神華煤高效水煤漿添加劑的研制

第3期煤質(zhì)技術(shù)2010年5月神華煤高效水煤漿添加劑的研制王國房(煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院,北京100013)摘要:根據神華煤的煤質(zhì)特征及成漿性特點(diǎn)篩選和確定添加劑的類(lèi)型,通過(guò)優(yōu)化磺化劑用量、磺化溫度、磺化水解酸度、甲醛用量及縮合時(shí)間等反應條件最終研制出分散性?xún)?yōu)良的、性?xún)r(jià)比高的神華煤專(zhuān)用高效水煤漿添加劑。關(guān)鍵詞:神華煤;水煤漿;添加劑;黏度中圖分類(lèi)號:TQ534.4文獻標識碼:B文章編號:1007-7677(2010)03-000403The research of high efficiency additives for coal water slurry preparation with Shenhua CoalWANG Guo-fangBeijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)Abstract: The type of additive was selected and determined according to the coal characteristics and slurry ability of shenhua coalthe reaction condition including sulfonating agent dosage sulfonated temperature, the acidity of hydrolysis, formaldehyde dosageand the time of condensation were optimized and the special high efficiency additives for superior dispersing property and higherratio of performance to price for Shenhua coal water slurry was manufactured finallyKey words: Shenhua coal; coal water slurry: additives; viscosity神華煤屬于低灰、特低硫、特低磷、中高發(fā)熱1.2合成試驗主要步驟量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤,因其變質(zhì)程度較低、孔隙度發(fā)(1)將計量的原料放入四口瓶中,邊攪拌邊加達、親水性較強,難以制備出高濃度、低黏度的水熱至120℃左右。煤漿,但由于神華煤親水性強,所制的水煤漿穩定(2)在120℃左右加入計量的硫酸。加入硫酸性較好。后,繼續升溫到至120℃~160℃,開(kāi)始計磺化時(shí)與中高變質(zhì)程度的煤相比,神華煤表面富含極間,磺化至規定時(shí)間后,停止加熱,使物料冷卻。性含氧官能團,通?？膳c水形成牢固的氫鍵,增強(3)溫度降至120℃以下時(shí),加水水解,水解了對水的親和力,從而使漿的黏度升高,即為神華時(shí)間0.5h,水解結束時(shí),通過(guò)加熱或加酸調整酸煤成漿性較差的主要矛盾所在。該研究試圖通過(guò)煤度到20%~30%粒表面阻隔消除水與煤表面氧的結合,達到降黏的(4)冷卻到90℃開(kāi)始加入甲醛,甲醛在2h內目的。分2~3次加完,當縮合溫度到100℃左右時(shí),即根據以上分析,該研究選擇了與神華煤表面結可計算縮合反應時(shí)間,直至規定的縮合時(shí)間。構特征相匹配的添加劑原料,并優(yōu)化了磺化劑用(5)達到規定的反應時(shí)間后,停止加熱,使物量、磺化溫度、磺化水解酸度、甲醛用量及縮合時(shí)料冷卻,溫度降至60℃左右,邊攪拌邊緩慢加入間等關(guān)鍵反應條件,使制成的添加劑對神華煤具有NaOH,到中和快要結束時(shí),要經(jīng)常用pH試紙測良好的降黏作用。定pH值,當pH值為7~9時(shí),認為中和過(guò)程結1試驗過(guò)程束,即可制得多環(huán)芳烴磺酸鈉縮合物液體產(chǎn)品。1.3煤漿性能評價(jià)試驗1.1添加劑合成工藝路線(xiàn)按制漿濃度的要求,稱(chēng)取定量200g具有良好添加劑合成工藝路線(xiàn)如圖1所示。