復合型水煤漿添加劑的合成與性能研究

第1期(總第134期)煤化工No. 1(Total No 134)2008年2月Coal Chemical IndustFeb.2008復合型水煤漿添加劑的合成與性能研究戴財勝楊紅波(湖南科技大學(xué),湘潭411201)摘要探討了以堿木質(zhì)素為主要原料合成水煤漿添加劑的原理。采用在引發(fā)劑的作用下,對木質(zhì)素進(jìn)行磺化縮聚改性,提高了此類(lèi)添加劑的成漿性能,并通過(guò)正交設計實(shí)驗法確定了復合型水煤漿添加劑DCS的最佳合成工藝條件。不同煤種的成漿實(shí)驗表明,DCS除具有萘系水煤漿添加劑的良好的分散性能外,還具有良好的穩定性能,是一種性能優(yōu)良的復合型水煤漿添加劑。DCS添加劑可以提高水煤漿的成漿性能,降低其制漿成本,促進(jìn)水煤漿技術(shù)的推廣與發(fā)展。關(guān)鍵詞木質(zhì)素水煤漿復合型水煤漿添加劑文章編號:10059598(2008)-01-0041-03中圖分類(lèi)號:0351.377文獻標識碼:A水煤漿是一種煤基流體燃料,由70%左右的煤中,經(jīng)強堿處理的天然木質(zhì)素大分子醚鍵斷裂,生成炭、30%左右的水和少量的添加劑,經(jīng)一定的工藝過(guò)程較小的分子。與天然木質(zhì)素相比,堿木質(zhì)素具有平均制備而成。它既保持了煤炭原有的特性,又具有和石分子量較低、有明顯的多分散性、酚羥基和甲氧基含油一樣的流動(dòng)性和穩定性。水煤漿添加劑是水煤漿制量較高、醇羥基含量較低等特點(diǎn)。堿木質(zhì)素分子中含備中的關(guān)鍵技術(shù)之一,它直接影響水煤漿的性能和生有芳香環(huán)和C3脂肪鏈組成C的單元疏水骨架和羥基產(chǎn)成本,因此研發(fā)性?xún)r(jià)比優(yōu)良的水煤漿添加劑是推廣及少量羧基,但是缺乏強親水性官能團,水溶性差,表和應用水煤漿的重要任務(wù)。面活性低。而對木質(zhì)素進(jìn)行磺化是一種較好的改變木質(zhì)素又稱(chēng)作木素,是自然界唯一能提供可再生其表面性能的方法8。若以NaSO3為磺化劑,在較高芳基化合成物的非石化資源,它和纖維素、半纖維素的溫度下,在其側鏈引入磺酸基,反應如下:是構成植物骨架的主要成分,其在陸地植物中的含量?jì)H次于纖維素,每年產(chǎn)量約600億t團2,是價(jià)格低廉來(lái)源豐富的可再生資源。本文主要介紹以木質(zhì)素為主150℃-200℃要原料生產(chǎn)復合型水煤漿添加劑(DCS)的原理和工Na2SO3藝,并探討了DCS在水煤漿制備中的分散性能和水煤漿的穩定性能。S03和C=0在低溫下就可使堿木質(zhì)素磺甲基化。1DCs的合成木質(zhì)素的磺甲基化選擇性發(fā)生在酚羥基的鄰位,側鏈不發(fā)生反應:11合成原埋堿木質(zhì)素存在于燒堿法或硫酸鹽制漿法的廢液HOCH2-S木質(zhì)素木質(zhì)素基金項目:本項目由湖南省教育廳科研基金資助(項目編號:04C238)收稿日期:2007-11-12中國煤化工Meg作者簡(jiǎn)介:戴財勝(1965-),男,2000年博士畢業(yè)于中國礦CNMHGH業(yè)大學(xué)礦物加工工程專(zhuān)業(yè),教授,中國煤炭學(xué)會(huì )煤化工專(zhuān)業(yè)委為了提高堿木質(zhì)素的磺化率,可采用引發(fā)劑先行員會(huì )委員,現從事煤化工和潔凈煤技術(shù)的研究與教學(xué)工作誘導,反應原理如下:2008年第1期分別是成漿性能差的義馬煤、成漿性能中等的山西煤+磺酸鹽引發(fā)劑和成漿性能良好的湖南婁底煤,其工業(yè)分析見(jiàn)表1。表1義馬煤、山西煤和婁底煤的工業(yè)分析煤種M=/%A=/%V*/%S/%Qmx/MJkg木質(zhì)素碳酸鈉與甲醛縮聚反應生成高分子量的義馬煤45212.63:141422水煤漿添加劑,其反應機理是山西煤0.8611.8628.680.9828.84婁底煤0.5812.2130.1410.5627.53HCHO22實(shí)驗方法OMe2.2.1水煤漿的制備稱(chēng)取已經(jīng)配好的100g煤粉(煤粉的粒度小于200目的大于80%)倒入燒杯中,準確量取一定量的添加劑,在攪拌的情況下,加入所制濃度需要的水,然后用自動(dòng)攪拌器在1200r/min的轉速下攪拌15min,攪拌時(shí)攪拌頭離燒杯底1cm,得到煤水混合物即水煤漿。2.2.2水煤漿黏度的測定12合成工藝實(shí)驗中水煤漿黏度的測定使用NDJ-1型黏度計1.2.1合成原料選用3號轉子,轉速為30r/min,測量時(shí)間為5min,測堿木素(木質(zhì)素的質(zhì)量分數45%-48%,pH值8~量溫度為25℃,測量容器為100mL燒杯9)、磺化劑A、引發(fā)劑B、聚合劑C。2.2.3水煤漿流動(dòng)性的測定1.2.2實(shí)驗裝置水煤漿流動(dòng)性采用目測法,根據其流動(dòng)性狀,分實(shí)驗儀器:三口燒瓶、溫度計、HB2型水浴鍋、為A、B、C、D4個(gè)等級;每個(gè)等級的標準是:A不間斷J1型電動(dòng)攪拌裝置、電子天平、分液漏斗、移液管。流動(dòng)B間斷流動(dòng),呈稠流狀C間斷流動(dòng),呈稀糊狀;實(shí)驗裝置示意圖如圖1所示。D不流動(dòng)拌器2.2.4水煤漿的穩定性測定溫度計分液漏斗將100L水煤漿用漏斗倒入100mL的量筒里,用保鮮膜密封,觀(guān)察24h析水情況。然后每天開(kāi)封,采用恒溫水浴鍋水煤漿靜穩定性的檢測方法測其沉淀情況,確定水煤漿出現硬沉淀時(shí)的時(shí)間。