造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究

第22卷第2期淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報Vol 22 NO2002年6月JOURNAL. OF HUAINAN INSTITUTE OF TECHNOLOGYJUN.2002造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究張宏偉,張保林蔡燕,李寒旭(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程系,安徽淮南232001)摘要:通過(guò)正交實(shí)驗法,對造紙黑液加壓磺甲基化制備水煤漿添加劑進(jìn)行了研究,數挹分析得出的優(yōu)工藝條件是:100ml黑液(濃度20%),磺化劑15g,甲基化劑20ml,反應溫度100C,時(shí)間6h,同時(shí)提出了一種新的評價(jià)水煤漿性能的方法。關(guān)鍵詞:水煤漿;添加劑;造紙黑液中圖分類(lèi)號:TQ351.9文獻標識碼:A文章編號:1671-0932(2002)020049-05水煤漿作為潔凈煤技術(shù)重要分支在我國近兩制取水煤漿的成本,又可為造紙黑液的綜合利用開(kāi)年有了很大發(fā)展,但由于添加劑價(jià)格的原因,水煤辟一條新的途徑。漿的發(fā)展卻不時(shí)受到制約1。為此,該技術(shù)的關(guān)鍵已經(jīng)集中在添加劑的來(lái)源問(wèn)題上1實(shí)驗原料及方法造紙黑液是我國主要環(huán)境污染之一,其有機污1.1合成原料染負荷量占全部造紙廢水污染負荷量的90%以實(shí)驗所用黑液為堿法黑液,其基本性質(zhì)及特征上。本文采用加壓磺甲基化法,將黑液中的有效組成如表1和圖1所示。成分經(jīng)適當處理后,成為水煤漿添加劑,既可降低表1造紙黑液性質(zhì)參數表液種類(lèi)密度(g·m-)pH值固含量(%)腐植酸(%)木質(zhì)素(%)聚糖(%)安徽造紙廠(chǎng)l.942.3623.3680. 3285052919.53416.01593.81黑液紅外譜圖收稿日期:2001-09-24基金項目:安徽省“九五”科技項目(9912005)作者簡(jiǎn)介張宏偉(1975-),男,江蘇豐縣人,在讀碩士,專(zhuān)業(yè)方向:潔凈煤技術(shù)淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報02年第22卷在圖1中3416cm-處,有羥基(-OH)伸縮1.3實(shí)驗煤樣振動(dòng)寬吸收帶;2919.5cm和2850.5cm處,煤的工業(yè)分析和粒度分布列于表3、表4。有甲基、亞甲基、次甲基伸編振動(dòng)吸收帶;1593.8表3煤的工業(yè)分析cm-,1495.9cm-1,694.3cm-1處,有苯環(huán)骨架伸煤種M,〔%)A4(%Va(%)HGI縮振動(dòng)特征吸收帶,加之470—586cm處芳香核準南洗精煤1.0214.1129.2268CH振動(dòng)吸收帶;以及1118.7cm-1處是不飽和醚及芳香醚吸收峰、1226.1cm-'、1079.6cm-1處表4煤的粒度分布數據峰是磺酸鹽特征吸收峰等,表明了造紙黑液中含有芳香族化合物,其分子包含有-OH、一CH2粒度(目)100<20CH2、磺酸鹽類(lèi)等離子基團,根據文獻[3],對其作百分比(%)10094.647.8適當改性,則可以做為水煤漿添加劑1.2添加劑制備1.4水煤漿性能測試影響添加劑制備的因素眾多,在以前實(shí)驗的基制漿時(shí)采用定時(shí)電動(dòng)攪拌器攪拌,在800礎上,加壓磺甲基化固定了部分因素,著(zhù)重考察磺1000r/min的轉速下攪拌10min。粘度采用旋轉化劑加入量,甲基化劑加入量,反應溫度和反應時(shí)式粘度計測定,測試條件:3“轉子,60r/min。水煤間,通過(guò)正交實(shí)驗法確定加壓磺甲基化工藝的制漿的穩定性用靜止析水法來(lái)表征,即3d后測量試備方案見(jiàn)表2。管中析出的水高占煤漿總高的百分率;水煤漿的表2正交實(shí)驗因素水平表流動(dòng)特性用目測流動(dòng)性來(lái)表示。同時(shí),用落棒實(shí)驗B來(lái)考察煤漿的沉淀情況。