生物質(zhì)水煤漿流變特性研究

煤質(zhì)技術(shù)全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《cAcD規范)執行優(yōu)秀期刊生物質(zhì)水煤漿流變特性研究鄧暉,羅祖云,林榮英,林誠(福州大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)研究所,福建福州350108)摘要:以福建無(wú)煙煤、水葫蘆、添加劑等制備生物質(zhì)水煤漿,研究了其流變特性。結果表明:添加3%~3.5%的水葫蘆及1%的分散劑制得的生物質(zhì)水煤漿粘度在0.8~1.2Pa·s之l穩定性較好。生物質(zhì)含量提高,生物質(zhì)水煤漿的粘度逐漸上升;分散劑含量為1%時(shí),能夠制得流變性較佳的生物質(zhì)水煤漿;攪拌強度的増加能夠使生物質(zhì)水煤漿的粘度降低;當溫度低于60℃時(shí)生物質(zhì)水煤漿的粘度隨溫度升高而下降;當溫度高于60℃時(shí),生物質(zhì)水煤漿的粘度隨溫度升高而上升。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)水煤漿;流變特性;無(wú)煙煤;水葫蘆;分散劑中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:1006702(2010)03087405隨著(zhù)石油、天然氣資源的急劇減少,開(kāi)發(fā)以煤目前文獻上查到劉世義提出的生物質(zhì)水煤漿是利代油的新型潔凈燃料已成為大勢所趨。目前世界用工業(yè)上的污泥制煤漿,還沒(méi)有利用水葫蘆、秸稈各國開(kāi)發(fā)研制煤漿燃料,主要種類(lèi)有:油煤漿、水煤等生物質(zhì)制備生物質(zhì)煤漿的研究報道。漿,油水煤漿,甲醇煤漿,生物質(zhì)水煤漿。已開(kāi)發(fā)的考察了不同的煤種、分散劑種類(lèi)及添加量、攪拌強各種煤漿一般都選用揮發(fā)分含量高、活性好的煤,度和溫度等因素對生物質(zhì)水煤漿流變特性的影響,以文獻上查到的生物質(zhì)水煤漿是劉世義提出的利期制得粘度適中穩定性良好的生物質(zhì)水煤漿用工業(yè)上的污泥制煤漿福建煤炭?jì)α?8%均為揮發(fā)分低、灰熔點(diǎn)低、1實(shí)驗部分著(zhù)火點(diǎn)高燃燒性差、粉碎性強的低活性無(wú)煙煤,限1.1樣品制備制了其在福建省氮肥、水泥、陶瓷、玻璃建材等工試驗煤樣采用福建3種不同產(chǎn)地的無(wú)煙煤:大業(yè)中的直接應用。如何合理并有效地利用這些劣田無(wú)煙煤(Dr)、永安無(wú)煙煤(YA)、龍巖無(wú)煙煤質(zhì)煤,對發(fā)展福建地方經(jīng)濟乃至中國經(jīng)濟和環(huán)境保(LY),煤樣的工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1。試驗選護都具有十分重要的意義。另外以生物質(zhì)作為新用3種陰離子分散劑:聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、亞甲能源的研究工作當前已成為國內外研究熱點(diǎn),也是基萘磺酸鹽甲醛縮合物(NSF)、木質(zhì)素磺酸鈉國家的發(fā)展戰略之一,生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)則被(LS)。水葫蘆在120℃下干燥24h通過(guò)德國IKA認作是最有效的減碳手段,被列為“世界十大害草”A11分析研磨機研磨,所得水葫蘆粉狀物作為生物之一的水生植物——水葫蘆還亟待能源開(kāi)發(fā)化利質(zhì)。將無(wú)煙煤用球磨機研磨至粒度小于0.075mm用。因此。提出利用水葫蘆、福建無(wú)煙煤以及其它占75%,稱(chēng)取無(wú)煙粉煤55%(質(zhì)量分數),分散劑用助劑制備新型生物質(zhì)水煤漿,作為重油的替代品用量為整個(gè)試樣的1%,將生物質(zhì)按整個(gè)試樣的于燃燒,以降低燃料成本,既提髙無(wú)煙煤的燃燒活2.5%、3%3.5%摻入,其余為水,恒溫25℃,攪拌性又降低煤的用量,并且充分利用了生物質(zhì)資源。