CN109762613A - 由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法 - Google Patents

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由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法。本发明利用处置废弃生物质采用的主要手段热解产生的液体生物油作为原料，根据所含组分特性，利用溶解度差异将其中的一部分组分分离出来并经化学改性，合成出一种分散性能优异的新型绿色分散剂精细化学品。研究表明，使用本发明合成的新型分散剂用于制备水煤浆，可制得煤含量为67%时的水煤浆，其粘度448 mPa.S。由于所用生物油来自处置废弃生物质热解过程产生的液体，因而，合成该分散剂既提升了生物油的附加值，实现对其梯度利用的目的，降低处置废弃生物质热解过程的运行成本，同时所用原料具有可持续性，有着广阔的应用前景。

Description

由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法
技术领域
本发明涉及由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，尤其是用热解生物质产生的生物油为原料，利用性质差将需要的组分分离出来，经氧化、接枝共聚、干燥等过程，制得一种分散性能优异的水煤浆分散剂，其技术属能源和环境工程领域。
背景技术
水煤浆是煤洁净利用过程中的一种重要方式。同传统燃煤利用方式相比较，以水煤浆方式燃烧具有更多的优点，如高的燃尽率和热效率，低的SOX和灰尘排放量以及综合能耗显著降低等优势。此外，通过水煤浆气化，亦比传统方式效率高。因而，制备煤含量高和稳定性好的水煤浆，是水煤浆技术发展过程中必须解决的问题。大量研究表明，添加少量的分散剂对制备煤含量高的水煤浆起着极其重要的作用。
目前，水煤浆分散剂主要有萘系磺酸盐聚合物（CN1209439）以及聚羧酸型分散剂，所用原料主要是一次性资源化石原料。如何摆脱对化石原料的依赖性，并具可持续性，是探索新型分散剂的发展趋势。
生物质是世界上最为丰富的可再生含碳有机聚合物，具有储量丰富以及在利用过程中对二氧化碳净排放为零等特点。如何高效利用和转化生物质是世界各国科学家一直积极探索的课题。其中，以热解方式处置各种废弃的生物质被认为是最有发展前景的一条途径。热解过程产生的气体热值较高，可直接作为燃料使用，得到的固体是制备高级活性炭的优质原料，而液体生物油因含氧量高、能量密度低、易老化和粘度大等缺点限制了它作为汽油和柴油替代品的应用。有研究表明，生物油中含有多达400余种的化学物质。目前对于生物油的利用，主要是以催化转化方式对其升级，但因所含组分反应活性高，催化过程组分间容易相互发生反应以及很容易在催化剂上产生积碳导致催化剂失活而存在很大困难。所以，寻找一条易于操作可行的升级生物油途径，显得非常重要。本发明正是基于这种现状，为利用热解生物质产生的液体生物油发明了一条简单易行和成本低廉的新途径。即利用生物油中需要的组分和其它组分间存在的性质差而将其分离出来，然后通过化学手段合成出一种新型分散剂，用于水煤浆的制备和生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对生物质热解液体难以利用或利用存在很大困难的问题，提供一种全新的利用途径，即将热解生物质产生的液体生物油作为原料，利用其中的部分物质合成出分散性能优异的分散剂用于水煤浆的制备和生产。本发明内容采用完全不同于公开文献报道的升级生物油途径，合成的分散剂在使用过程不产生二次污染，具有工艺路线短，合成过程容易操作和实现，并具可持续性。
本发明的内容由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，将热解得到的生物油与蒸馏水按照一定质量比混合均匀后，在离心速度为5000-8000rpm的转速下离心10-30min后，去除上层清液，用下层液体—生物油重组分，合成新型水煤浆分散剂。称取10g生物油重组分，加入25 ml蒸馏水，在40-60℃的温度条件下，用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液将其pH值调节为9-12，然后在60-80℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液2.8-5.0 ml，静置0.5-1h后，继续在其中加入生物油重组分质量的6-8%的过硫酸钾以及生物油重组分质量的50-80%的丙烯酸，反应2-4h后，待溶液自然冷却至室温，抽滤并用无水乙醇洗涤多次后，经干燥即得产品水煤浆新型分散剂。其中，生物油与蒸馏水质量比可在1:3-1:6范围内使用，而液体生物油的来源不受原料生物质种类的限制，可以是对各种植物如木屑，植物茎杆以及果实的外壳进行热解来获得；热解过程使用的加热速率大于或等于5℃/min，热解终温为450-650℃，时间2-4h。
本发明利用处置废弃生物质采用的主要手段热解产生的液体生物油作为原料，根据所含组分特性，利用溶解度差异将其中的一部分组分分离出来并经化学改性，合成出一种分散性能优异的新型绿色分散剂精细化学品。研究表明，使用本发明合成的新型分散剂用于制备水煤浆，可制得煤含量为67%时的水煤浆，其粘度448 mPa.S。由于所用生物油来自处置废弃生物质热解过程产生的液体，因而，合成该分散剂既提升了生物油的附加值，实现对其梯度利用的目的，降低处置废弃生物质热解过程的运行成本，同时所用原料具有可持续性，有着广阔的应用前景。本发明与现有生物油升级利用技术相比突出的优点在于：在不需要催化转化过程的高温高压苛刻条件下实现对其组分升级利用的目的，合成的分散剂优于商业用十二烷基磺酸盐和萘系分散剂。
附图说明
图1为实施例2合成的分散剂红外光谱图。
图2为实施例2合成的分散剂表面张力图，从图2中可以看出其临界胶束浓度为40g/l，此时其表面张力达到37.29mN.m-1，表明该分散剂具有表面活性剂的性质。
附表1为不同条件下合成分散剂制成的水煤浆的粘度（25℃）。
具体实施方式
实施例1
取200g的木屑在氮气气氛下加热，在加热速率为10℃/min的条件下加热至450℃，保持2h，产生的液体与蒸馏水按照1:3比例混合均匀后，在5000rpm的转速下离心0.5h后倾出上清液；取下层液体10g，加入蒸馏水25ml，加热至40℃用质量浓度为20%氢氧化钠稀溶液将其pH值调节至11，在温度为60℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液2.8 ml，静置0.5h，再加入0.6g的过硫酸钾和5g丙烯酸，反应2h后，待溶液冷却至室温，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥、即得产品水煤浆新型分散剂。
实施例2
取200g的木屑在氮气气氛下加热，在加热速率为5℃/min的条件下加热至550℃，保持2h，产生的液体与蒸馏水按照1:4比例混合均匀，在5000rpm的转速下离心0.5h后倾出上清液；取离心后的下层液体10g，加入25ml蒸馏水，加热至60℃、用质量浓度为20%氢氧化钠稀溶液将其pH值调节至12，在温度为80℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液3 ml，静置0.5h，再加入0.8g的过硫酸钾和8g丙烯酸，反应3h后，待溶液冷却至室温，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥、即得产品水煤浆新型分散剂。
实施例3
取200g的玉米秸秆在氮气气氛下加热，在加热速率为15℃/min的条件下加热至600℃，保持1.5h，产生的液体与蒸馏水按照1:6比例混合均匀，在5000rpm的转速下离心0.5h后倾出上清液；取离心后的下层液体10g，加入25ml蒸馏水，加热至50℃、用氢氧化钠稀溶液将其pH值调节至9，在温度为70℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液4ml，静置1.0h，再加入0.7g的过硫酸钾和6g丙烯酸，反应3h后，待溶液冷却至室温，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥、即得产品水煤浆新型分散剂。
实施例4
取200g的玉米秸秆在氮气气氛下加热，在加热速率为15℃/min的条件下加热至600℃，保持1.5h，产生的液体与蒸馏水按照1:6比例混合均匀，在8000rpm的转速下离心10min后倾出上清液；取离心后的下层液体10g，加入25ml蒸馏水，加热至60℃、用氢氧化钠稀溶液将其pH值调节至12，在温度为60℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液4 ml，静置40min，再加入0.8g的过硫酸钾和7g丙烯酸，反应3h后，待溶液冷却至室温，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥、即得产品水煤浆新型分散剂。
实施例5
取200g的稻壳在氮气气氛下加热，在加热速率为15℃/min的条件下加热至650℃，保持1.5h，产生的液体与蒸馏水按照1:6比例混合均匀，在7000rpm的转速下离心15min后倾出上清液；取离心后的下层液体10g，加入25ml蒸馏水，加热至50℃、用氢氧化钠稀溶液将其pH值调节至10，在温度为80℃的条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液5ml，静置0.5h，再加入0.7g的过硫酸钾和5g丙烯酸，反应4h后，待溶液冷却至室温，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥、即得产品水煤浆新型分散剂。
表1为煤浆浓度为67%的煤浆粘度测定结果粘度（加入产品的量为0.2wt%）
实施例1 例2 例3 例4 例5
448 456 459 706 809

