CN112920867B - 一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤化工领域，公开了一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用，该方法包括：将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌，得到水煤浆添加剂，其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为22‑29重量份，亚甲基二萘磺酸钠为25‑32重量份，可溶性壳聚糖为2‑4重量份，过硫酸钠为4‑7重量份，三聚磷酸钠为1‑3重量份，醋酸钠为1‑4重量份，水为34‑43重量份。本发明所述的水煤浆添加剂能有效提高水煤浆的浓度，并且水煤浆运行使用后能耗降低，增加产量，制备工艺简单，成本低廉。

Description

一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
水煤浆用于替代煤炭的燃烧，具有燃烧效益较高、降低环境污染、负荷调整便利、节省用煤和改善劳动条件等优点。水煤浆技术是一种高效安全、经济清洁、操作简单的洁净煤技术。
我国80％煤化工以水煤浆为原料，水煤浆气化时，一部分煤炭作为燃料，提供气化能量，另一部分则作为合成气的反应原料。现有工业化的水煤浆浓度基本都在60％(wt)左右，气化过程中，需要将水煤浆中大量的水分蒸发掉，水分蒸发会吸收气化炉内的热量，因此需要耗费更多的煤粉和氧气燃烧来维持气化炉内的煤气化反应温度，导致水煤浆气化技术整体效率普遍偏低，比煤耗、比氧耗偏高，有效气含量偏低，而一般水煤浆浓度提高1％(wt)，产量可以增加2-3％，因此提高水煤浆的浓度对煤化工意义重大。
目前，在国内煤浆提浓主要是通过增加超细磨设备提高煤浆浓度，使用超细磨设备提高煤浆浓度存在初期投资大、能耗多、维护成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的使用超细磨设备提高水煤浆浓度能耗多、维护成本高的问题，提供一种水煤浆添加剂及其制备方法和应用，该水煤浆添加剂能够明显提高水煤浆浓度。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种水煤浆添加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为22-29重量份，亚甲基二萘磺酸钠为25-32重量份，可溶性壳聚糖为2-4重量份，过硫酸钠为4-7重量份，三聚磷酸钠为1-3重量份，醋酸钠为1-4重量份，水为34-43重量份。
优选地，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为23-25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26-28重量份，可溶性壳聚糖为2.5-3重量份，过硫酸钠为5-6.5重量份，三聚磷酸钠为1.8-2.8重量份，醋酸钠为2-3.6重量份，水为35-39重量份。
优选地，所述加热的温度为35-45℃。
优选地，所述加热的时间为40-50min。
优选地，所述搅拌的速度为60-75rpm。
优选地，所述搅拌的温度为45-55℃。
优选地，所述搅拌的时间为100-120min。
本发明第二方面提供一种由上述方法制备得到的水煤浆添加剂。
本发明第三方面提供所述的水煤浆添加剂在制备水煤浆中的应用，所述水煤浆添加剂与原料煤的质量比为(0.015-0.019)：1。
优选地，所述水煤浆添加剂与原料煤的质量比为(0.016-0.0185)：1。
本发明所述的水煤浆添加剂，能够提高水煤浆浓度、稳定性以及降低粘度，制备工艺简单，成本低廉。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种水煤浆添加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为22-29重量份，亚甲基二萘磺酸钠为25-32重量份，可溶性壳聚糖为2-4重量份，过硫酸钠为4-7重量份，三聚磷酸钠为1-3重量份，醋酸钠为1-4重量份，水为34-43重量份。
在优选情况下，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为23-25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26-28重量份，可溶性壳聚糖为2.5-3重量份，过硫酸钠为5-6.5重量份，三聚磷酸钠为1.8-2.8重量份，醋酸钠为2-3.6重量份，水为35-39重量份。
在本发明中，所述加热的温度为35-45℃。具体地，所述加热的温度可以为35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃。
在本发明中，所述加热的时间为40-50min。具体地，所述加热的时间可以为40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min、49min或50min。
在本发明中，所述搅拌的速度为60-75rpm。具体地，所述搅拌的速度可以为60rpm、61rpm、62rpm、63rpm、64rpm、65rpm、66rpm、67rpm、68rpm、69rpm、70rpm、71rpm、72rpm、73rpm、74rpm或75rpm。
在本发明中，所述搅拌的温度为45-55℃。具体地，所述搅拌的温度可以为45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃或55℃。