速率為1200r/min,攪拌時(shí)間為10min,制得生物質(zhì)收稿日期:2010-03-30基金項目:福建省科技廳青年人才項目資助(20063070)作者簡(jiǎn)介:鄧暉(1983-)男,福建三明人,碩士研究生主要從事可再生資源開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究。Emol:penghu30@hotmail.com;通訊作者林榮英,Emol: lindy@ tzu.edu質(zhì)技術(shù)水煤漿。表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析/元素分析/%煤種72.103.4473.3291713.722.4880.980.085.880.80采用美國麥克ASAP020MP物理吸附分析儀,2.1煤種對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響利用不同相對壓力條件下對應的吸附氣體的體積在3種福建無(wú)煙煤中,分別以占整個(gè)樣品數據,可以計算出煤樣的比表面積以及孔徑分布2.5%3%3.5%、4%4.5%的比例添加生物質(zhì),添等。比表面積用BET方法計算孔體積用BH法計加1%分散劑和55%煤粉,其余為水制備生物質(zhì)水算孔體積-孔徑分布用DFT密度函數方法2。結煤漿,可得不同煤種與生物質(zhì)水煤漿粘度的關(guān)系,果見(jiàn)表2如圖1所示。圖(a)中DT煤與YA煤所得生物質(zhì)水煤漿粘度相差不大,而LY煤較另外2種無(wú)煙煤表2比表面與孔徑分析結果所得粘度小;圖(b)中DT煤與YA煤所得生物質(zhì)水煤漿粘度仍然相近,且3種無(wú)煙煤在生物質(zhì)含量為單點(diǎn)比表面積/(m2·g1)282.98239.666.641713.5%時(shí)所得生物質(zhì)水煤漿粘度相近,但是當生物吸附平均孔徑寬度/m2.15872.28374.8057質(zhì)含量繼續上升時(shí),LY煤明顯小于另外2種無(wú)1.2性能測試煙煤。試驗采用NXS-11A旋轉粘度計測試生物質(zhì)水總之,在生物質(zhì)含量為2.5%時(shí),不同的福建無(wú)煤漿的表觀(guān)粘度值來(lái)表征生物質(zhì)水煤漿的流變特煙煤制得的生物質(zhì)水煤漿的粘度相近;當生物質(zhì)含性。測試條件為恒溫25℃,穩定10min后,每隔量為3%-35%時(shí),制得的生物質(zhì)水煤漿粘度在i錄1個(gè)數據最后取平均值作為生物質(zhì)水煤0.8-1.2Pa·之間,且穩定性較好;生物質(zhì)水煤漿漿粘度值。粘度隨生物質(zhì)含量的增加而上升。在不同分散劑作用下,LY煤制備的生物質(zhì)水煤漿表觀(guān)粘度均2結果分析與討論較低。一D→YA-+YA-LYLY02.53.03.54.04.55.0生物質(zhì)含量生物質(zhì)含量偉%(a)分散劑:NSF(b)分散劑:LS圖1不同煤種類(lèi)與生物質(zhì)水煤漿粘度的關(guān)系圖文獻[3]指出:若煤具有較大的比表面積、孔徑相差不大其中的O/C的差值在3%~5%。但是根和豐富的微孔、較大的微孔體積,會(huì )導致水煤漿分散據表2可知LY煤比表面積遠遠小于另外2種無(wú)煙體系中的水向煤微孔進(jìn)行深層次的滲透和毛細管凝煤,因此在相同配比條件下,LY煤制備的生物質(zhì)水煤聚作用,使分散體系中的流動(dòng)水減少,對水煤漿的成漿粘度均小于DT煤及YA煤。漿難易產(chǎn)生重要影響。由表1可知,3種無(wú)煙煤煤質(zhì)煤質(zhì)技術(shù)全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)接心期刊《CACD規范》執行優(yōu)秀期刊22分散劑種類(lèi)對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響小為IS>NSF>PSS。對于YA煤如圖(b)所示,生在3種福建無(wú)煙煤中,分別以占整個(gè)實(shí)樣25%、物質(zhì)含量在25%~35%之間時(shí),采用不同分散劑制3%35%4%45%的比例添加生物質(zhì),添加1%分得的生物質(zhì)水煤漿粘度相近,當生物質(zhì)含量繼續上升散劑和55%煤粉,其余為水制備生物質(zhì)水煤漿,可得時(shí),用PSS作分散劑制得的生物質(zhì)水煤漿粘度大于不同分散劑種類(lèi)與生物質(zhì)水煤漿粘度關(guān)系如圖2所采用其他2種分散劑時(shí)的粘度。