Claims (4)

1.由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，其特征是将热解得到的生物油与蒸馏水按质量比混合均匀后，在离心速度为5000-8000rpm的转速下离心10-30 min，出现分层现象后去除上层清液，下层部分称为生物油重组分，用于合成目标产物，取10 g生物油重组分，加入25 ml蒸馏水，在40-60℃的温度条件下，用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液将其pH值调节为9-12，然后在60-80℃的温度条件下加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液2.8-5.0ml，静置0.5-1h后，继续在其中加入生物油重组分质量的6-8%的过硫酸钾以及生物油重组分质量的50-80%的丙烯酸，反应2-4h后，待溶液自然冷却至室温，抽滤并用无水乙醇多次洗涤后，经干燥即得水煤浆分散剂产品。
2.根据权利要求1所述的由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，其特征是生物油与蒸馏水质量比可在1:3-1:6范围内调控使用。
3.根据权利要求1或2所述的由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，其特征是生物油来源不受原料生物质种类的限制，原料生物质可以是各种植物木屑，植物茎杆以及果实的外壳。
4.根据权利要求1或2所述的由生物油制备一种新型水煤浆分散剂的方法，其特征是热解过程采用的加热速率大于或等于5℃/min，热解终温在450-650℃范围，时间1.5-3h。
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