每年就产生近1.5亿吨的城市垃圾。全国600多座城市，除县城外，已有三分之二的大中城市陷入垃圾的包围之中，且有四分之一的城市已没有合适场所堆放垃圾，我国政府每年花费300多亿元人民币用于消运和处理这些垃圾。如果处理好城市垃圾，避免对环境造成影响，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂及制备方法，将各种废弃物进行资源化处理，变废为宝，避免了对环境造成的影响，提高了废物的利用价值，得到的产品质量高，品质好，有效提高了工业水煤浆的稳定性、成浆浓度，减少了添加剂用量、降低制浆成本。
本发明的技术方案为：
一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液20～50份、活性淤泥10～25份、粗萘1～15份、工业废液20～35份、风化煤或煤泥10～25份、H2SO4或Na2SO3 10～20份、甲醛5～15份；
其中，所述工业废液为造纸黑液、味精废液或糖厂发酵废液中的一种或多种的混合物；
所述风化煤的细度要求为粒度≤300um，其中粒度小于74um的风化煤至少占风化煤总重量的75%；
所述H2SO4为质量分数98%的浓硫酸溶液。
优选地，垃圾渗滤液35份、活性淤泥20份、粗萘10份、工业废液30份、风化煤或煤泥20份、H2SO4或Na2SO3 15份、甲醛10份。
优选地，垃圾渗滤液20份、活性淤泥10份、粗萘1份、工业废液20份、风化煤或煤泥10份、H2SO4或Na2SO3 10份、甲醛5份。
优选地，垃圾渗滤液50份、活性淤泥25份、粗萘15份、工业废液35份、风化煤或煤泥25份、H2SO4或Na2SO3 20份、甲醛15份。
上述以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料：按照上述重量配比准备各原料；
（2）混合：将步骤（1）准备的各原料加热到反应釜中混合搅拌；
（3）磺化、缩合、接枝共聚：向步骤（2）反应釜中的添加磺化剂H2SO4或Na2SO3，以及甲醛，经磺化和缩聚引进接枝多种磺酸基团和羧基基团，聚合提高分子量，要求温度140-150℃、压力1.0-1.25MPa、时间5-8h；
本发明通过造纸黑液中的碱木素苯环上的活性基团，添加硫酸和亚硫酸钠、甲醛作为磺化剂，经化学改性，使碱木素产品通过磺化反应生成木质素磺酸盐，加入磺化剂使之生成木素磺酸盐产品，属阴离子表面活性剂，具有半胶体性质，能在界面产生单分子层吸附作用，对造纸黑液进行分离提取碱木质素，碱木素来源于碱法造纸废液中，是一种具有分散、粘合及表面活性等特殊性能的天然高分子化合物，通过改性可以制备高性能的水煤浆添加剂。以碱木质素为主要活性基团，采用接枝磺化技术以提高其磺化度和反应活性。
（4）后续：产品磺化缩聚合成后进行过滤、降温，利用减压蒸发回收冷凝液作为锅炉补水，最终得到产品，产品为液态直接灌装。
进一步地，所述步骤（3）中还添加活性剂如含磺酸基团混合型表面活性剂、引发剂如过硫酸钾、促进剂如甲醛或碱性钠盐，在合成过程中提高化学反应速率、缩合度、磺化度，使含有磺酸基团分子占比例大于62%。另外，所述的活性剂、引发剂和促进剂的用量可以根据实际需要结合生产经验而确定。
采用上述方法能够提高水煤浆中煤粉颗粒间的剪切应力，降低黏度。强化煤浆中已分散的煤粒、微细胶体粒子和水分子结合成的一种较弱但又有一定强度的三维空间结构。使已分散的固体颗粒相互交联，有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离。据有良好的液体流变性和低黏度，有效提高水煤浆稳定性和降低泵送能耗。
进一步地，所述复合型改性水煤浆添加剂的外观为黑褐色或棕黑色液体，固含量为质量分数36±3%，pH值为pH8-11，比重为1.13-1.25。
本发明产品的掺量为1-3‰，其中，干基煤粉100目以上；成浆性能为水煤浆浓度61-63%；煤浆粘度为400-1000 mPas，静止48h无析水，七天内无硬沉淀。
本发明以城市垃圾填埋场的垃圾渗滤液、餐厨垃圾集中处理设施发酵后的活性淤泥为主要原料, 添加粗焦油中分离的粗萘、风化煤、造纸黑液、味精废液、糖厂发酵废液，充分利用工业废液中的有机质腐植酸盐、萘油等有效成分，添加某些活性成分，按一定比例混合后经磺化、缩聚、合成的复合型改性水煤浆添加剂。
本发明的优点在于：
1、直接利用各种废弃物，包括垃圾渗滤液、餐厨垃圾发酵后的活性淤泥、风化煤或洗煤厂煤泥，以及工业废液如造纸黑液、味精废液、糖厂发酵废液等；
2、通磺化和缩聚引进接枝多种磺酸基团和羧基基团，聚合提高分子量，添加活性剂（含磺酸基团混合型表面活性剂）、引发剂（过硫酸钾）、促进剂（甲醛或碱性钠盐），在合成过程中提高化学反应速率、缩合度、磺化度，含有磺酸基团分子占比例大于62%；
3、生产过程中取消废液浓缩，降低能耗，产品磺化、缩聚合成利用减压蒸发回收冷凝液作为锅炉补水，产品为液态直接灌装，无废水、废渣排放；
4、提高水煤浆中煤粉颗粒间的剪切应力，降低黏度；强化煤浆中已分散的煤粒、微细胶体粒子和水分子结合成的一种较弱但又有一定强度的三维空间结构；使已分散的固体颗粒相互交朕，有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离；具有良好的液体流变性和低黏度，有效提高水煤浆稳定性和降低泵送能耗；
5、对制浆水质要求不高，pH值为2-10范围较宽,可有效利用各种工艺废水制浆，提高水的重复利用率，有效节水。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
实施例1
一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液20～50份、活性淤泥10～25份、粗萘1～15份、工业废液20～35份、风化煤或煤泥10～25份、H2SO4或Na2SO3 10～20份、甲醛5～15份；
其中，所述工业废液为造纸黑液、味精废液或糖厂发酵废液中的一种或多种的混合物；
所述风化煤的细度要求为粒度≤300um，其中粒度小于74um的风化煤至少占风化煤总重量的75%；
