CN114395372A - 一种无氯环保煤炭输送防冻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无氯环保煤炭输送防冻剂及其制备方法，其组分包括乙二醇、无机降凝剂、羟乙基纤维素、苯并三氮唑、硼砂和水，本发明还提供了该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法。本发明以乙二醇、醋酸盐(或醋酸盐、尿素、甲酸钠的混合调配物)为降凝剂，羟乙基纤维素为增稠剂、苯并三氮唑为缓蚀剂、硼砂为防锈剂，采用本发明的制备方法，制得的煤炭输送防冻剂质地均一，低温性能稳定，挂壁性能适宜，防冻性能长久，且防腐性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭输送领域，具体涉及一种无氯环保煤炭输送防冻剂及其制备方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭产销国，煤炭资源富集在中西部区域，需要通过铁路运输到东部沿海地区。然而，煤炭含有一定的水分，特别是洗选后的煤炭残余水分通常8-15％，寒冷的冬季，未使用防冻剂时冻煤量约占每节车厢装煤量的7-14％，被冻结的煤难以卸载，造成压车，压线或压港的问题，影响正常生产和车皮周转，经济损失极为严重。
目前，我国各煤矿企业采用氯化钙型防冻剂降低煤与车厢壁接触区的冰点，缓解冬季煤炭运输的冻煤问题，这种防冻剂含有大量的氯元素，按照现在的喷洒工艺和喷洒量，每节车厢煤炭装载量60吨计算，防冻剂对煤炭氯含量贡献值为0.2‰，直接导致商品煤氯含量超标，含氯煤在利用过程中也会产生氯化氢气体，危害人体健康，加速储存和喷洒等设备腐蚀，另外，氯盐稀释液粘度低，附着力弱，煤炭冻结效率低下。因此，设计开发无氯，低凝，黏度适宜和优良防腐性能的煤炭输送防冻剂显得尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种无氯环保煤炭输送防冻剂。
根据本发明实施例的一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其组分及其质量份数为：
当应用的环境温度为-40～-25℃时，该防冻剂的组分及其质量份数为：乙二醇：18-20份，无机降凝剂：30-35份，羟乙基纤维素：0.01-0.02份，苯并三氮唑：0.15-0.3份，硼砂：0.05-0.1份，水：45-50份；
当应用的环境温度为0～-25℃时，该防冻剂的组分及其质量份数为：乙二醇：15-18份，无机降凝剂：25-30份，羟乙基纤维素：0.02-0.03份，苯并三氮唑：0.3-0.4份，硼砂：0.1-0.2份，水：52-60份。
在本发明的一些实施例中，该无机降凝剂为醋酸盐。具体地，所述的醋酸盐为醋酸钾或醋酸钠中的一种或两种。
在本发明的一些实施例中，该无机降凝剂为醋酸盐、尿素、甲酸钠的混合物。当应用的环境温度为-40～-25℃时，三者的质量份数比为：醋酸盐：尿素：甲酸钠＝(15-20)：
(40-45)：(35-45)；当应用的环境温度为0～-25℃时，三者的质量份数比为：醋酸盐：尿素：甲酸钠＝(5-10)：(45-48)：(42-50)。具体地，所述的醋酸盐为醋酸钾或醋酸钠中的一种或两种。
在本发明的一些实施例中，羟乙基纤维素满足如下黏度规格的要求：2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度范围25-450mpa·s。
本发明所述防冻剂组分不使用含氯成分，防冻剂中的无机降凝组分选择弱碱性物质，减少煤炭运输过程吸湿效应，有机降凝组分乙二醇具有适宜的黏度，性能稳定不易挥发，与缓蚀剂苯并三氮唑有良好的溶解性能，对羟乙基纤维素具有良好的分散效果，在防冻剂制备和喷洒过程能够有效抑制泡沫生成。羟乙基纤维素增稠剂的添加进一步提高防冻剂挂壁性能，显著延长煤炭输送防冻的效果，针对上述降凝和增稠体系调配的苯并三氮唑和硼砂大大提高防冻剂的缓蚀和防锈性能。
本发明还提供了上述无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)5-20℃，600-800rpm下搅拌乙二醇，缓慢添加苯并三氮唑，添加后持续搅拌5-10min，再将羟乙基纤维素缓慢倒入乙二醇和苯并三氮唑的混合溶液中充分分散20-40min，得分散液，备用；
(2)5-20℃，将水在1000-1500rpm下搅拌2-5min，将步骤(1)制得的分散液缓慢倒入水中，继续1000-1500rpm搅拌10-20min后，梯级升温，搅拌速率保持1000-1500rpm，升温至20℃，恒温5-10min，然后升温至30℃，恒温5-10min，温度达到40℃后恒温30min-50min后将溶液静置5-10min；
(3)将无机降凝剂、硼砂依次加入步骤(2)制得的分散液中，室温1000-1500rpm搅拌30-60min后常温静置存放，即得。
在一些实施例中，步骤(2)的梯度升温的升温速率3-5℃/min。
本发明还提供了上述无氯环保煤炭输送防冻剂在低温煤炭运输中的应用。
在一些实施例中，所述低温为0～-40℃。
在一些实施例中，所述低温为-40～-25℃。
本发明的优点和有益效果为：
(1)本发明以乙二醇、醋酸盐(或醋酸盐、尿素、甲酸钠的混合调配物)为降凝剂，羟乙基纤维素为增稠剂、苯并三氮唑为缓蚀剂、硼砂为防锈剂，采用本发明的制备方法，制得的煤炭输送防冻剂质地均一，低温性能稳定，挂壁性能适宜，防冻性能长久，且防腐性能优异。
(2)本发明制备过程中，通过控制制备温度，搅拌速率、程序升温、恒定时间以及先后添加顺序调控等，使配方中的增稠剂与其它成分形成均一稳定相，最终形成无氯高效的煤炭输送防冻剂产品，解决了增稠剂制备过程易团聚形成絮状沉淀的问题。
(3)本发明降凝组分为无氯盐，大大降低了缓蚀剂用量。
