CN105567354A - 水煤浆分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种水煤浆分散剂及其制备方法，水煤浆分散剂按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸15％-20％，聚乙二醇20％-25％，阻聚剂0.01％-0.05％，蔗糖酯10％-20％，腐殖酸20％-25％，引发剂2％-4％和木质素磺酸盐17％-24％。上述水煤浆分散剂的制备方法采用水溶液聚合法，通过将成本较低的腐殖酸和蔗糖酯作为原料，并且与同样价格便宜的木质素磺酸盐复配使用，得到的分散剂在保证其性能良好的前提下，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及分散剂领域，特别是指一种水煤浆分散剂及其制备方法。
背景技术
水煤浆是将约70％的煤和30％的水及少量添加剂经过物理加工制成的一种新型煤基代油燃料。煤属于亲油性物质，水煤浆基本上属于粗颗粒悬体系，无分散剂时往往成浆性很差，往往放置12-24h浆体就产生硬沉淀，严重限制了水煤浆技术的应用推广，要使其形成稳定的煤水混合胶体溶液，必须借助分散剂以改变煤表面的性质，进而使煤颗粒能在水中均匀分散。
目前，水煤浆常用分散剂有：(1)萘磺酸盐缩聚物成浆性、减黏作用强、浆流型好，但稳定性较差，放置24h便产生硬沉淀且吸水率较高；(2)木质素磺酸盐稳定性较好，析水量少，且原料丰富、价格便宜，缺点是：黏度较大，流型较粗糙，需要与其他分散剂复配使用；(3)腐殖酸系容易形成硬沉淀，浆体稳定性差，且对金属离子敏感，因此，对制浆水质要求较高；(4)聚烯烃系用量少，制浆性和稳定性都优于传统分散剂，然而价格非常昂贵；(5)聚羧酸系常用不饱和羧酸单体如丙烯酸、马来酸盐和其他单体接枝共聚而成，例如以丙烯酸和聚乙二醇为原料得到丙烯酸聚乙二醇单酯，再与不饱和羧酸单体丙烯酸、苯乙烯磺酸盐和其他单体接枝共聚而成，其对水煤浆具有分散和稳定双重作用，然而，该分散剂价格较高。
发明内容
本发明提出一种水煤浆分散剂及其制备方法，解决了现有技术中水煤浆分散剂其分散性能和成本不能兼顾的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸15％-20％，聚乙二醇20％-25％，阻聚剂0.01％-0.05％，蔗糖酯10％-20％，腐殖酸20％-25％，引发剂2％-4％和木质素磺酸盐17％-24％。
作为本发明的进一步改进，所述阻聚剂为对苯二酚、叔丁基邻苯二酚或环烷酸铜。
作为本发明的进一步改进，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种以任意比例混合的混合物。
作为本发明的进一步改进，所述聚乙二醇的平均分子量为2000-3000。
作为本发明的进一步改进，所述丙烯酸15％，所述聚乙二醇25％，所述阻聚剂0.03％，所述蔗糖酯15％，所述腐殖酸25％，所述引发剂2.97％和所述木质素磺酸盐17％。
作为本发明的进一步改进，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾或木质素磺酸钙。
本发明还涉及上述水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至70-80℃，保温3-5h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；c、向所述第一体系中滴加腐殖酸水溶液和引发剂溶液，升温至80-90℃，保温反应2-3h，得到第二体系；d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应2-3h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为50-70kHz的超声波作用下，反应30-60min，得到所述分散剂。
作为本发明的进一步改进，所述腐殖酸水溶液的质量分数为30％-40％。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％。作为本发明的进一步改进，步骤a中，反应温度为80℃，反应时间为5h；步骤c中，所述腐殖酸的水溶液的质量分数为30％，反应温度为85℃，反应时间为2h；步骤d中，反应时间为3h；步骤e中，频率为60kHz，反应时间为30min。
本发明的有益效果为：本发明将成本较低的腐殖酸和蔗糖酯作为原料，并且与同样价格便宜的木质素磺酸盐复配使用，得到的分散剂在保证其性能良好的前提下，降低了生产成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸15％-20％，聚乙二醇20％-25％，阻聚剂0.01％-0.05％，蔗糖酯10％-20％，腐殖酸20％-25％，引发剂2％-4％和木质素磺酸盐17％-24％。其中，
所述阻聚剂为对苯二酚、叔丁基邻苯二酚或环烷酸铜；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种以任意比例混合的混合物；所述聚乙二醇的平均分子量为2000-3000；所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾或木质素磺酸钙；腐殖酸为棕腐酸、黑腐酸、黄腐酸、黄棕腐酸的任意一种或多种混合；引发剂溶液为浓度为0.01g/ml的引发剂水溶液。
实施例中用于测试分散剂性能所用的水煤浆，采用干法制浆，用陕西彬长煤配制质量分数为65％的水煤浆，分散剂加入总量的0.5％(wt％)，在转速为600r/min的条件下机械搅拌10min。
本发明实施例中，采用成本较低的腐殖酸和蔗糖酯作为原料，并且与木质素磺酸盐复配使用，得到的分散剂在保证其性能良好的前提下，降低了生产成本。上述各原料的配比和组分不同，可以构成不同的实施例，具体如下。
实施例1
水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸17％，聚乙二醇20％，阻聚剂0.01％，蔗糖酯20％，腐殖酸20％，引发剂1.99％和木质素磺酸盐21％。
上述水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至70℃，保温4h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；
b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％；
c、向所述第一体系中滴加腐殖酸的水溶液和引发剂溶液，腐殖酸水溶液的质量分数为35％，30min-60min内滴加完毕，升温至90℃，保温反应3h，得到第二体系；
d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应2h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；
e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为50kHz的超声波作用下，反应60min，得到所述分散剂。
本实施例中制备的水煤浆分散剂，应用于水煤浆中，常温采用NXS-4C型水煤浆黏度仪直接测粘度，并测试其在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定性(包括吸水率和沉淀厚度)，结果如表1所示。
表1
实施例2
水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸20％，聚乙二醇25％，阻聚剂0.05％，蔗糖酯12％，腐殖酸20.5％，引发剂2.45％和木质素磺酸盐20％。
上述水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至75℃，保温3h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；
