利用竹漿黑液制備無(wú)煙煤水煤漿的研究

第34卷第2期煤炭技術(shù)Vol. 34No 22015年2月Coal TechnologyFeb.2015doi:10.13301/ j. cnki.c2015.02.110利用竹漿黑掖制備無(wú)煙堞水蝶漿的研究蘇占軍,萬(wàn)勇陳前林,謝燕,張德成,李科褡,數先權(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院貴陽(yáng)550025;2.貴州赤天化集團有限責任公司,貴陽(yáng)550001)摘要:利用竹漿黑液(BL)和無(wú)煙煤制備水煤漿(CWS),研究了竹漿黑液水煤漿(BCWS)表觀(guān)黏度、穩定性及流變特性變化規律。結果表明:當BL干物質(zhì)添加量為0.5%時(shí),漿體表觀(guān)黏度最低,煤漿濃度為70%時(shí),黏度<1000mPa·s;BCWS的流變特性屬于賓漢塑性流體,隨著(zhù)剪切速率的增大,呈剪切變稀的現象,其析水率較低,穩定性較好。關(guān)鍵詞:竹漿黑液;無(wú)煙煤;水煤漿;成漿性能中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標志碼:A文章編號:1008-8725(2015)02-0287-04Study on Properties of Anthracite Coal Water Slurry Using BambooPulp black liquorSU Zhan-jun, WAN Yong, CHEN Qian-lin', XTE Yan, ZHANG De-cheng, LI Ke-da, AO Xian-qus(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. GuizhouChitianhua( Group) Co, Ltd, Guiyang 550001, China)Abstract: The apparent viscosity, stability and rheological properties of anthracite coal water( cWS)were studied by dry slurry making processes using bamboo pulp black liquor(BL). It isthe solid concentration of BCWS is about 70% when the apparent viscosity is at affixed value of 1 000mPas with 0. 5% BL, in which case the lowest apparent viscosity could be found. In addition, the rheo-logical property of CWS are classified as bingham plastic fluid, its viscosity have property of shearthinning. And the BCWS have advantage with low water abeorption rate and well stabilityKey words: bamboo pulp black liquor; anthracite; coal water slurry; slurry properties添加量下,制漿濃度高3%。(2)制漿濃度為59%時(shí),GT添加劑制得的漿體比NF添加劑制得的漿體表觀(guān)形貌更為平整、鋪展面積高達1300mm2/g、流動(dòng)性更好、60℃時(shí)漿體自由水脫除后失水速率更低。(3)CT添加劑良好的潤濕分散性和吸附性使④-正電e·負電荷制得的漿體流動(dòng)性好、失水速率低,是CT添加劑制圖6添加劑分散機理漿濃度高的主要作用因素。