(4)本发明无氯环保煤炭输送防冻剂具有无污染，无毒性，工艺简单，使用方便，环保高效，对煤质无影响的特点。
附图说明
图1为实施例1制备的防冻剂产品外观图，质地均一，清澈透明。
图2为对比例1制备的防冻剂产品外观图，呈现白色絮状沉淀。
图3为对比例2和对比例3防冻剂产品外观图；其中左侧为对比例2，呈现白色絮状沉淀；右侧为对比例3，呈现白色聚合沉淀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，醋酸钾：32份，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度25-150mpa·s)：0.02份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.73份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)15℃，800rpm下搅拌乙二醇，缓慢添加苯并三氮唑，添加后持续搅拌5min，再将羟乙基纤维素缓慢倒入乙二醇和苯并三氮唑的混合溶液中充分分散30min，备用；
(2)10℃，将水在1000rpm下搅拌2min，将步骤(1)的分散液缓慢倒入水中，继续1000rpm搅拌20min后，梯级升温，升温速率5℃/min，搅拌速率1000rpm，升温至20℃，恒温5min，然后升温至30℃，恒温5min，温度达到40℃后恒温30min后将溶液静置10min。
(3)将醋酸钾、硼砂依次加入步骤(2)分散液中，室温1200rpm搅拌30min，常温下静置存放，即得。
实施例2
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，醋酸钾：32份，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度250-450mpa·s)：0.02份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.73份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法与步骤同实施例1。
实施例3
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，无机降凝剂：32份(内含醋酸钾、尿素、甲酸钠，三者质量比为：15:40:45)，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度25-150mpa·s)：0.01份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.74份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法与步骤同实施例1。
实施例4
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：15份，醋酸钠：30份，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度25-150mpa·s)：0.02份，苯并三氮唑：0.30份，硼砂：0.1份，水54.48份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法与步骤同实施例1。
对比例1
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，醋酸钾：32份，羟丙基纤维素：0.02份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.73份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法与步骤同实施例1。
对比例2
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，醋酸钾：32份，果胶：0.02份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.73份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法与步骤同实施例1。
对比例3
一种无氯环保煤炭输送防冻剂，该防冻剂的组分及其质量为：
乙二醇：20份，醋酸钾：32份，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度25-150mpa·s)：0.02份，苯并三氮唑：0.15份，硼砂：0.1份，水47.73份。
该无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)室温下，800rpm下搅拌乙二醇，缓慢添加苯并三氮唑，添加后持续搅拌5min，将羟乙基纤维素缓慢倒入乙二醇和苯并三氮唑的混合溶液中充分分散30min，备用；
(2)室温下，将水在200rpm下搅拌2min，将步骤(1)的分散液倒入水中，继续200rpm搅拌20min后将溶液静置10min；
(3)将醋酸钾、硼砂依次加入步骤(2)分散液中，室温1200rpm搅拌30min，静置存放，即得。
对比例4
乙二醇：20份，无水氯化钙：32份，羟乙基纤维素(2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度25-150mpa·s)：0.02份，苯并三氮唑：0.4份，硼砂：0.25份，水47.33份。
其制备方法与步骤同实施例1。
实施效果
(1)产品外观特性