b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％；
c、向所述第一体系中滴加腐殖酸的水溶液和引发剂溶液，腐殖酸的水溶液的质量分数为40％，30min-60min内滴加完毕，升温至80℃，保温反应3h，得到第二体系；
d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应2h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；
e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为70kHz的超声波作用下，反应40min，得到所述分散剂。
本实施例中制备的水煤浆分散剂，应用于水煤浆中，常温采用NXS-4C型水煤浆黏度仪直接测粘度，并测试其在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定性(包括吸水率和沉淀厚度)，结果如表2所示。
表2
实施例3
水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸16％，聚乙二醇23％，阻聚剂0.02％，蔗糖酯10％，腐殖酸23％，引发剂3.98％和木质素磺酸盐24％。
上述水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至75℃，保温5h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；
b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％；c、向所述第一体系中滴加腐殖酸的水溶液和引发剂溶液，腐殖酸的水溶液的质量分数为37％，30min-60min内滴加完毕，升温至85℃，保温反应3h，得到第二体系；
d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应3h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；
e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为65kHz的超声波作用下，反应50min，得到所述分散剂。
本实施例中制备的水煤浆分散剂，应用于水煤浆中，常温采用NXS-4C型水煤浆黏度仪直接测粘度，并测试其在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定性(包括吸水率和沉淀厚度)，结果如表3所示。
表3
实施例4
水煤浆分散剂，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸15％，聚乙二醇25％，阻聚剂0.03％，蔗糖酯15％，腐殖酸25％，引发剂2.97％和木质素磺酸盐17％。
上述水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至80℃，保温5h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；
b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％；
c、向所述第一体系中滴加腐殖酸的水溶液和引发剂溶液，腐殖酸的水溶液的质量分数为30％，30min-60min内滴加完毕，升温至85℃，保温反应2h，得到第二体系；
d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应3h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；
e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为60kHz的超声波作用下，反应30min，得到所述分散剂。
本实施例中制备的水煤浆分散剂，应用于水煤浆中，常温采用NXS-4C型水煤浆黏度仪直接测粘度，并测试其在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定性(包括吸水率和沉淀厚度)，结果如表4所示。
表4
实施例5
以实施例4中技术方案为基础，考察制备过程中超声作用对分散剂性能的影响。实施例4的技术方案中步骤e，将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，不使用超声条件，直接搅拌混合后，得到分散剂；将其应用于水煤浆中，常温采用NXS-4C型水煤浆黏度仪直接测粘度，并测试其在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定性(包括吸水率和沉淀厚度)，结果如表5所示。
表5
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 (10)
1.一种水煤浆分散剂，其特征在于，按重量百分比计，其原料包括：丙烯酸15％-20％，聚乙二醇20％-25％，阻聚剂0.01％-0.05％，蔗糖酯10％-20％，腐殖酸20％-25％，引发剂2％-4％和木质素磺酸盐17％-24％。
2.根据权利要求1所述的水煤浆分散剂，其特征在于，所述阻聚剂为对苯二酚、叔丁基邻苯二酚或环烷酸铜。
3.根据权利要求1所述的水煤浆分散剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种以任意比例混合的混合物。
4.根据权利要求1所述的水煤浆分散剂，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子量为2000-3000。
5.根据权利要求1所述的水煤浆分散剂，其特征在于，所述丙烯酸15％，所述聚乙二醇25％，所述阻聚剂0.03％，所述蔗糖酯15％，所述腐殖酸25％，所述引发剂2.97％和所述木质素磺酸盐17％。
6.根据权利要求1所述的水煤浆分散剂，其特征在于，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾或木质素磺酸钙。
7.一种如权利要求1-6任一项权利要求所述的水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将丙烯酸、聚乙二醇和阻聚剂加入烧瓶中，升温至70-80℃，保温3-5h，得到以丙烯酸-聚乙二醇酯为主的第一体系；
b、将腐殖酸加入蒸馏水中，再加入催化剂，加热搅拌，使腐殖酸溶解，得到腐殖酸水溶液；
c、向所述第一体系中滴加腐殖酸水溶液和引发剂溶液，升温至80-90℃，保温反应2-3h，得到第二体系；
d、向所述第二体系中加入蔗糖酯的水溶液，继续保温反应2-3h，停止加热，冷却至室温后，加入碱液调节体系的pH为7-9，得到第三体系；
e、将木质素磺酸盐加入到所述第三体系中，于常温，频率为50-70kHz的超声波作用下，反应30-60min，得到所述分散剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述腐殖酸水溶液的质量分数为30％-40％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述催化剂为质量比为1:2的甲醛和亚硫酸钠的混合物，甲醛和亚硫酸钠的总重量为腐殖酸重量的1％。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，反应温度为80℃，反应时间为5h；步骤c中，所述腐殖酸的水溶液的质量分数为30％，反应温度为85℃，反应时间为2h；步骤d中，反应时间为3h；步骤e中，频率为60kHz，反应时间为30min。
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