CN111088086A

CN111088086A - 一种木质素-腐殖酸基分散剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111088086A
Application number: CN201911425871.7A
Authority: CN
Inventors: 俎宇; 孙慧; 王石维; 宋成建; 段成华
Original assignee: Ningbo Fareasttech Catalyst Engineering Co ltd
Current assignee: Ningbo Fareasttech Catalyst Engineering Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本发明公开了一种木质素‑腐殖酸基分散剂及其制备方法和应用。本发明中的木质素‑腐殖酸基分散剂，按照重量份数计，包括木质素30~70份、腐殖酸30~70份、磺化剂1~30份、交联剂5~50份。本发明的木质素‑腐殖酸基分散剂应用后可以获得易流动、清洁且稳定的水煤浆，具有性能优良、性价比高的优点，完全符合国家水煤浆标准。

Description

一种木质素-腐殖酸基分散剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水煤浆的分散领域，具体涉及一种木质素-腐殖酸基分散剂及其制备方法和应用。

背景技术

水煤浆气化作为一种煤炭清洁化利用的有效技术，该技术成熟稳定，已应用于国内许多煤化工企业，目前，水煤浆技术开发与应用已列为国家发改委发布的《产业结构调整指导目录(2019年本，征求意见稿)》中的鼓励类项目。水煤浆是由约60～70％的煤粉、30～40％的水和1％左右的分散剂通过物料搅拌加工等方法制备的代油燃料，通过泵送进气化炉直接燃烧，从而实现煤炭的高效利用。

水煤浆的浓度高低直接影响到气化炉的燃烧效率及企业的生产效益，影响水煤浆浓度的因素主要包括制浆用煤、水煤浆分散剂、煤粉的粒度级配及制浆工艺等。其中制浆用煤由于煤炭自身的变质程度不同，制浆浓度存在较大的差异性，变质程度较高的煤种，制备的水煤浆浓度较高，相反，则成浆性很差。而我国煤炭资源储量中多以成浆性较差的烟煤为主，因此需要通过优化其它因素来弥补煤炭自身成浆性较差的缺陷。

水煤浆分散剂作为一种两亲性物质，即，既有亲水端基，也有亲油基，该水煤浆分散剂可以通过亲油基吸附在煤炭表面，使亲水基朝外，进而改善煤颗粒表面的亲水性，使煤颗粒表面形成一层具有弹性的水化膜，有效增强煤颗粒的流动性；同时，弹性水化膜可防止煤颗粒的聚团沉降，达到降低水煤浆表观黏度的目的。

水煤浆分散剂主要有萘磺酸系分散剂、木质素系分散剂、脂肪族系分散剂、腐殖酸系分散剂和聚羧酸系分散剂等，由于煤种的不同，不同分散剂的制浆效果也不同，因此工业应用的分散剂多以两种或两种以上的分散剂复配使用，如专利CN109628177A公开的以木质素、萘系分散剂、氨基磺酸盐表面活性剂制备的一种三元或多元水煤浆添加剂，该添加剂虽然能达到分散煤浆中的煤粒，从而降低煤浆粘度，改善煤浆的稳定性的效果，但是不能满足不同煤种的需求，且降黏效果并不显著。而现有技术中具有较好分散降黏效果的分散剂，其制备原料和工艺相对复杂，导致生产成本显著提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：现有技术中具有较好分散降黏效果的分散剂，其制备原料和工艺相对复杂，导致生产成本显著提高；提供具有较好分散效果且制备原料和工艺更加简单的一种木质素-腐殖酸基分散剂，并公开了该分散剂的制备工艺和应用。