23復合型添加劑DCS與綦系添加劑NS性能比較分別用DCS和NS對成漿性能不同的義馬煤、山西煤、湖南婁底煤進(jìn)行成漿性實(shí)驗,檢測所制水煤漿圖1DCS合成實(shí)驗裝置示意圖的濃度、黏度、流動(dòng)性和穩定性能,其實(shí)驗結果見(jiàn)下頁(yè)表2~表41.2.3工藝條件從表中可以明顯看出,對于同一種煤,在相同的通過(guò)正交設計實(shí)驗和煤的成漿性實(shí)驗,確定了由制漿工藝條件、相同的添加劑用量和水煤漿濃度的條堿木質(zhì)素制復合型水煤漿添加劑的最佳工藝條件為:件下,DCS與NS相比,不僅具有與NS相同的良好的每千克堿木質(zhì)素加入磺化劑A200g,引發(fā)劑B50g,在分散效果,還具有良好的穩定性能,DCS是一種性能溫度T下反應th,然后與聚合劑C100g在溫度T2優(yōu)良的復合型水煤漿添加劑。下反應h2h,得到復合型水煤漿添加劑。中國煤化工2DCS性能檢測3.1CNMH〔漿添加劑適應煤21煤樣的選擇種廣泛,成漿性能優(yōu)良,穩定性好。對大部分煤種,與實(shí)驗采用成漿性能不同的有代表性的3個(gè)煤樣,萘系水煤漿添加劑N相比,生產(chǎn)相同濃度的水煤漿2008年2月戴財勝等:復合型水煤漿添加劑的合成與性能研究表2義馬煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩定性添加劑添加劑量%質(zhì)量分數/黏度/mPa5流動(dòng)性24析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)表3山西煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩定性添加劑添加劑量偉%質(zhì)量分數/%黏度/mPa·s流動(dòng)性24h析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)間/d68.00DCS0.3678表4婁底煤與不同添加劑制得的水煤漿的技術(shù)性能穩定性添加劑添加劑量/%質(zhì)量分數/%黏度/mPa流動(dòng)性24h析水量/mL產(chǎn)生硬沉淀時(shí)間/d71.0069DCS不僅添加劑用量少,而且穩定性遠遠的超過(guò)桊系術(shù),2004,32(3):52-53添加劑。[2]張榮曾.水煤漿制漿技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社32DCS的合成工藝簡(jiǎn)單,無(wú)氣、固和液相廢物的排1996.141-152放,屬于綠色合成化工工藝[3]蔣挺大木質(zhì)素[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社(環(huán)境科學(xué)33DCS復合型水煤漿添加劑的主要生產(chǎn)原料為可與工程出版中心),2001.1-5.再生的木質(zhì)素,工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低,不僅能提高水煤漿[4]謝寶東,邱學(xué)青,王衛星木質(zhì)素改性與木質(zhì)素水煤漿的質(zhì)量,還能降低水煤漿的生產(chǎn)成本,具有極好的推添加劑[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2003,2(6):120-12廣應用前景和市場(chǎng)競爭力。[5]高潔,湯烈貴纖維素科學(xué)[M].北京:科學(xué)出版杜參考文獻:[6]潘學(xué)軍,堿木素的分離、改性和利用[J].天津造紙,[1]戴財勝,水煤漿在熱風(fēng)爐上的應用[J].煤炭科學(xué)技1991,21(4):73-75Preparation and Property of Composite Additives for Coal Water SlurryDai Caisheng and Yang HongboCollege of Chemical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201)Abstract The principle of synthesizing additive, mainly made from lignin, for coal-water slurry( CWS)was studiedThe progress in lignin chemical modification was reviewed as well by sulfonation and condensation reaction throughinitiator. The best technological process of the additive-DCS is determined by orthogonal experimental method.Theproperties of DCS are examined using different coals. The result reveals that its dispersion and the stability are better thannaphthalene. The consequence indicates that DCs is a fine additive fo中國煤化工 he performance ofCWS,reduce the cost of CWS, promote and develop the technology of CCNMHGKey words lignin, coal-water slurry, composite additive for CW