1.添加劑主鏈2.雙電子層3.煤粒4.溶劑化層參考文獻GT添加劑良好的潤濕分散性使漿體中煤粒得0趙錦波,王玉慶煤氣化技術(shù)的現狀及發(fā)展趨勢[]石油化工到充分的包裹,從而使漿體的表觀(guān)形貌更為平整、流2014,43(2):125-131.[2]段清兵,我國水煤漿技術(shù)發(fā)展現狀與趨勢[J].新材料產(chǎn)業(yè)動(dòng)性更好鋪展面積更大;添加劑中含正電荷的極性2012,15(11):14-18.官能團與煤粒表面的負電荷以離子鍵結合,使添加[3]蔣斌斌新型水煤漿制備工藝的探討與研究[J]煤炭工程,劑與煤粒間產(chǎn)生吸附作用,形成的緊密的雙電子層2013,45(8):67-68,71從而阻擋水煤漿中水分子的進(jìn)入,負電荷官能團則4偉,張光華朱軍峰磺化茶酚甲醛/禁系復合水媒漿分散劑的伸向溶液形成溶劑化層使水煤漿具有一定的空間5]江紅艷楊東杰周明松三聚碘酸鈉對水煤漿分散劑性能的影位阻效應;在60℃下,漿體在自由水脫除后,GT添響[J].煤炭轉化,2011,34(4):29加劑由于其良好的吸附性能大量地吸附于煤粒表[6]蘇毅朱書(shū)全烷基酚聚氧乙烯醚水煤漿分散劑的成漿性能[丁面,并逐漸堵塞煤粒的孔隙,從而使煤粒比表面積降煤炭學(xué)報,2011,36(8):139-1400低,失水速率更低。[7]程維,趙輝,孟沁瑋,等水煤漿氣流霧化的初次破裂特性[J]化3結語(yǔ)工學(xué)報,2011,62(1):25-31.(1)CT添加劑比NF添加劑制漿性能更好,在作者簡(jiǎn)介:劉銘(1989-),安徽合肥人,碩士研究生,研究方煤濃度62%,添加劑用量03%時(shí),漿體表觀(guān)黏向:潔凈媒技術(shù)電子信箱 ywalkliu@ 163cm度達843mPa·s,穩定性良好,比NF添加劑在同等資任編輯:趙勤收稿日期:2014-09-20287Vol. 34No 2利用竹漿黑液制備無(wú)煙煤水煤漿的研究——蘇占軍,等第34卷第2期0引言實(shí)現產(chǎn)業(yè)化,無(wú)煙煤的成漿性較好,以木質(zhì)素作分散隨著(zhù)現代煤化工的迅速發(fā)展,水煤漿(CWs)劑的水煤漿,當煤漿濃度為63.3%時(shí),其表觀(guān)黏度的制備和利用已受到國內外廣泛關(guān)注。黑液是造為407.3mPa·s左右。紙工業(yè)產(chǎn)生的主要廢液,根據造紙原料不同分為本文以貴州遵義無(wú)煙煤為原料,與BL直接制草漿、竹漿和木漿黑液,均居我國各類(lèi)工業(yè)排放量備水煤漿,對其成漿性穩定性及流變特性等水煤漿的前列,對水環(huán)境的污染尤為嚴重。我國利用竹基本性能進(jìn)行研究,探索制備BL無(wú)煙煤水煤漿漿造紙基本采用堿法制漿,以硫酸鹽法為主,竹漿(BCWS)的可行性,為BL的資源化處理及制備BC造紙黑液產(chǎn)量豐富,全國每年的竹漿產(chǎn)量為150WS的工業(yè)應用提供科學(xué)依據萬(wàn)t在處理竹漿黑液(BL)時(shí),存在嚴重硅干擾問(wèn)實(shí)驗部分題,處理工藝投資大、運行成本高。目前,有對竹1.1實(shí)驗原料漿黑液中的木質(zhì)素進(jìn)行提取,然后磺化改性制備BL取自貴州某紙漿企業(yè),原竹漿黑液經(jīng)中度濃水煤漿添加劑的研究,但該方法增加了處理程序縮后,其干物質(zhì)含量為35.19%,成分和元素分析如及費用,且處理后的廢水還得排放,制約了其工業(yè)表1,直接取用該濃縮液制備BCWS,以其干物質(zhì)含化的進(jìn)程。也有直接利用竹漿黑液作減水劑的研量作基準加入。從表1中可看出,其碳和有機物含究報道但直接利用竹漿黑液和無(wú)煙煤制備水煤量較高,同時(shí)還含有大量無(wú)機物,其中一些元素如堿漿尚沒(méi)有研究報道。金屬Na和K對煤氣化具有較好的催化作用,有利我國無(wú)煙煤儲量居世界首位,貴州省無(wú)煙煤儲于制備氣化用CWS。