一种木质素-腐殖酸基分散剂，按照重量份数计，原料包括：

所述木质素为30～50份，所述腐殖酸为30～50份，所述磺化剂为5～20份，所述交联剂为10～30份。

所述磺化剂包括氯磺酸、氨基磺酸和亚硫酸盐中的一种或多种。

所述交联剂为甲醛、乙二醛、丙烯酰胺、二乙醇胺、环氧氯丙烷、二溴己烷、二氯己烷中的一种或多种。

一种木质素-腐殖酸基分散剂的制备方法，包括：

将木质素和腐殖酸为起始原料，先加入磺化剂进行磺化反应后，再加入交联剂进行交联反应。

所述起始原料的pH值为8～12。

所述磺化反应的温度为60～180℃，磺化反应的时间为2～6h；所述交联反应的温度为30～100℃，交联反应的时间为3～8h。

所述磺化反应温度为70～120℃，磺化反应时间为2～5h；所述交联反应温度为50～100℃，交联反应时间为3～6h。

上述的一种木质素-腐殖酸基分散剂在水煤浆中的应用。

具体应用方法是：将添加剂与水配成任意百分浓度的水溶液，然后与煤粉混合搅拌均匀。其中，所述分散剂为水煤浆中干煤粉质量的0.1～0.6wt％。

本发明合成的分散剂不仅能单独用于制备水煤浆，而且能与其它类型的添加剂，如萘系、脂肪族和木质素磺酸盐系等阴离子表面活性剂复配使用。因此，本发明还公开了一种复配有上述一种木质素-腐殖酸基分散剂的萘系水煤浆添加剂、脂肪族水煤浆添加剂或木质素磺酸盐系水煤浆添加剂。即，本发明另一目的在于提供一种复配有上述木质素-腐殖酸基分散剂的萘系水煤浆添加剂。或提供一种复配有上述木质素-腐殖酸基分散剂的脂肪族水煤浆添加剂。或提供一种复配有上述木质素-腐殖酸基分散剂的木质素磺酸盐系水煤浆添加剂。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明的分散剂原料有木质素、腐殖酸、磺化剂和交联剂，原料来源丰富易得，原料简单，价格低廉；本发明通过成分的配合并结合工艺的优化，不仅仅能高效利用造纸黑液中的木质素，节约原料成本；还能通过磺化剂和交联剂改善木质素和腐殖酸的分子量或官能团含量，制备出高分子量和含氧官能团丰富的分散剂产品，达到较好的提浓降黏的效果，同时，还能使分散剂吸附在煤颗粒表面后，有效增加煤颗粒之间的空间位阻效应，抑制煤颗粒的聚团效应，改善煤颗粒的分散效果和稳定性；因此，将本发明制备得到的分散剂应用到水煤浆中后，能获得固含量在60％～70％之间，易流动、清洁且稳定的水煤浆，具有性能优良、性价比高的优点，完全符合国家水煤浆标准。

2.本发明中该分散剂的制备方法-先通过磺化反应，再通过交联反应即可制备获得，制备工艺简单、制备时间短，极大地节约了工艺的成本；同时，本发明还可以根据制浆用煤的性质不同，对木质素-腐殖酸基分散剂的合成工艺进行调控，通过调整投料比及反应条件控制分散剂的分子量与含氧官能团，使分散剂与制浆用煤达到最佳的适配度，制取满足不同煤种所需的水煤浆分散剂的需求；调控更加简单，更加适用于制备不同制浆用煤的使用需求。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为9的溶液中，其中木质素40重量份，腐殖酸40重量份。溶液加热至80℃，加入10重量份的亚硫酸钠，反应3h，反应结束后，逐滴加入甲醛，其中甲醛用量为10重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品A。

用样品A做制浆试验，制浆步骤如下：

(1)将试验煤样块煤破碎至2cm左右，置于鼓风干燥箱中在110℃下干燥4h；

(2)称量一定量烘干后的块煤于磨煤机中，磨制一定时间，通过磨煤质量计磨煤时间来调节煤粉粒度级配；(3)称取一定量煤粉、水和分散剂，设计好分散剂加入干基量，本发明中分散剂为水煤浆中干煤粉质量的0.5wt％，搅拌制浆；(4)采用Sartorius MA37红外快速水份测定仪进行煤浆固含量测定，采用NXS～4CP水煤浆黏度计测定黏度。

所得结果如表1所示。

表1

煤种

神华煤

黑山煤

转龙湾煤

黄陶煤

北山

牧场

成浆浓度

62.5

65

60

63.6

55.6

61.2

黏度mPa·s

670

680

760

620

880

420

流动性

较优

48h稳定性

无沉淀B类

实施例2

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为10的溶液中，其中木质素40重量份，腐殖酸40重量份。溶液加热至90℃，加入10重量份的氨基磺酸，反应3h，反应结束后，逐滴加入丙烯酰胺，其中丙烯酰胺用量为10重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品B。

