水煤漿分散劑及其發(fā)展現狀

第12期胡光麗等:水煤漿分散劑及其發(fā)展現狀·綜述與述評水煤漿分散劑及其發(fā)展現狀胡光麗,路永廣,張曉麗,楊勝杰(河南省核力科技發(fā)展有限公司,河南鄭州450004)摘要:簡(jiǎn)要概括了水煤漿分散劑的分散機理及其分類(lèi),在此基礎上,分析了國內外水煤漿分散劑的研究現狀,最后詳細分析和論述了水煤漿分散劑的研究開(kāi)發(fā)與工業(yè)應用前景。關(guān)鍵詞:水煤漿;分散劑;高效;復合中圖分類(lèi)號:TQ314.255文獻標識碼:A文章編號:1003-3467(2014)12-0017-04Dispersant of Coal Water Slurry and Its Development StatusHU Guang-li, LU Yong-guang, ZHANG Xiao-li, YANG Sheng-jieHenan Province Nuclear Power Technology Development Co Ltd, Zhengzhou 450004, China)Abstract: The dispersing mechanism of coal water slurry dispersant and the classification are summarizedbriefly. On this basis, the research status of coal water slurry dispersant at home and abroad is analyzedFinally, the research and development of coal water slurry dispersant and industrial application prospectare analyzed and discussed in detailKey words: coal water slurry i dispersant high efficiency; composite0前言為實(shí)現此目標,在煤水混合物中必須添加適量的化學(xué)添加劑。中國是個(gè)富煤少油的國家,煤炭資源在中國能制漿用添加劑主要有分散劑、穩定劑和其它輔源消費中占65%以上。水煤漿是采用物理方法助藥劑,其中分散劑起關(guān)鍵作用。分散劑的主要作將煤、水、添加劑煤液態(tài)化的新型燃料,它既保持了用在于改變煤水界面性質(zhì),促使煤粒在水中分散,使煤炭原有的物理特征,又具有像石油一樣的流動(dòng)性漿體具有良好的流變性。因此通過(guò)對水煤漿分和穩定性被稱(chēng)為液態(tài)煤炭產(chǎn)品。由于煤炭資源豐散機理進(jìn)行研究,充分了解分散劑在煤水界面的吸富、價(jià)格便宜,水煤漿的加工方法簡(jiǎn)單,與煤炭的氣附形態(tài)分散劑的結構特征等對水煤漿流變性的影化液化相比投資少、成本低21,近年來(lái)作為代油燃響,從而尋找到分散劑的結構特征與不同煤質(zhì)的匹料的研究受到世界各國的高度重視。配規律,從而對分散劑的研制起到一定的理論指導作用51機理研究表明,分散劑的分散作用主要體現在三個(gè)具有工業(yè)應用價(jià)值的水煤漿應具有如下特點(diǎn)方面:提高煤顆粒表面親水性、增加煤顆粒表面電高濃度、低黏度、良好的流動(dòng)性及穩定性,然而煤炭性、空間位阻效應是一種疏水性物質(zhì),不易被水潤濕,而且水煤漿制漿1.1提高煤顆粒表面親水性中的煤粒又很細,具有較大的比表面積,容易自發(fā)聚水煤漿分散劑是一種可促進(jìn)分散相(水煤漿中集與沉淀,因而煤粒與水不可能密切結合成為一種的煤粒)在分散介質(zhì)(水煤漿中的水)中均勻分散的具有良好流動(dòng)性和穩定性的可霧化燃燒的漿體?；瘜W(xué)藥劑。