由于煤漿的合適粘示。以D煤與LY煤為例,如圖(a)(c)所示,可以看度為08~1.2Pa·s,因此PSS作為分散劑對福建無(wú)出使用不同分散劑制備的生物質(zhì)水煤漿粘度由大到煙煤制備生物質(zhì)水煤漿的分散效果是最佳的。2.50→PSSL.2,00-LSe1.500.0.203.0400.9生物質(zhì)含量/%生物質(zhì)含量/50生物含羅圖2不同分散劑種類(lèi)與生物質(zhì)水煤漿粘度關(guān)系圖分散劑對水煤漿的分散降黏機理主要是由于好,所制成的生物質(zhì)水煤漿表觀(guān)粘度的差異主要是分散劑分子在煤粒表面吸附,吸附的分散劑分子使來(lái)源于分散劑種類(lèi)的影響。煤表面靜電斥力升高,并在煤表面形成一定的空間23分散劑含量對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響位阻此雙重作用導致了煤顆粒的分散。文獻[5以DT煤為實(shí)驗煤樣,生物質(zhì)含量3%,分散劑6]認為,水煤漿分散劑分子量的大小對其分散降含量為0.5%、0.75%、1%、1.25%、15%制備生物黏能力影響很大。較高的分子量,在煤顆粒表面吸質(zhì)水煤漿為例,可得出分散劑含量對生物質(zhì)水煤漿附時(shí)產(chǎn)生的空間位阻較大,因此分散降黏能力高;的影響,如圖3所示。分子量較低時(shí),如果磺酸基和羧基含量相對較高,在煤表面吸附產(chǎn)生的靜電斥力較大,因此摻量較高時(shí)也具有較優(yōu)的分散降黏能力;如果分子量較低且磺酸基含量也較低時(shí),其在煤粒表面難以吸附,在煤表面產(chǎn)生空間位阻和靜電斥力的作用都較弱,因0.60此分散降黏能力較差。0.20煤種:Dr:生物質(zhì)量:3木質(zhì)素磺酸鈉是一種具有多芳環(huán)結構、酚基和0.300.600.901,201.50羥基的陰離子型表面活性劑,普通的木質(zhì)素磺酸鹽散劑含量分子質(zhì)量約為4000分散效果不及芳環(huán)甲醛縮合圖3分散劑含量對生物質(zhì)水煤漿的影響物類(lèi)表面活性劑,并且不穩定,但價(jià)廉。萘系磺酸類(lèi)分散劑與非離子型分散劑相比,價(jià)廉易得,分由圖3可知生物質(zhì)水煤漿的粘度隨分散劑用量的增加而降低。當分散劑NSF及IS含量低于散降粘效果尚佳其目前分子量比早期產(chǎn)品有很大0.5%時(shí),所制備的生物質(zhì)水煤漿粘度大且成漿困提高,有的可達1000右。聚苯乙烯磺酸鈉難。PSS為分散劑時(shí),所制備的生物質(zhì)水煤漿粘度(RS)是-種陰離子型高分子分散劑,它的分子量相差不大,且粘度均較低。但S價(jià)格遠大于NSF一般為15000~2000,加入量少,無(wú)論是分散性、煤漿穩定性都比NSF等傳統分散劑優(yōu)越。及LS。因此,在保證漿體流變特性符合實(shí)際應用的前提下,分散劑用量應盡可能減少。結合文獻[8由上述可知3種分散劑分子量大小為:RS>及試驗結果表明對于生物質(zhì)水煤漿最合理的添NSF>LS,所以PS作為分散劑對福建無(wú)煙煤制備生物質(zhì)水煤漿的分散效果是最佳的?？傮w上說(shuō),實(shí)加劑用量應在1%左右。驗采用的3種不同產(chǎn)地的福建無(wú)煙煤成漿性能都較24攪拌強度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響以L(fǎng)Y煤、生物質(zhì)含量3%制得的生物質(zhì)水煤漿質(zhì)技術(shù)為例,可得攪拌強度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響,如2.5溫度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響圖4所示。由圖4可看出,隨著(zhù)攪拌強度的增大,生以DT煤為實(shí)驗煤樣,分散劑添加量為1%、生物質(zhì)水煤漿的粘度逐漸降低。攪拌強度變化會(huì )改變物質(zhì)含量為3%、3.5%制備生物質(zhì)水煤漿為例,可添加劑在煤顆粒表面的吸附量,但是不會(huì )明顯改變添得溫度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響,如圖5所示。