最后根據原始記錄,采用水平磺化劑量(g)甲基化劑量(m)綜合評分法來(lái)評價(jià)水煤漿的性能。11.22評價(jià)水煤漿性能的綜合評分法評價(jià)水煤漿性能常用的有四個(gè)指標:粘度、流23B31.3動(dòng)性析水率和穩定性。但在實(shí)際應用中難免會(huì )顧D此失彼,使對于水煤漿性能的評價(jià)難以客觀(guān)全面的反應溫度(℃)反應時(shí)間(h)進(jìn)行。參照正交實(shí)驗分析中的數據處理方法并結ccc115DDD合制備水煤漿的實(shí)踐經(jīng)驗,提出了以下的綜合評價(jià)方法這種方法的基本思路是在同一濃度的前提下,根據水煤漿四個(gè)指標的相對重要性,分別給他們不制備方法系將黑液稀釋到20%左右,取100同的基本分,然后對每個(gè)指標不同的檔次水平給出m造紙黑液加入高壓反應釜(250m)中,用50-不同的權值,對于任一個(gè)指標用權值乘于基本分60ml蒸餾水稀釋定量的磺化劑加人反應釜中并得到該指標在該檔次水平的得分值然后對四個(gè)指加入定量的甲醛,密封反應釜,打開(kāi)電源,開(kāi)始攪標的得分值求和得到水煤漿性能的綜合得分值拌,攪拌速率為28r/mn,同時(shí)開(kāi)始加熱,加熱電從而確定水煤漿整體性能的優(yōu)劣(見(jiàn)表5—表8)壓為140V。待指示溫度與設定溫度相差10-15表5水煤漿流動(dòng)性權值(基本分為100C時(shí),調節電壓至7080V。當達到設定溫度時(shí)流動(dòng)性A+AA-B+BB-C恒溫數小時(shí),到設定時(shí)間時(shí),停止加熱與攪拌,關(guān)閉電源讓反應釜自然冷卻到室溫,打開(kāi)反應釜,取出權數1.51.31.11.00.50.30.1反應液,并裝人容量瓶中保存,以備制水煤漿之用表6水煤漿粘度權值(基本分為80)粘度(mPa·s)<300300-500500-700750-900900-1001100-13001300-1500>1500權數張宏偉,等造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究第2期3實(shí)驗結果與討論進(jìn)行的。正交實(shí)驗的結果如表9所示。表7水煤漿沉淀情況權值(基本分為60)3.I工藝的優(yōu)化分析淀情況無(wú)沉淀軟沉淀較硬沉淀硬沉淀工藝優(yōu)化是針對各添加劑產(chǎn)品在用量為權數L.2l.00.50.10.7%(漿基)時(shí),制得的濃度為67%的水煤漿性能表8水煤漿析水率權值(基本分為40)析水率/(%)0-1.01.0-2.02.0-3.03.0-4.04.0-5.0>5.0權數1.00.7表9實(shí)驗結果分析子序號D粘度(mPa·s)流動(dòng)性析水率(%)沉淀情況禁合得分B11000無(wú)沉淀無(wú)沉淀B30.77軟沉淀A21040軟沉淀A2軟沉淀6軟沉淀10400.15無(wú)沉淀2381.5軟沉淀330A31280無(wú)沉淀314306.7309.3極差48.746.7在表9中分別算出了三個(gè)水平相應的煤漿性小。根據以上分析,得出的優(yōu)方案是A1D2B2C1,即能分值K1、K2K3,平均性能值k1k2、k3和極差磺化劑15g,反應時(shí)間6h,甲基化劑20ml,反應值。極差大的因素,說(shuō)明它的三個(gè)水平對煤漿性能溫度100℃。按此優(yōu)方案生產(chǎn)出的添加劑實(shí)驗編號的影響顯著(zhù),通常是重要的因素極差小的因素,是為22次要因素,按照極差的大小,因素影響的主次順序3.2磺甲基化反應過(guò)程為:A、D、B、C。即磺化劑量是主要因素,其次是反為考察磺甲基化反應的溫度變化情況,將反應應時(shí)間,接下來(lái)是甲基化劑用量,反應溫度影響最過(guò)程中的溫度記錄作圖(見(jiàn)圖2)t/min(a)升溫曲線(xiàn)(b)升溫速度曲線(xiàn)圖2磺甲基化反應的溫度及升溫速度曲線(xiàn)淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報2002年第22卷從圖2中可知:升溫曲線(xiàn)平緩光滑,升溫速度甲基化的反應溫度范圍主要集中在75-100C。曲線(xiàn)曲折多變?；羌谆磻纳郎厮俣惹€(xiàn)在反添加劑反應物混合物(未反應)和添加劑產(chǎn)品應開(kāi)始20-25min有一個(gè)明顯的峰值,而在其它的紅外光譜圖如圖3、圖4所示。