CN112852512A - 一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法 - Google Patents

一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，先测量不同种类的添加剂在一定浓度下的表面张力，根据与水的表面张力的差值分为ABC三个等级；再测量不同添加剂溶液在煤表面的接触角，根据30秒内溶液在煤表面的接触角减小值大小分为ABC三个等级；取适量震荡后均匀分散煤粒的溶液，测量pH值为7时煤粒表面的Zeta值，根据与原煤表面的电位绝对值的差值分为ABC三个等级，根据前面的等级进行排序，选择选取前三个等级的添加剂进行制浆实验，对浆体进行定粘浓度S和析水率D测量，再次进行等级排序。本发明制定了一系列的参数标准，可判定不同添加剂的等级确定煤与添加剂的适应性，缩减判定实验流程，提高添加剂与煤之间的匹配性和匹配效率。

Description

一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法
技术领域
本发明涉及水煤浆制备技术领域，具体涉及一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法。
背景技术
我国是世界煤炭储量大国又是以煤为主能源的消耗大国，但是煤炭的使用带来很严重的环境污染问题。水煤浆作为一种新型环保的燃料在工业应用上表现出了很大的潜力。水煤浆是由煤、水和添加剂组成的煤基流体燃料和气化原料，可用于工业锅炉、窑炉和电站锅炉的燃烧发电或供气，亦可用于煤气化生产合成氨、甲醇、烯烃、油品和天然气等化工产品。研究浆体性能并获取优良浆体性能的水煤浆是发展洁净煤技术的必然选择。
水煤浆添加剂是影响浆体性能最重要的影响因素。由于煤的大分子结构的复杂性，使得添加剂和煤种的匹配难度增大，提升浆体性能困难。目前水煤浆的研究中最大的困难是添加剂与煤适应性研究，不同结构的添加剂对浆体性能影响不同。在以前的研究中，通过制浆实验判定添加剂与煤的匹配性，这种方法缺乏针对性，操作复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，包括以下步骤：
步骤一：将不同种类的添加剂分别配制成一定浓度的溶液，室温下测量不同溶液的表面张力，通过常温下水的表面张力减去溶液表面张力得到差值M，按照以下标准排列等级：A：M>20mN/m；B：10<M<20mN/m；C：M<10mN/m；
步骤二：测量步骤一配制的不同添加剂溶液在煤表面的接触角，并测量在30秒内，溶液在煤表面的接触角减小值N，按照以下标准排列等级：A：N>20°；B：10°<N<20°；C：N<10°；
步骤三：将适量煤粉分别置于一定体积的步骤一配制的样品溶液中震荡吸附，取适量震荡后均匀分散煤粒的溶液，测量pH值为7时煤粒表面的Zeta值，测量绝对值减去原煤表面的电位绝对值记为Z，按照以下标准排列等级：A：Z>35；B：15<Z<35；C：Z<15；
步骤四：按照步骤一至步骤三中不同添加剂的等级进行排序：一级：AAA；二级：AAB、ABA、BAA；三级：ABB、BAB、BBA、AAC、ACA、CAA、；四级：BBB及低于BBB；
步骤五：按照步骤四中确定的等级，选取处于前三个等级内的添加剂分别进行干粉制浆实验，对浆体进行定粘浓度S和析水率D测量，分别对这两项性能等级进行排序：定粘浓度S：A：S>65％；B：61％<S<65％；C：S<61％；析水率D：A：D<3％；B：3％<D<5％；C：D>5％；
步骤六：根据步骤五的测试结果，选择工艺所需要的添加剂。
优选的，步骤一中，表面张力的测量采用悬滴法。
优选的，步骤一中，所述添加剂为萘系、木质素系、脂肪族系、腐殖酸系、三聚氰胺系水煤浆添加剂中的至少三种。
优选的，步骤三中，所述煤粉的粒径为小于200目。
优选的，步骤三中，震荡转速为160-220r/min，吸附时间为6-8h。
与现有技术相比，本发明通过测量溶液表面张力、接触角等方法，制定一系列的参数标准，判定不同添加剂的等级确定煤与添加剂的适应性，缩减判定实验流程，提高添加剂与煤之间的匹配性和匹配效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
步骤一：分别配制5000mg/L的萘系(萘磺酸甲醛缩合物)、木质素系(木质素磺酸盐)、脂肪族系(磺化醛酮缩聚物)、腐植酸系(腐殖酸盐)添加剂溶液，依次记作1号样品溶液、2号样品溶液、3号样品溶液、4号样品溶液。采用悬滴法测量上述四种不同溶液室温下的表面张力并按照等级排序，结果如表1所示。室温下水的表面张力值取72mN·m-1。
表1
Figure BDA0002893482890000021
Figure BDA0002893482890000031
步骤二：分别测量5000mg/L的1、2、3、4号样品溶液在煤样1(神华煤)和煤样2(神府煤)表面的接触角，在30s内测量其接触角减小值，结果如表2、表3所示。
表2
煤样1接触角减小值N(°) 等级
样品1 22.13 A
样品2 13.34 B
样品3 29.13 A
样品4 11.25 B
表3
煤样2接触角减小值N(°) 等级
样品1 20.08 A
样品2 15.61 B
样品3 19.35 B
样品4 9.66 C
步骤三：将0.5g煤粉(空气干燥基，粒径小于200目)置于25mL的浓度为5000mg/L的样品溶液中以200r/min的转速震荡吸附7h，取适量震荡后均匀分散煤粒的溶液，测量pH值为7时煤粒表面的Zeta值，并记录测量绝对值减去原煤表面的电位绝对值的差值，结果如表4、表5所示。
表4
Figure BDA0002893482890000032
Figure BDA0002893482890000041
表5
煤样2Zeta(mv) 绝对值差值Z 等级
样品1 -54.08 28.47 B
样品2 -61.13 35.52 A
样品3 -59.81 34.2 B
样品4 -35.64 10.03 C
神府原煤 -25.61. / /
步骤四：将步骤一、二、三中不同添加剂所测等级进行排序，结果如表6、表7所示。在步骤二中接触角一分钟之内减小的程度越大，代表其在煤表面的铺展能力越好，能起到更好的润湿效果和吸附效果，对于减小水煤浆的黏度具有很好的促进作用，步骤三中，电位绝对值越大对提升水煤浆的稳定性帮助越大。
表6
煤样1 等级
样品1 BAB 三级
样品2 ABA 二级
样品3 BAA 二级
样品4 BBC 四级
表7
煤样2 等级
样品1 BAB 三级
样品2 ABA 二级
样品3 BBB 四级
样品4 BCC 四级
步骤五：选取1号样品、2号样品、3号样品，分别对煤样1进行干粉制浆实验；选取1号样品、2号样品，分别对煤样2进行干粉制浆实验，固定煤粉含量为100g，添加剂的添加量为0.3％(占干基比例)。测量剪切速率为100S-1，粘度为1000mPa·S条件下水煤浆的定粘浓度S；将浆体静置七天测量其析水体积，计算析水率D(D＝V1/V2×100％；V1：析出的水体积，V2：水煤浆总体积)；结果如表8、表9所示；
表8
煤样1定粘浓度S 煤样1析水率D 等级
样品1 65.3％ 2.84％ AA
样品2 64.89％ 2.33％ BA
样品3 63.29％ 10.13％ BC
表9
煤样2定粘浓度S 煤样2析水率D 等级
样品1 65.56％ 2.91％ AA
样品2 64.6％ 4.17％ BB
步骤六：选取1号样品作为煤样1和煤样2的制浆用添加剂。定粘浓度S达到A等级的添加剂可以针对性地提浓和降粘。析水率D达到A或者B等级的添加剂可以帮助提高浆体的储存和运输的稳定性。