用样品B做制浆试验，所得结果如表2所示。

表2

实施例3

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为10的溶液中，包括NaOH、KOH、Ca(OH)₂溶液，其中木质素40重量份，腐殖酸40重量份。溶液加热至90℃，加入10重量份的氯磺酸，反应3h，反应结束后，逐滴加入乙二醛，其中乙二醛用量为10重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品C。

用样品C做制浆试验，所得结果如表3所示。

表3

实施例4

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为10的溶液中，其中木质素40重量份，腐殖酸40重量份。溶液加热至90℃，加入15重量份的氨基磺酸，反应3h，反应结束后，逐滴加入二乙醇胺，其中二乙醇胺用量为5重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品D。

用样品D做制浆试验，所得结果如表4所示。

表4

实施例5

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为11的溶液中，其中木质素30重量份，腐殖酸50重量份。溶液加热至100℃，加入5重量份的氨基磺酸，反应3h，反应结束后，逐滴加入二乙醇胺，其中二乙醇胺用量为15重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品E。

用样品E做制浆试验，所得结果如表5所示。

表5

实施例6

一种木质素-腐殖酸基分散剂，其制备方法包括如下步骤：

将木质素与腐殖酸依次溶解到pH值范围为10的溶液中，其中木质素45重量份，腐殖酸30重量份。溶液加热至90℃，加入5重量份的氨基磺酸，反应3h，反应结束后，逐滴加入二乙醇胺，其中二乙醇胺用量为20重量份，滴加时间为1h。滴加完后保持温度不变，继续反应2h；反应结束后，冷却至室温，得到反应产物，标记为样品F。

用样品F做制浆试验，所得结果如表6所示。

表6

磺化剂氯磺酸、氨基磺酸和亚硫酸盐以及交联剂甲醛、乙二醛、丙烯酰胺、二乙醇胺等，可以有效改善木质素和腐殖酸的分子量或官能团含量，从而使分散剂吸附在煤颗粒表面后，有效增加煤颗粒之间的空间位阻效应，抑制煤颗粒的聚团效应，改善煤颗粒的分散效果和稳定性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种木质素-腐殖酸基分散剂，其特征在于，按照重量份数计，原料包括：

木质素 30~70份；

腐殖酸 30~70份；

磺化剂 1~30份；

交联剂 5~50份。

2.根据权利要求1所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂，其特征在于，所述木质素为30~50份，所述腐殖酸为30~50份，所述磺化剂为5~20份，所述交联剂为10~30份。

3.根据权利要求1或2所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂，其特征在于，所述磺化剂包括氯磺酸、氨基磺酸和亚硫酸盐中的一种或多种。

4.根据权利要求1~3任一项所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂，其特征在于，所述交联剂为甲醛、乙二醛、丙烯酰胺、二乙醇胺、环氧氯丙烷、二溴己烷、二氯己烷中的一种或多种。

5.如权利要求1~4任一项所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂的制备方法，其特征在于，所述起始原料的pH值为8~12。

7.根据权利要求5或6所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂的制备方法，其特征在于，所述磺化反应的温度为60~180℃，磺化反应的时间为2~6h；所述交联反应的温度为30~100℃，交联反应的时间为3~8h。

8.根据权利要求7所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂的制备方法，其特征在于，所述磺化反应温度为70~120℃，磺化反应时间为2~5h；所述交联反应温度为50~100℃，交联反应时间为3~6h。

9.如权利要求1~4任一项所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂或权利要求5~8所述的制备方法制备得到的一种木质素-腐殖酸基分散剂在水煤浆中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种应用，所述分散剂为水煤浆中干煤粉质量的0.1~0.6wt%。

11.一种复配有如权利要求1~4任一项所述的一种木质素-腐殖酸基分散剂或权利要求5~8所述的制备方法制备得到的一种木质素-腐殖酸基分散剂的萘系水煤浆添加剂、脂肪族水煤浆添加剂或木质素磺酸盐系水煤浆添加剂。