其作用主要體現在分子以其疏水部分吸收稿日期:2014-08-21作者簡(jiǎn)介:胡光麗(1986-),女,助理工程師,從事表面活性劑方面研究;通訊作者:楊勝杰男,工程師從事表面活性劑制備與綜合利用,電話(huà):15838177580河南化工18HENAN CHEMICAL INDUSTRY2014年第31卷附在煤表面,親水部分朝向水溶液的定向排列方式顆粒相互靠近時(shí),水化膜受擠壓變形,引力則力圖恢使煤粒表面變?yōu)橛H水性,借水化膜將煤粒隔開(kāi),減少復原來(lái)的定向,這樣就使水化膜表現出一定彈煤粒間的阻力,從而起到降低黏度的作用6。性,因此,水化膜也是一種空間位阻。所以,當用12增加煤顆粒表面電性陰離子分散劑和非離子分散劑復配時(shí),既有厚的吸DLVO理論認為,膠體顆粒穩定分散的先決條附膜層,又有定向水化膜,產(chǎn)生的空間位阻較大,分件是顆粒間的靜電斥力超過(guò)顆粒間的范德華引力。散穩定性好。Funk等甚至認為,分散劑主要作用在于改變煤粒吸附層水化膜的表面電性斷言電位達到-50mV時(shí),水煤漿具極性極有所希望的流動(dòng)性和穩定性。但大量研究表明,提高電位值有利于改善水煤漿的流動(dòng)性,反之有益數2)C于穩定性,但都起不了決定性作用。這是因為采用雙電層穩定的分散體系對外加離子特別敏感,溶液非極性極中少量外加離子特別是高價(jià)陽(yáng)離子能大幅度降低大分子吸附物電位,破壞分散效應。張榮曾等9不使用添加劑,只靠調整溶液的pH值,使煤粒表面的電位達圖1顆粒表面吸附分散示意圖到-50mV左右,但是根本不能制漿,這也證明只靠提高表面電位不是使煤粒分散的充分條件,而且非2水煤漿分散劑的分類(lèi)離子表面活性劑不能使煤粒表面荷電分散很好的事水煤漿分散劑能使煤顆粒均勻分散在水中,并實(shí)也證明除了靜電斥力外,還有其他的作用效應存在顆粒表面形成水化膜,使煤漿具有流動(dòng)性5。它在主要是一些兩親性的表面活性劑,分子結構包括長(cháng)13空間位阻效應鏈疏水基團和親水性離子基團兩個(gè)部分。疏水基主Viriya Vithayaveroj等用原子力顯微鏡要為烴類(lèi),有飽和烴和不飽和烴。不飽和烴包括直(AFM)研究金屬離子的吸附對溶液中粒子表面力鏈烷烴、支鏈烷烴和環(huán)烷烴,其碳原子數大都在8的改變時(shí)發(fā)現,當兩粒子間距超過(guò)10m時(shí),粒子間20范圍內不飽和烴包括脂肪族和芳香族。其他疏作用力趨向于零。從此可以看出空間位阻對減少兩水基還有脂肪醇烷基酚、含氟或含硅以及其它元素粒子間作用力具有重要作用,被吸附的大分子分散的原子團高分子聚氧丙烯化合物等。親水基種類(lèi)劑在煤表面形成三維水化膜當膜厚度達到或超過(guò)較多,有離子型(陰、陽(yáng)、兩性)及非離子型兩大類(lèi)。0mn時(shí),粒子間作用力變?yōu)闊o(wú)窮小,很難發(fā)生絮凝主要的親水基有:磺酸鹽、硫酸酯鹽、羧酸鹽、磷酸酯沉淀;當兩個(gè)煤粒碰撞或靠攏到它們之間的距離小鹽、胺鹽、蔗糖、聚氧乙烯、季銨鹽等6-16。于兩倍吸附層厚度時(shí),則出現壓縮效應的滲透效水煤漿分散劑根據性質(zhì)與來(lái)源不同,可分為合應2而使體系的熵增加產(chǎn)生熵斥力產(chǎn)生較強的成和天然高分子改性?xún)纱箢?lèi)。合成水煤漿分散劑根空間位阻而使煤粒分散懸浮,見(jiàn)圖1(a)。黃仁和據其分子鏈上所帶電荷的性質(zhì)分為非離子型陽(yáng)離等借助FTIR和XPS等實(shí)驗手段對三種分散放劑子型和陰離子型。由于煤粉表面帶有負電性,少量在煤表面的吸附性能進(jìn)行分析,也發(fā)現吸附膜越厚陽(yáng)離子型分散劑不足以改變煤表面的潤濕性,而且降黏效果越好,分散劑的親水基以直鏈為好有利于合成成本高,一般不作為水煤漿分散劑使用,常用的分散劑降黏效果和水煤漿穩定性。合成分散劑有陰離子型和非離子型兩大類(lèi)。非離子分散劑的非極性疏水基吸附在煤粒表面上,其型分散劑的共同特點(diǎn)是它們能兼作穩定劑,價(jià)格較親水基朝外伸入溶液中,使煤粒的疏水表面轉化為高;陰離子型分散劑價(jià)格相對便宜是制漿首選的添親水表面并形成一層水化膜使團絮的煤粒分開(kāi)見(jiàn)加劑。