加劑的吸附特性。當攪拌強度較低時(shí)煤粉顆粒在水由圖5可看出,在20~60℃之間,隨著(zhù)溫度的升高中分散不均勻,與添加劑的接觸不充分添加劑會(huì )有生物質(zhì)水煤漿的粘度迅速降低但是當溫度由60℃很大部分存在于水中,未起到分散降粘的作用,而經(jīng)繼續上升時(shí),生物質(zhì)水煤漿的粘度呈現出上升的過(guò)高速剪切后,提高了添加劑在煤顆粒表面的吸附趨勢。性,從而使漿體的粘度顯著(zhù)降低。隨著(zhù)溫度升高,漿體的體積膨大,漿體中固體1.10顆粒間距以及各粒子的自由運動(dòng)幅度增大,減少了相互吸引力;另一方面溫度升高,會(huì )增大分散劑的活性更加有利于其在煤表面吸附,分散劑的效能提高降粘性能增強;而且溫度升高時(shí)煤粒在漿體中的布朗運動(dòng)加快,這樣更容易打開(kāi)煤粒之間的團煤種:LY:生物質(zhì)量:3%聚結構,使煤粒的分散更均勻,使得粘度有所降低。0012001700因此,將煤漿進(jìn)行適當預熱可有效降低其粘度,有攪拌強度(rmin)利于噴燒時(shí)霧化和管道輸送。圖4攪拌強度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響0.90.-PSS馨NSFe0.800.700.度/℃(b)煤種圖5溫度對生物質(zhì)水煤漿粘度的影響但是,當制漿溫度過(guò)高時(shí),吸附在煤表面的分降。分散劑含量為1%左右時(shí),能夠制得流變性較散劑容易脫附,煤?；ハ鄨F聚,并且隨著(zhù)溫度的升佳的生物質(zhì)水煤漿。高,生物質(zhì)水煤漿中的水蒸發(fā)的量也隨之增大,因(3)在20~60℃之間隨著(zhù)溫度的升高,生物此容易導致漿體的表觀(guān)粘度升高0。質(zhì)水煤漿的粘度迅速降低但是當溫度由60℃繼續3結論上升時(shí),生物質(zhì)水煤漿的粘度呈現出上升的趨勢?？梢岳眠@點(diǎn)改善生物質(zhì)水煤漿在輸送、霧化燃燒(1)當生物質(zhì)含量上升時(shí),其粘度隨生物質(zhì)含時(shí)的性能。量的增加而上升。水葫蘆干燥后,纖維含量高,吸水性強,故隨著(zhù)生物質(zhì)含量的提高,生物質(zhì)水煤漿參考文獻的粘度逐漸上升。當生物質(zhì)含量為3%~3.5%時(shí),[1]劉世義生物質(zhì)水煤漿及其相關(guān)技術(shù)[J節能與環(huán)制得的生物質(zhì)水煤漿粘度在0.8~1.2Pa·8之間,保,2006(1):12-14且穩定性較好。攪拌強度的增加能夠使生物質(zhì)水[2]房俊卓李媛嬡,徐崇福.ASAP2010表征活性炭樣品煤漿的粘度降低。實(shí)驗條件研究[J.煤炭轉化,200,30(2):4(2)分散劑含量在05%-1.5%范圍內,隨著(zhù)3]周志軍周俊虎岑可法,等俄羅斯煤成漿及燃燒特分散劑含量的上升,生物質(zhì)水煤漿的粘度逐漸下性研究[引能源工程,2007(4):24-26[4]周明松,楊東杰邱學(xué)青.不同來(lái)源木質(zhì)素磺酸鈉對水煤質(zhì)技術(shù)全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《cAcD規范》執行優(yōu)秀期刊一煤漿流變特性的影響[門(mén)]高?；瘜W(xué)工程學(xué)報,2007,[8]鄒立壯,朱書(shū)全,支獻華,等.不同水煤漿添加劑與煤21(3):386-391.之間的相互作用規律研究—分散劑用量對水煤漿[5]邱學(xué)青,周明松,王衛星,等.不同分子質(zhì)量木質(zhì)素磺流變特性的影響(Ⅳ)[刀].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,酸鈉對煤粉的分散作用研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報33(4):370-374.2005,33(2):179-183[9]宋彬彬.褐煤低溫熱改質(zhì)及成漿性能研究[D].大連:[6]潘相卿,曾凡,傅曉燕.腐植酸類(lèi)水煤漿添加劑性能與大連理工大學(xué),2008其級分的關(guān)系研究(I)分散性能與級分的關(guān)系[J.