Claims (5)

1.一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将不同种类的添加剂分别配制成一定浓度的溶液，室温下测量不同溶液的表面张力，通过常温下水的表面张力减去溶液表面张力得到差值M，按照以下标准排列等级：A：M>20mN/m；B：10<M<20mN/m；C：M<10mN/m；
步骤二：测量步骤一配制的不同添加剂溶液在煤表面的接触角，并测量在30秒内，溶液在煤表面的接触角减小值N，按照以下标准排列等级：A：N>20°；B：10°<N<20°；C：N<10°；
步骤三：将适量煤粉分别置于一定体积的步骤一配制的样品溶液中，室温下震荡吸附，取适量震荡后均匀分散煤粒的溶液，测量pH值为7时煤粒表面的Zeta值，测量绝对值减去原煤表面的电位绝对值记为Z，按照以下标准排列等级：A：Z>35；B：15<Z<35；C：Z<15；
步骤四：按照步骤一至步骤三中不同添加剂的等级进行排序：一级：AAA；二级：AAB、ABA、BAA；三级：ABB、BAB、BBA、AAC、ACA、CAA、；四级：BBB及低于BBB；
步骤五：按照步骤四中确定的等级，选取处于前三个等级内的添加剂分别进行干粉制浆实验，对浆体进行定粘浓度S和析水率D测量，分别对这两项性能等级进行排序：定粘浓度S：A：S>65％；B：61％<S<65％；C：S<61％；析水率D：A：D<3％；B：3％<D<5％；C：D>5％；
步骤六：根据步骤五的测试结果，选择工艺所需要的添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，其特征在于，步骤一中，表面张力的测量采用悬滴法。
3.根据权利要求1所述的一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，其特征在于，步骤一中，所述添加剂为萘系、木质素系、脂肪族系、腐殖酸系、三聚氰胺系水煤浆添加剂中的至少三种。
4.根据权利要求1所述的一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，其特征在于，步骤三中，所述煤粉的粒径为小于200目。
5.根据权利要求1所述的一种快速匹配煤种制备高性能水煤浆的方法，其特征在于，步骤三中，震荡转速为160-220r/min，吸附时间为6-8h。
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