級配的煤粉與相應量的水、添加劑,在燒杯中逐步中國煤化工多環(huán)芳縮合烴原料l20℃~16oc100c~120c90℃~0cCNMHG成品圖1添加劑合成工藝路線(xiàn)第3期煤質(zhì)技術(shù)2010年5月攪拌混合成漿,成漿后釆用J-2型電動(dòng)攪拌器攪衰2磺化溫度對產(chǎn)品性能的影響拌20min,用NXS-4C型黏度計測量黏度,101A原料水煤漿性能型電熱鼓風(fēng)干燥箱105℃下測量其所含水分,計算原料/硫酸/溫度/時(shí)間/實(shí)測濃流黏出水煤漿濃度。2試驗結果與分析1.001.44120365.2連續流動(dòng)13403連續流動(dòng)920該試驗所確定合成的工藝過(guò)程,主要包括磺化1.00652連續流動(dòng)880365.1連續流動(dòng)1040和縮合兩主要階段。試驗研究?jì)热葜饕ɑ腔瘎?.001.44155365.3間斷流動(dòng)1520濃硫酸的用量、磺化溫度和時(shí)間、水解酸度、縮合劑甲醛用量、縮合反應時(shí)間等影響因素的試驗分從表2數據可以看出:磺化反應當溫度偏低析,并篩選出最佳反應工藝技術(shù)參數。時(shí),反應速度進(jìn)行較慢,反應不完全,磺化度低,為保證合成實(shí)驗結果具有可對比性,選用水煤樣品性能較差。當升高溫度時(shí),反應速度加快,磺漿定濃黏度、流動(dòng)性指標,研究添加劑合成反應各化轉化率提高,樣品性能變好。當繼續升高溫度種因素對水煤漿性能的影響。時(shí),將有副反應二磺化發(fā)生12),導致后期縮合難度2.1磺化劑用量對產(chǎn)品性能的影響大,樣品性能反而降低,說(shuō)明磺化度是在一定范圍磺化反應中的原料配合比、磺化反應溫度和時(shí)內隨溫度增加,漿體流動(dòng)性有明顯改善,超過(guò)一定間是影響磺化度的重要因素。在其他工藝條件不范圍后,流動(dòng)性能有變差趨勢。實(shí)驗表明:磺化溫變情況下,改變磺化劑用量,測定水煤漿黏度,觀(guān)度在130℃~135℃,時(shí)間3h為宜。察流動(dòng)性?；腔瘎┝蛩嵊昧繉λ簼{產(chǎn)品性能的影2.3磺化水解酸度對產(chǎn)品性能的影響響結果見(jiàn)表1。水解酸度是影響聚合度的重要因素,酸在介質(zhì)中是縮合劑的作用,不同水解酸度的合成試驗結果衰1磺化劑硫酸用量對水煤漿產(chǎn)品性能的影響見(jiàn)表3表3水解酸度對產(chǎn)品性能的影響原料配合比水煤漿性能縮合反應水水媒漿性能原料/mol硫酸/mol實(shí)測濃度/%流動(dòng)性黏度/mPa·s原料/mol甲醛/mol解酸度/%實(shí)測濃度/%黏度/mPa·s651向斷流動(dòng)>18001.0012401.44652連續流動(dòng)87028.841.001.60連續流動(dòng)65.2從表3數據可以看出:水解酸度較低時(shí),反應如表1數據所示:磺化劑用量在1.29mol~物料稀易攪拌,煤漿黏度增大,隨酸度上升物料黏1.44mol比之間時(shí)所得樣品具有較好的性能指標。度增加變稠,煤漿黏度下降,再增加酸度時(shí),物料主要是因為磺化反應生成水,使磺化劑濃度不斷降更加黏稠,不易攪拌,煤漿黏度呈上升趨勢,酸使低,當降至一定濃度時(shí)磺化反應就停止了?；腔瘎┘兹┓肿踊罨?才能把主體結構連接起來(lái),因而不足,反應進(jìn)行不完全,產(chǎn)物收率低,進(jìn)一步聚合H的濃度愈高愈好,但超過(guò)一定范圍后,可使物時(shí)形成的產(chǎn)物分子量低,樣品分散性差,因為起分料過(guò)早地變黏稠難于攪拌,不利反應正常進(jìn)行;另散作用的主要基團是磺酸根,而磺化劑不足無(wú)疑會(huì )外,酸度低時(shí),參加反應的物料濃度低,降低縮合使分子中引入的磺酸根數量減少?；腔瘎┯昧刻叻磻俣妊娱L(cháng)反應時(shí)間。試驗結果說(shuō)明縮合反應最時(shí),副反應增多,雜質(zhì)增加,成本增高,磺化劑用佳水285%≈95%為宜量在1.00:(1.29~1.44)mol比為宜。2.4中國煤化工度及煤漿性能的22磺化溫度對產(chǎn)品性能的影響影響CNMHG恒定磺化原料配比和反應時(shí)間改變磺化溫度的縮合劑的用量根據縮合反應的化學(xué)計算式來(lái)決試驗結果見(jiàn)表2。