時(shí)間升溫速度比較均勻。結合兩張圖可以得出,磺502850.61456.9766.61385.714124.1206497.84000000圖3加壓磺甲基化產(chǎn)物產(chǎn)品反應物的混合樣(未反應)光譜圖2850.7121063416.81423.2628.71601.2圖4加壓磺甲基化產(chǎn)物產(chǎn)品光譜圖張宏偉,等造紙屬液制備水煤漿添加劑的研究第2比較反應前后兩張譜圖,可以看出,反應產(chǎn)物甲基及磺磺酸基團。的光譜上官能團區有甲基峰(2932.2cm-1、2734.3.322添加劑所制備的水煤漿性能3cm-1)出現;同時(shí)在1000-2000cm-內原來(lái)的將22“添加劑與原料黑液及不加添加劑的水磺酸基團的吸收強度也顯著(zhù)增強,這從一個(gè)方面說(shuō)煤漿性能比較見(jiàn)表10,其中添加劑用量為0.7%明磺甲基化反應確已發(fā)生,木質(zhì)素分子上被引人了(漿基)。表10水煤漿性能的比較添加劑種類(lèi)目標濃度(%)粘度(mPa·s)目測流動(dòng)性析水率(%沉淀情況無(wú)不成漿黑液(未處理)軟沉淀680軟沉淀40軟沉淀由表10可見(jiàn),在不加任何添加劑的情況下,淮(2)加壓磺甲基化的反應溫度主要集中在南煤不能制得濃度為66%的煤漿;只有加黑液的75-100℃,反應后的黑液添加劑的磺化度得到了情況下,由于黑液本身含有表面活性劑,可以制得進(jìn)一步加強;67%的煤漿,但性能很差;22添加劑在同一濃度(3)文中對多指標煤漿性能評價(jià)提出的綜合下可以制得性能比黑液好得多的水煤漿,即使更高評分法,便于考查水煤漿的綜合性能的濃度也可以制得性能優(yōu)良的煤漿,可以看出,22添加劑比未處理的黑液制漿濃度高1%-2%。參考文獻4結論[1]詹隆,李洪波董強國,等.水煤漿技術(shù)應加快產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[]煤炭科學(xué)技術(shù).2001,29(3):4-5,(1)不加添加劑的情況下,淮南煤不能制得濃(2]張珂周思毅造紙工業(yè)蒸煮廢液的綜合利用與污染度為66%的煤漿,22添加劑比未處理的黑液制漿防治技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出出版社,1992濃度高1%-2%;由正交實(shí)驗結果分析得到最優(yōu)[3]孫成功分散劑分子結構特征對煤漿流變特性的影響工藝條件為:20%的黑液100m,加入磺化劑15g]燃料化學(xué)學(xué)報,199725(3):213-217和甲基化劑20m1,100C下反應時(shí)間6h;影響因4]吳貴生試驗設計與數據處理[M]北京:冶金工業(yè)出素的重要程度為:磺化劑>反應量時(shí)間>甲基化劑版社,1997>反應溫度Pilot study on the technique of utilizingblack liquor to prepare additive for coal water slurryZHANG Hong-wei, ZHANG Bao-lin, CAI Yan, LI Han-xu(Dept. Of Chemical Engineering Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001. ChinaAbstracl: The pressurized sulfonation and methylation process of utilizing black liquor to prepare additivefor CWM is studied by cross test and a new method of performance evaluation for CWM is given. Basedon the experiment, the optimum reaction conditions include: sulphonating agent 15g, methylating agent20ml to100ml black liquor with 20% solid content, the temp at 100c, the time for 6hKey words: coal-water slurry ;additive; black liquor