所述H2SO4为质量分数98%的浓硫酸溶液。
实施例2
一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液35份、活性淤泥20份、粗萘10份、工业废液30份、风化煤或煤泥20份、H2SO4或Na2SO3 15份、甲醛10份。
实施例3
一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液20份、活性淤泥10份、粗萘1份、工业废液20份、风化煤或煤泥10份、H2SO4或Na2SO3 10份、甲醛5份。
实施例4
一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液50份、活性淤泥25份、粗萘15份、工业废液35份、风化煤或煤泥25份、H2SO4或Na2SO3 20份、甲醛15份。
实施例5
上述实施例1-4以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料：按照上述重量配比准备各原料；
（2）混合：将步骤（1）准备的各原料加热到反应釜中混合搅拌；
（3）磺化、缩合、接枝共聚：向步骤（2）反应釜中的添加磺化剂H2SO4或Na2SO3，以及甲醛，经磺化和缩聚引进接枝多种磺酸基团和羧基基团，聚合提高分子量，要求温度140-150℃、压力1.0-1.25MPa、时间5-8h；
所述步骤（3）中还添加活性剂如含磺酸基团混合型表面活性剂、引发剂如过硫酸钾、促进剂如甲醛或碱性钠盐，在合成过程中提高化学反应速率、缩合度、磺化度，使含有磺酸基团分子占比例大于62%。另外，所述的活性剂、引发剂和促进剂的用量可以根据实际需要结合生产经验而确定。
（4）后续：产品磺化缩聚合成后进行过滤、降温，利用减压蒸发回收冷凝液作为锅炉补水，最终得到产品，产品为液态直接灌装。
产品的外观为黑褐色或棕黑色液体，固含量为质量分数36±3%，pH值为pH8-11，比重（与水的比重）为1.13-1.25，CL-含量小于100ppm,密度1.170-1.230g/m³。
本发明产品时使用的掺量为1-3‰，其中，干基煤粉100目以上；成浆性能为水煤浆浓度61-63%；煤浆粘度为400-1000 mPas，静止48h无析水，七天内无硬沉淀。
本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。

Claims (7)

1.一种以垃圾渗滤液为原料制备的复合型改性水煤浆添加剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
垃圾渗滤液20～50份、活性淤泥10～25份、粗萘1～15份、工业废液20～35份、风化煤或煤泥10～25份、H2SO4或Na2SO3 10～20份、甲醛5～15份；
所述风化煤的细度要求为粒度≤300um，其中粒度小于74um的风化煤至少占风化煤总重量的75%；
所述工业废液为造纸黑液、味精废液或糖厂发酵废液中的一种或多种的混合物；
所述添加剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料：按照上述重量配比准备各原料；
（2）混合：将步骤（1）准备的除磺化剂H2SO4或Na2SO3以及甲醛以外的各原料加入到反应釜中混合搅拌；
（3）磺化、缩合、接枝共聚：向步骤（2）反应釜中的添加磺化剂H2SO4或Na2SO3，以及甲醛，经磺化和缩聚引进接枝多种磺酸基团和羧基基团，聚合提高分子量，要求温度140-150℃、压力1.0-1.25MPa、时间5-8h；
（4）后续：产品磺化缩聚合成后进行过滤、降温，利用减压蒸发回收冷凝液作为锅炉补水，最终得到产品。
2.根据权利要求1所述的复合型改性水煤浆添加剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：垃圾渗滤液35份、活性淤泥20份、粗萘10份、工业废液30份、风化煤或煤泥20份、H2SO4或Na2SO3 15份、甲醛10份。
3.根据权利要求1所述的复合型改性水煤浆添加剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：垃圾渗滤液20份、活性淤泥10份、粗萘1份、工业废液20份、风化煤或煤泥10份、H2SO4或Na2SO3 10份、甲醛5份。
4.根据权利要求1所述的复合型改性水煤浆添加剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：垃圾渗滤液50份、活性淤泥25份、粗萘15份、工业废液35份、风化煤或煤泥25份、H2SO4或Na2SO3 20份、甲醛15份。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的复合型改性水煤浆添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）备料：按照上述重量配比准备各原料；
（2）混合：将步骤（1）准备的除磺化剂H2SO4或Na2SO3以及甲醛以外的各原料加入到反应釜中混合搅拌；
（3）磺化、缩合、接枝共聚：向步骤（2）反应釜中的添加磺化剂H2SO4或Na2SO3，以及甲醛，经磺化和缩聚引进接枝多种磺酸基团和羧基基团，聚合提高分子量，要求温度140-150℃、压力1.0-1.25MPa、时间5-8h；
（4）后续：产品磺化缩聚合成后进行过滤、降温，利用减压蒸发回收冷凝液作为锅炉补水，最终得到产品。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中还添加活性剂含磺酸基团混合型表面活性剂、引发剂过硫酸钾或碱性钠盐，使含有磺酸基团分子占比例大于62%。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述产品的外观为黑褐色或棕黑色液体，固含量为质量分数36±3%，pH值为pH8-11，比重为1.13-1.25。
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