定3,甲醛的用量可根據磺化物的生成量來(lái)確定,煤質(zhì)技術(shù)2010年5月而磺化物的量又可根據前面磺化反應時(shí)原料多環(huán)芳0.6%~0.7%時(shí)煤漿表觀(guān)黏度值基本不變,用量大烴用量來(lái)確定。顯然,甲醛用量的多少,可以決定于0.8%時(shí)黏度略有增加?；撬峥s合物的聚合度n,而聚合度n的大小將會(huì )直綜上所述,神華煤制漿的最佳添加劑用量為接影響到添加劑的分散降黏效果。0.6%~0.7%(干煤基)?？s合反應是個(gè)親電取代反應,縮合度的大小對3結語(yǔ)水煤漿的流變性、表觀(guān)黏度、穩定性都有很大的影。甲醛用量和聚合反應時(shí)間的實(shí)驗結果見(jiàn)表4。(1)針對神華煤表面富含極性含氧官能團、親4甲醛用量,反應時(shí)間對聚合度及煤漿性能的影響水性強的結構特點(diǎn),選用與其相匹配的多環(huán)芳烴為原料縮聚條件水煤漿性能原料,合成水煤漿添加劑工藝技術(shù)是可行的,用于原料/甲醛/酸度/溫度/時(shí)間/實(shí)測濃黏度神華煤制漿濃度可達65%以上,其制漿性能好于度/%mPa·s市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品。1.000.9228.8595~101565.2880(2)經(jīng)優(yōu)化工藝技術(shù)條件后,確定添加劑合成1.000.9529.7095~101665.3840控制參數及控制指標見(jiàn)表6。1.001.0029.4795~101表6添加劑合成控制參數及控制指標1.001.0029.2295~101565.28601.001.0029.1695~101控制參數1.001.0529.3195~10165.1原料:磺化劑:甲醛(摩爾比)00:1.44:1.001.001.2029.6195~101665.31100堿化溫度/℃135±2磺化時(shí)間/h從表4數據分析可知:添加劑制漿性能在一定水解酸度/%28.5~29.5范圍內隨甲醛用量增加,反應時(shí)間延長(cháng),水煤漿黏縮聚濫度/℃95~101度呈逐漸降低趨勢,物料狀態(tài)逐漸變稠,當超過(guò)一定縮聚時(shí)間/h穩定終點(diǎn)pH值7~9范圍后,繼續增加甲醛用量,物料狀態(tài)呈黏稠,不易攪拌,水煤漿黏度增加。影響聚合度的因素為甲醛用3)如建廠(chǎng)規模為1萬(wàn)t/a,根據目前原材料量、水解酸度、縮合溫度和時(shí)間,反映各因素的最市場(chǎng)價(jià)格、原材料消耗以及其它費用進(jìn)行估算,神佳狀態(tài)目前只能用煤漿的黏度指標來(lái)表示。試驗結華煤高效水煤漿添加劑產(chǎn)品成本在400元/t左果表明:最佳聚合工藝指標或參數為:甲醛用量在右,如按添加量0.7%(干煤基)計算,水煤漿的1.00:(0.95~1.0)mol比,溫度95℃~101℃,添加劑成本為18元/t水煤漿,性?xún)r(jià)比高于市場(chǎng)同時(shí)間6h類(lèi)產(chǎn)品。2.5合成添加劑最佳用量試驗參考文獻:采用合成的神華煤高效水媒漿添加劑,按設計制漿濃度為65%,煤種為神華12煤和保德配煤[]陳啟厚,陳忠祥,多環(huán)芳烴磺酸鹽表面活性劑的合成(4:1)進(jìn)行制漿試驗,水煤漿表觀(guān)黏度隨添加劑[].陜西化工,200,29(2)用量的變化情況見(jiàn)表5。[2]李宗石,表面活性劑合成與工藝(第二版)[M]表5合成添加劑用量對表觀(guān)黏度的影響北京:中國工業(yè)出版社,1995[3]童興龍,王家蒙,高效減水劑亞甲基蔡磺酸鈉縮聚物的濃度/%添加劑用量(干煤基)/%表觀(guān)黏度/mPa·s研制[].寧波高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報,1996,8(165.21475[4]徐江華,房秀敏,江明.蔡磺酸甲醛縮合物的合咸及其在水煤漿添加劑中的應用[冂].淮南礦業(yè)學(xué)院65.165.20.6學(xué)報,1996,16(3)0.8中國煤化工北瓶城士,工程主暨從事水煤漿添加劑由表5數據可以看出:合成添加劑具有很好的.hCNMHG降黏效果,隨著(zhù)添加劑加入量(0.2%~0.6%)的增加,水煤漿表觀(guān)黏度明顯降低。當添加劑用量為(收稿日期:201003-30)6