量全國第二,探明儲量約347億t,占全國無(wú)煙煤儲煤樣采用貴州遵義無(wú)煙煤,其工業(yè)分析和元素量20%以上,利用貴州無(wú)煙煤制備氣化用CWs已如表2,其揮發(fā)份較低碳含量較高。表1中度濃縮BL成分和元素分析元素分析/%情性氧無(wú)機物有機物發(fā)熱量/H化物/%M·kg-130.202.9231.850.173.642.271.314.2813.150.24158.0012.45表2煤樣的工業(yè)分析和元素分析(2)CWS穩定性的表征采用析水率來(lái)表征Md A, v FC, C H N與。發(fā)熱量/CW穩定性,析水率越小,說(shuō)明煤漿體系越穩定。工業(yè)分析/%元素分析/%M·kg1測量方法:取一定體積V的CWS加入到100mL量4.1323.416.3265.9762.353.671.206.041.1223.51筒靜置一段時(shí)間后如果發(fā)生析水,量取上層水的體1.2CWS的制備方法積V,計算析水率,v1/V釆用干法制漿:先將煤樣干燥、粉碎及篩分,計(3)CWs濃度的測定根據國家標準GB/算出制漿所需各粒度的煤粉量、水量和BL量,然后們188562-200,剩用干燥測定方法測定CwS濃混合,用電動(dòng)攪拌器將幾種原料攪拌均勻。攪拌速度率設定為1000/min,攪拌時(shí)間為10min2實(shí)驗結果及分析13CWS的粒度分布2.1BL加入量對BCWS黏度的影響制漿所用的煤樣粒度分布采用經(jīng)優(yōu)化過(guò)的A圖1是在煤漿濃度為63%,溫度為25℃下所fed模型參數,當N=02的粒度分布如表3所示。做成漿性實(shí)驗,研究了BCWS黏度與BL加人量的表3CWS粒度分布關(guān)系,由圖1可見(jiàn),不加BL時(shí),CWS黏度為589>65目65-100目100-200目<200目mPa·s,加入BL后,隨著(zhù)BL添加量的增加,BCWs5.26%13.76%16.57%54.41%的表觀(guān)黏度呈先下降后上升的趨勢,其主要原因是1.4CWS的性能測定方法BL中的表面活性劑在煤炭表面形成一層水化膜,起(1)CWs黏度的測定采用NXS-4C型CWs到潤滑作用,減小了顆粒之間的摩擦作用,降低了煤黏度計在25℃下測定,將適量CWS樣品倒入測量粒之間的凝聚使BCWS的表觀(guān)黏度下降、流動(dòng)性容器在25℃的恒溫條件下,使剪切速率從0升至增強。過(guò)多BL的加入導致水膜層厚度增加減小100s1。在剪切速率為100s時(shí),每1個(gè)試樣平行了游離水量,煤漿的流變性變差;其次,過(guò)多的BL測定3次,得到3個(gè)不同的表觀(guān)黏度值,取其均值作在煤的表面形成多層吸附,使煤粒之間產(chǎn)生較大的為CWS樣品的表觀(guān)黏度。由上述剪切速率從0升空間位阻,導致堆積效率降低,增大了BCWS黏度至1008的過(guò)程,可得CWS的流變特性。因而,BL的加入量的過(guò)多過(guò)少都會(huì )對BCWs黏度產(chǎn)288一第34卷第2期利用竹漿黑液制備無(wú)煙煤水煤漿的研究——蘇占軍,等VoL. 34No 2生不利影響線(xiàn)變化幅度較小,當BL加入量較大時(shí)(>0.5%)由圖1可看出,BL的加入量為0.5%時(shí),BCWS隨著(zhù)剪切速率的增大,黏度急劇下降,后趨于平緩黏度達到最低,最低黏度為166mPa·s,BL中堿木BCWS均呈“剪切變稀”的特征,屬于賓漢塑性流體。素羥基低分子量有機物、抽提物中的樹(shù)脂酸和脂肪圖4是描述不同濃度BCWs流變特性曲線(xiàn),從酸的鈉鹽具有表面活性功能,添加BL至08%后,圖4中可知,在BCWS濃度研究范圍內,其呈“剪切BL中高聚物在煤炭表面形成絮狀物阻礙了煤粒的變稀”的現象屬于賓漢塑性流體,高濃度下流變性分散,使得煤漿黏度增加,其次,過(guò)多的BL在煤粒能改變明顯大于低濃度BCwS。