[10]但盼邱學(xué)青周明松溫度及剪切時(shí)間對水煤漿表煤炭轉化,1999,22(1):38-42觀(guān)粘度及流變性影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008[7]孫慈忠表面活生劑在水煤漿制漿中的應用[J].技術(shù)36(6):103-106.進(jìn)展,2002(8):17-18.Study of biomass coal water slurry rheological behaviorDENG Hui, LUO Zu-yun, LIN Rong-ying, LIN Che( Institute of Chemical Engineering and Technolog, Fuzhou University, Fuzhou 350108, ChinaAbstract: Rheological behavior of biomass coal water slurry containing Fujian anthracite, water hyacinth and dis-persant were described. The results illustrat that the biomass coal-water slurry made by 3%-3 5% water hyacinthand 1% dispersant could be produced at acceptable viscosity within 0. 8Pa's to 1. 2Pas with excellent stabilityty of biomass coal water slurry increase while biomass content increasing. When 1% dispersant is addethe rheological behavior of biomass coal water slurry tum better; The viscosity of biomass coal water slurry becomeer as the mixing time extended. As the temperature is under 60C, the viscosity of biomass coal water slurry de-cline. Above 60C the viscosity increase.Key words: biomass coal water slurry rheological behavior; anthracite; water hyacinth; dispersant(上接99頁(yè)減少用電量測定結果準確。長(cháng)的時(shí)間,以保證碳酸鹽完全分解及二氧化碳完全3注意事項驅出。(1)煤樣在灰皿中要鋪平,以避免局部過(guò)厚,否參考文獻則燃燒不完全,造成結果偏高。[1]GBT212-2008,煤的工業(yè)分析方法[S](2)灰化過(guò)程中始終保持良好的通風(fēng)狀態(tài)使[2】李英華煤質(zhì)分析應用技術(shù)指南[M].北京:中國標準硫氧化物一經(jīng)生成就及時(shí)排出,因此要求馬弗爐裝出版社,1999有煙囪。[3]白俊仁,劉風(fēng)岐姚星一,等煤質(zhì)分析(第2版)[M](3)在足夠高(大于800℃)的溫度下灼燒足夠北京:煤炭工業(yè)出版社,1990Study of rapid determination of coal ashYU Yang-boGuizhou Agency of Quality Supervision and Inspect of Coal Product, Liupanshui 553001, chinaAbstract: Compare the method of GB/T 212-2008 and rapid determination in determining ash. The results show thatthe latter method shorten the analysis time, save electric energy and labour power, acquire accurate analytic result.Key words: rapid determination method; standard technique; ash