在本发明中，所述搅拌的时间为100-120min。具体地，所述搅拌的时间可以为100min、101min、102min、103min、104min、105min、106min、107min、108min、109min、110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min或120min。
本发明第二方面提供一种由上述方法制备得到的水煤浆添加剂。
本发明第三方面提供以上所述的水煤浆添加剂在制备水煤浆中的应用，所述水煤浆添加剂与原料煤的质量比为(0.015-0.019)：1。
在优选情况下，所述水煤浆添加剂与原料煤的质量比为(0.016-0.0185)：1。
本发明制备所述的水煤浆添加剂的原料中各组分互相配合，使得本发明所述的水煤浆添加剂能有效提高水煤浆的浓度、稳定性以及降低粘度，并且水煤浆运行使用后能耗降低，增加产量，制备工艺简单，成本低廉。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为40℃，加热的时间为45min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为65rpm，搅拌的温度为55℃，搅拌的时间为100min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为24重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26.5重量份，可溶性壳聚糖为3重量份，过硫酸钠为6重量份，三聚磷酸钠为2.5重量份，醋酸钠为3重量份，水为35重量份。
实施例2
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为45℃，加热的时间为40min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为70rpm，搅拌的温度为50℃，搅拌的时间为113min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26重量份，可溶性壳聚糖为2.6重量份，过硫酸钠为6.3重量份，三聚磷酸钠为2.8重量份，醋酸钠为2.3重量份，水为35重量份。
实施例3
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为35℃，加热的时间为50min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为70rpm，搅拌的温度为50℃，搅拌的时间为110min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为23重量份，亚甲基二萘磺酸钠为27重量份，可溶性壳聚糖为2.5重量份，过硫酸钠为5重量份，三聚磷酸钠为1.9重量份，醋酸钠为2.5重量份，水为38.1重量份。
实施例4
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为42℃，加热的时间为43min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为60rpm，搅拌的温度为45℃，搅拌的时间为120min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为23重量份，亚甲基二萘磺酸钠为28重量份，可溶性壳聚糖为2.8重量份，过硫酸钠为5.5重量份，三聚磷酸钠为2.2重量份，醋酸钠为2.5重量份，水为36重量份。
实施例5
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为37℃，加热的时间为47min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为75rpm，搅拌的温度为52℃，搅拌的时间为105min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为24重量份，亚甲基二萘磺酸钠为27.5重量份，可溶性壳聚糖为2.5重量份，过硫酸钠为5.2重量份，三聚磷酸钠为1.8重量份，醋酸钠为3.2重量份，水为35.8重量份。
实施例6
将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热(加热的温度为42℃，加热的时间为40min)，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌(搅拌的速度为65rpm，搅拌的温度为48℃，搅拌的时间为115min)，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为24重量份，亚甲基二萘磺酸钠为27重量份，可溶性壳聚糖为2.6重量份，过硫酸钠为6.1重量份，三聚磷酸钠为2重量份，醋酸钠为2.1重量份，水为36.2重量份。
对比例1
按照实施例1所述的方法实施，与之不同的是，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为18.4重量份，亚甲基二萘磺酸钠为28重量份，可溶性壳聚糖为3重量份，过硫酸钠为6.1重量份，三聚磷酸钠为2.5重量份，醋酸钠为3重量份，水为39重量份，得到水煤浆添加剂。
对比例2
按照实施例1所述的方法实施，与之不同的是，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为31重量份，亚甲基二萘磺酸钠为25.5重量份，可溶性壳聚糖为2重量份，过硫酸钠为4重量份，三聚磷酸钠为1.5重量份，醋酸钠为2重量份，水为34重量份，得到水煤浆添加剂。
对比例3
按照实施例1所述的方法实施，与之不同的是，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为21.2重量份，可溶性壳聚糖为3重量份，过硫酸钠为6重量份，三聚磷酸钠为2.8重量份，醋酸钠为3重量份，水为39重量份，得到水煤浆添加剂。