BCWS濃度越高表面形成多層吸附,水膜厚度過(guò)大或煤內表面吸附體系內自由水越少,在BCWS體系中以“煤包水”的水量過(guò)多,引起煤粒的膨脹,煤粒間的流動(dòng)水減少,形態(tài)存在當剪切速率增大后,這一形態(tài)被打破,其黏度增加。中的自由水流出,降低了BCWS的黏度,“剪切變稀”的流變特性比較明顯。40003200240007m%BL加入量圖1BCWS表觀(guān)黏度與添加劑量關(guān)系曲線(xiàn)切速率/圖3不同BL添加量的流變特性2.2BCWs濃度與其表觀(guān)黏度的美系圖2是BL加人量為0.5%時(shí),BCWS黏度與BCWS濃度關(guān)系圖,由圖看出,隨著(zhù)BCWS濃度的增大一6%--6BCWS的表觀(guān)黏度逐漸增大,當黏度為1000mPa·s時(shí),BCWS濃度超過(guò)70%,說(shuō)明該BL的表面活性劑功能較強,BL中所含大量有機物堿木質(zhì)素起到主要作用。工業(yè)上應用CWS黏度不超過(guò)1200mPas,此時(shí),BCWS最高成漿濃度可達71%,工業(yè)上CWS濃度一般為60%-68%,BL與無(wú)煙煤制備BCWS滿(mǎn)足工業(yè)要求。剪切速率壓圖4不同濃度BCWS流變特性2.4BCWS穩定性表4利用自由落棒法研究了BCWS的沉淀特性隨BL加入量與靜置時(shí)間的變化關(guān)系,由表4可看出,未添加BL的CWs1d后產(chǎn)生硬沉淀。當BL加入量為0.15%時(shí),BCWS第7d有硬沉淀產(chǎn)生,當BL量增到0.3%時(shí),到第7d未產(chǎn)生硬沉淀,但當水煤漿濃度BL量增到0.5%時(shí),漿體在第4d都產(chǎn)生了硬沉淀,圖2BCWS的濃度與黏度關(guān)系曲線(xiàn)而B(niǎo)L量再增加,產(chǎn)生硬沉淀的情況逐步變好,這表2.3BL加入量對BCWS流變特性的影響明BCWs具有很好的穩定性,有利于儲存和利用。CWS的流變特性直接影響漿體的運輸漿體的BCWS中BL與煤接觸,BL中的活性物被吸附到煤儲存、運輸和霧化。分別測出不同剪切速率下的黏炭表面,在煤炭表面形成一層“親煤”的分子膜阻度,根據剪切速率與黏度的關(guān)系確定流體類(lèi)型。止了煤顆粒間的沉降與聚結,增強了水煤漿的穩定圖3表示BCWS濃度為63%時(shí)BL加入量對性其次,竹漿黑液中較高濃度的Na鹽和K鹽等滲BCWS的流變特性曲線(xiàn)從圖3中看出,BL加入量透到煤基中,占據了游離水分子的位置游離水分被較低時(shí)黏度較低,剪切速率對黏度的影響較小,曲排出形成較好的表面活性膜,這也是BCws沉淀289Vol. 34No 2利用竹漿黑液制備無(wú)煙煤水煤漿的研究——蘇占軍,等第34卷第2期情況逐漸變好的原因的增加,其表觀(guān)黏度呈現先下降后上升的變化趨勢,表4BCWs的沉淀特性BL加入量為0.5%時(shí),BCWS黏度達到最低,最低黏BL加入量/%1d2d3d4d5d6d7d度為l66mPa·s;硬硬硬硬硬硬硬(2)BCWS的表觀(guān)黏度隨其濃度的增加而增0.15無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)軟軟硬大,當BL加入量為0.5%時(shí),成漿濃度可達70%以30無(wú)無(wú)軟軟軟軟軟無(wú)無(wú)軟硬硬硬硬(3)當BL加入量較大時(shí)(>0.5%),隨著(zhù)剪切無(wú)無(wú)無(wú)軟硬硬硬速率的增大,黏度急劇下降,后趨于平緩,屬于賓漢塑性流體,有利于BCWS的儲存,運輸和霧化;無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)軟軟軟(4)BCWs產(chǎn)生硬沉淀的時(shí)間長(cháng)達7d以上,無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)其析水率較低穩定性較好。