实施例1-4防冻剂产品质地稳定均一，清澈透明，图1为实施例1制备的防冻剂产品外观图，常温或-30℃放置15天依然质地均一，清澈透明，(外观与图1基本相同)。实施例2-4制备的防冻剂产品同样质地稳定均一，清澈透明，常温或-30℃放置15天依然质地均一，清澈透明，(外观图与图1基本相同)。而对比例1羟丙基纤维素或对比例2果胶作为增稠剂导致防冻剂产品出现絮状沉淀，不能制备均一相态产品，外观如图2和图3(左)所示；另外，对比例3羟乙基纤维素增稠剂在水中的分散过程，即步骤(2)是在室温下进行，没有程序升温过程，且步骤(2)搅拌速度缓慢，导致产品出现浑浊沉淀，外观如图3(右)所示。将对比例1-3制备的防冻剂产品在常温或-30℃放置15天依然呈现沉淀状态。
(2)对上述实施例1-4和对比例4的煤炭输送防冻剂进行冰点、黏度、pH值、防锈性能、氯含量、低温稳定性、金属腐蚀性的测试，结果见表1，实施例1-4和对比例4的煤炭输送防冻剂具有优良的低温性能和稳定性能，黏度适宜。另外，不同黏度规格的羟乙基纤维素在本发明的添加范围内对防冻剂整体黏度的影响不大。
与对比例4有氯防冻剂相比，实施例1-3缓蚀剂和防锈剂添加量降低60％，实施例4缓蚀剂降低25％，防锈剂降低60％。另外，实施例1-4均呈现出良好的金属腐蚀性能和防锈性能，可有效降低设备的维护和保养成本。
表1煤炭输送防冻剂性能指标
(3)在神东洗选中心进行了煤炭输送防冻液工业应用验证，列车为C80铝合金车皮，54节编组，此次终点天津港码头，2天到站后翻车卸煤，卸完一列约1小时，以沿途最低温度为参照依据，温度范围-15～-27℃，一列喷洒本发明实施例1的无氯环保煤炭输送防冻剂，另一列喷洒煤炭企业常规使用的氯化钙防冻剂对比例4，两种防冻剂的用量均为5kg/吨煤，工业验证试验结果如下：
表2不同防冻剂体系卸车情况与煤发热量
| 编号 | 冻煤情况 | 煤发热量 |
| 无防冻剂 | 粘车严重 | 6609 |
| 实施例1 | 卸车顺利 | 6790 |
| 对比例4 | 卸车顺利 | 6754 |
从上述对比实验数据可以看出，由于实施例1和对比例4均具有较低的冰点和适宜的黏度，因此，二者的防冻效果良好，列车卸车均较为顺利，从长远来看，实施例1无氯环保煤炭输送防冻剂腐蚀性能更低，对钢的腐蚀性仅为对比例4的十分之一，对铜和铝的腐蚀性也仅为对比例4的百分之三，对火车车皮，铁轨以及运输沿线生态环境更加友好，无氯环保型产品是未来煤炭输送防冻剂的必然选择。另外，喷洒防冻剂的煤炭热值略有提高，这是防冻剂自身有机组分燃烧放热所致，总体来讲，防冻剂的引入不会影响煤炭自身燃烧的热值释放。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：其组分及其质量份数为：
当应用的环境温度为-40～-25℃时，该防冻剂的组分及其质量份数为：乙二醇：18-20份，无机降凝剂：30-35份，羟乙基纤维素：0.01-0.02份，苯并三氮唑：0.15-0.3份，硼砂：0.05-0.1份，水：45-50份；
当应用的环境温度为0～-25℃时，该防冻剂的组分及其质量份数为：乙二醇：15-18份，无机降凝剂：25-30份，羟乙基纤维素：0.02-0.03份，苯并三氮唑：0.3-0.4份，硼砂：0.1-0.2份，水：52-60份。
2.根据权利要求1所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：所述无机降凝剂为醋酸盐。
3.根据权利要求2所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：所述醋酸盐为醋酸钾或醋酸钠中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：所述无机降凝剂为醋酸盐、尿素和甲酸钠的混合物。
5.根据权利要求4所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：当应用的环境温度为-40～-25℃时，三者的质量份数比为：醋酸盐：尿素：甲酸钠＝(15-20)：(40-45)：(35-45)；当应用的环境温度为0～-25℃时，三者的质量份数比为：醋酸盐：尿素：甲酸钠＝(5-10)：(45-48)：(42-50)。
6.根据权利要求5所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：所述醋酸盐为醋酸钾或醋酸钠中的一种或两种。
7.根据权利要求1-6任一项所述一种无氯环保煤炭输送防冻剂，其特征在于：羟乙基纤维素满足如下黏度规格的要求：2％羟乙基纤维素溶液25℃黏度范围25-450mpa·s。
8.权利要求1-7任一项所述无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)5-20℃，600-800rpm下搅拌乙二醇，添加苯并三氮唑，添加后持续搅拌5-10min，再将羟乙基纤维素倒入乙二醇和苯并三氮唑的混合溶液中充分分散20-40min，得分散液，备用；
(2)5-20℃，将水在1000-1500rpm下搅拌2-5min，将步骤(1)制得的分散液倒入水中，继续1000-1500rpm搅拌10-20min后，梯级升温，搅拌速率保持1000-1500rpm，升温至20℃，恒温5-10min，然后升温至30℃，恒温5-10min，温度达到40℃后恒温30min-50min后将溶液静置5-10min；
(3)将无机降凝剂、硼砂依次加入步骤(2)制得的分散液中，室温1000-1500rpm搅拌30-60min后常温静置存放，即得。
9.根据权利要求8所述无氯环保煤炭输送防冻剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)的梯度升温的升温速率3-5℃/min。
10.权利要求1-7任一项所述无氯环保煤炭输送防冻剂在低温(-40～-25℃)煤炭运输中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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