对比例4
按照实施例1所述的方法实施，与之不同的是，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为22.5重量份，亚甲基二萘磺酸钠为33.5重量份，可溶性壳聚糖为2.5重量份，过硫酸钠为4.5重量份，三聚磷酸钠为2重量份，醋酸钠为1重量份，水为34重量份，得到水煤浆添加剂。
对比例5
按照实施例1所述的方法实施，与之不同的是，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26重量份，可溶性壳聚糖为0.5重量份，过硫酸钠为5.8重量份，三聚磷酸钠为2.5重量份，醋酸钠为3重量份，水为37.2重量份，得到水煤浆添加剂。
测试例1
采用内蒙古本地煤矿出产的煤作为原料煤，分别将实施例1-6与对比例1-5制备得到的水煤浆添加剂以及市售CWS108水煤浆添加剂与原料煤制备成水煤浆，水煤浆添加剂与原料煤的质量比为0.018:1，并设置空白对照组(即不添加水煤浆添加剂制备得到水煤浆)，按照《GB/T 18856.2-2008水煤浆试验方法》和《GB/T 18856.4-2008水煤浆试验方法》测量得到的水煤浆的浓度和粘度，并测量水煤浆的析水率,结果如表1所示。
析水率的测定方法如下：
将制备得到的水煤浆放入100ml的比色管中称得水煤浆的质量A，将其静置一段时间(h)，用胶头滴管吸出表面析水，称得其析水质量为B，按下式计算其析水率：
Figure BDA0002915390290000091
表1
Figure BDA0002915390290000092
Figure BDA0002915390290000101
通过表1的结果可以看出，本发明所述的水煤浆添加剂制备得到的水煤浆具有较高的浓度，较低的粘度和较好的稳定性。
测试例2
分别将实施例1与市售CWS108水煤浆添加剂制备得到的水煤浆运行相同的时间后，测量其相关工艺参数，结果如表2所示。
表2
项目 实施例1 CWS108水煤浆添加剂
CO+H<sub>2</sub>/％ 82.67 80.37
气化炉负荷m<sup>3</sup>/h 155.1 161.4
水煤浆产气量Nm<sup>3</sup>/m<sup>3</sup> 1074.5 1029.9
比煤耗kg/kNm<sup>3</sup> 510.0 533.5
比氧耗Nm<sup>3</sup>/kNm<sup>3</sup> 336.3 347.0
通过表2的结果可以看出，本发明实施例1所述的添加剂制备得到的水煤浆，有效气比例(CO+H2)增加2.3％，气化炉负荷降低6.3m3/h，水煤浆产气量增加44.6Nm3/m3，比煤耗降低23.5kg/kNm3，比氧耗降低10.7kg/kNm3。
测试例3
分别将实施例1与市售CWS108水煤浆添加剂制备得到的水煤浆运行相同的时间后，测量其煤质分析均值，结果如表3所示。
项目 实施例1 CWS108水煤浆添加剂
全水分/％ 11.50 11.51
空气干燥基水分/％ 2.52 2.29
空气干燥基挥发分/％ 30.22 30.81
空干基低位发热量/(cal/g) 5849.81 5945.75
通过表3的结果可以看出，本发明实施例1所述的添加剂制备得到的水煤浆，与CWS108水煤浆添加剂制备得到的水煤浆运行煤质分析均值相比，空干基低位发热量降低95.94cal/g。
测试例4
将实施例1与市售CWS108水煤浆添加剂制备得到的水煤浆运行相同的时间后，在净化合成气量保持不变的情况下，其效益参数如表4所示。
项目 实施例1 CWS108水煤浆添加剂
日均耗氧气/(Nm<sup>3</sup>/d) 1744841 1783054
日均耗原料煤/(t/d) 3272.5 3325.1
原煤平均热值/(cal/g) 5837.36 5945.75
日均耗标煤/(tce/d) 2728.9 2824.9
日均产粗甲醇(折醇)/(t/d) 2134.3 2101.2
氧气单耗/(Nm<sup>3</sup>/t) 856.080 873.539
标煤单耗/(tce/t) 1.339 1.384
通过表4的结果可以看出，本发明制备得到的水煤浆添加剂制备得到的水煤浆，相对于市售CWS108水煤浆添加剂制备得到的水煤浆，日均耗氧气降低38213Nm3/d，日均耗原料煤降低52.6t/d，原煤平均热值降低108.39cal/g，日均耗标煤降低96tce/d，日均产粗甲醇(折醇)增加33.1(t/d)，氧气单耗/降低17.459(Nm3/t)，标煤单耗降低0.0045(tce/t)。说明本发明所述的水煤浆添加剂能降低能耗，增加粗甲醇产量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种水煤浆添加剂在制备水煤浆中的应用，其特征在于，所述水煤浆添加剂与原料煤的质量比为(0.016-0.0185)：1；
其中，所述水煤浆添加剂的制备方法包括以下步骤：将木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖和过硫酸钠与水混匀，然后进行加热，接着加入三聚磷酸钠和醋酸钠，进行搅拌，得到水煤浆添加剂；
其中，以木质素磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、可溶性壳聚糖、过硫酸钠、三聚磷酸钠、醋酸钠和水的总重量为100重量份计，木质素磺酸钠为23-25重量份，亚甲基二萘磺酸钠为26-28重量份，可溶性壳聚糖为2.5-3重量份，过硫酸钠为5-6.5重量份，三聚磷酸钠为1.8-2.8重量份，醋酸钠为2-3.6重量份，水为35-39重量份；
所述加热的温度为35-45℃；
所述加热的时间为40-50min；
所述搅拌的速度为60-75rpm；
所述搅拌的温度为45-55℃；
所述搅拌的时间为100-120min。
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