2.0C軟軟軟無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)參數文獻圖5研究了BL加入量對BCWS析水率的影1]孫漾順幸生水煤漿氣化裝置操作優(yōu)化技術(shù)及其應用[J化工響,隨著(zhù)BL量的增加析水率逐漸降低,煤漿變得越學(xué)報,2012,63(9):2799-2804來(lái)越穩定,過(guò)多BL的加入導致煤內表面吸附過(guò)多2)避益民,最方,王,等,制漿造紙廢水深度處理新技術(shù)與應用進(jìn)展[冂].中國造紙學(xué)報,2012,27(3):56-60.的水,析水率變小,當B添加量高于0.5%后BC(3]楊東杰郭聞源,李旭昵等不同相對分子質(zhì)量對接枝碘化木質(zhì)WS不再析水,BCWS具有良好的穩定性。圖6描述素水煤漿分散劑吸附分散性能的影響[J燃料化學(xué)學(xué)報2013,L加入量為0.5%時(shí),靜置2d后煤漿濃度對析水率的影響關(guān)系。隨著(zhù)BCWS濃度的增加析水率逐4江紅艷竹漿木質(zhì)素系高效分散劑在水煤漿中的應用研究[D]漸變小,當煤漿濃度高于70%后幾乎不析水,由圖2廣州:華南理工大學(xué),2012可知,此時(shí)水煤漿黏度低于1000mPa·s,滿(mǎn)足工業(yè)[5]牟靜冬康健竹漿黑液管式降膜蒸發(fā)器結垢解析[J]中國造紙,2010,29(10):46應用,同樣證明了竹漿黑液具有較好的穩定性。[6]鄧永紅郭運清錢(qián)勇等竹漿黑液高效減水劑的結構表征及吸附研究[J高分子學(xué)報,2012,(8):861-869[刀]劉錦啟,陳前林,王景行添加劑對無(wú)煙煤灰熔點(diǎn)和成漿性能的影響[J煤炭學(xué)報,2013,38(增刊2):483-487.[8]汪永威王澤,宋文立等煤與生物油的成漿性能研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2013,41(5):565-57064668作者簡(jiǎn)介:蘇占軍(1989),山東蒙陰人,碩士研究生,主要B加入量酯從事水煤漿的研究,電子信箱: sujun0839@sina,com;通訊作者圖5靜置2d后不同BL加圖6靜置2d后不同濃度萬(wàn)勇(1960-),貴州赤水人,高級工程師,碩士生導師碩士學(xué)位入量BCWS的析水率BCWS的析水率貴州赤天化集團有限責任公司總工程師,主要從事現代大型煤化3結語(yǔ)工技術(shù)及生產(chǎn)管理電子信箱:gtwy@gIna.com(1)當BCWS濃度為63%時(shí),隨著(zhù)BL添加量責任編輯:趙勤收稿日期:2014-09-23歡迎訂閱《煤炭技術(shù)》雜志(月刊)全國中文核心期刊,中國知網(wǎng)(CNK)來(lái)源期刊,中國首屆執行(CAJ-CD)規范優(yōu)秀期刊,首屆黑龍江省出版精品-工程獎期刊,黑龍江省優(yōu)秀科技期刊,美國《化學(xué)文摘)(CA)收錄期刊,美國《劍橋科學(xué)文摘》(CSA)收錄期刊,俄羅斯《文摘雜志》(A)收錄期刊。主要欄目:采礦與井巷工程地測技術(shù)與工程、安全技術(shù)與工程、煤礦機電與信息化、煤炭加工與利用伴生資源開(kāi)發(fā)利用、管理工程與決策、交流與探討。讀者對象:主要是煤炭及其相關(guān)行業(yè)的大專(zhuān)院校師生、科研院所及工礦企業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員?！睹禾考夹g(shù)》雜志每月10日出版,A4/288頁(yè),公開(kāi)發(fā)行,郵發(fā)代號:14-252,國外代號:M4839,中國標準連續出版物號:CN23-1393/ TD ISSN1008-8725,廣告經(jīng)營(yíng)許可證號:23010600008