圖1(b),它使相互靠近的煤粒相互排斥而分散懸非離子型分散劑主要有聚氧乙烯系列和聚氧乙浮。離子型分散劑還可以增加媒粒表面電性,表面烷系列。這類(lèi)分散劑的主要優(yōu)點(diǎn)是親水性好,分子吸附的離子和水分子結合形成水化膜,水化膜中的量、質(zhì)量易調節、控制,不受水質(zhì)及煤中可溶性物質(zhì)水由于受到表面離子電場(chǎng)的吸引而成定向排列,當的影響,但價(jià)格昂貴,一般用量0.5%以上7]第12期胡光麗等:水煤漿分散劑及其發(fā)展現狀19陰離子型分散劑,可分為合成有機高分子型和究上做了很多工作,研制了一批性能優(yōu)良的專(zhuān)用水天然高分子改性型,其中天然高分子改性型分散劑煤漿添加劑,如:聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)與聚乙烯磺主要有木質(zhì)素系分散劑和腐植酸系分散劑等;合酸(PSA)的混合物,該混合添加劑可適用于不同灰成有機高分子分散劑主要有煤焦油系、三聚氰胺系、分含量煤種水煤漿的制備,己經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)和應用。氨基磺酸鹽系、聚羧酸鹽系、脂肪族系和萘磺酸鹽系日本Lion公司在20世紀80年代中期開(kāi)發(fā)出等。其中,各類(lèi)取代基萘磺酸鹽聚合物是目前水煤來(lái)以聚苯乙烯磺酸鈉(PSNa)為基礎的水煤漿添加漿分散劑市場(chǎng)上使用最廣泛的產(chǎn)品,其具有減黏、增劑2-2,它的重均相對分子質(zhì)量為115萬(wàn)~210加流動(dòng)性等作用,但通常穩定性差,易離析,而且價(jià)萬(wàn),加入量少,其分散性、穩定性都比亞甲基磺酸鹽格較高,所以通常和其它類(lèi)型分散劑共用;木質(zhì)素磺(NSF)等傳統分散劑優(yōu)越。日本DN集團研究人員酸鹽,主要來(lái)自于造紙廢液再加工,最大優(yōu)點(diǎn)是原料秋宏那賀報道了一種F-3006添加劑,中試情況為豐富、易于加工、價(jià)格便宜,且制漿的穩定性好;缺點(diǎn)在 Roymond磨粉廠(chǎng),用 Flow Jet攪拌器將大同煤和是雜質(zhì)含量大,常不單獨使用02。其它幾個(gè)系F-3006水溶液配制成1t的水煤漿,添加劑用量為列,其分散性與木質(zhì)素相似,但其分散效果更佳,可干煤質(zhì)量的0.5%,煤漿質(zhì)量分數70%時(shí),黏度僅單獨使用;主要缺點(diǎn)是漿的穩定性差。0.5Pa·s{2。 gabriella(3研究了 PSSNa在煤粒表3國內外研究現狀面的吸附方式后指出,SNa以圈式或尾式吸附方式吸附在煤表面上,用 PSSNa做添加劑時(shí),煤粒之3.1國內發(fā)展現狀間不僅存在較強的靜電排斥作用,還存在較強的位我國研制水煤漿始于1982年,在20多年的研阻排斥作用,因而其具有較好的分散效果。美國究過(guò)程中先后組織了幾十家科研和生產(chǎn)單位,進(jìn)行 Oxce Fuel公司報道了一種能改善剪切穩定性和聯(lián)合科技攻關(guān)取得了一定的成果。浙江大學(xué)等研降低黏度的水煤漿添加劑該添加劑是由兩種表面究單位通過(guò)組建國家水煤漿工程技術(shù)研究中心,建活性劑復配而成,每一種表面活性劑具有不同分子立國內一流水平的水煤漿制備、儲運燃燒、工程設質(zhì)量的親水基足以潤濕分散煤顆粒;一種表面活性計等科學(xué)基地,建立了年產(chǎn)7萬(wàn)t與5萬(wàn)t的撫順制劑帶有高分子質(zhì)量的氧乙烯基,另一種則帶有低分漿廠(chǎng)、棗莊礦業(yè)集團八一煤礦制漿廠(chǎng)和年產(chǎn)1000t子質(zhì)量的氧乙烯基,兩種表面活性劑共用時(shí)可使煤與500t的北京京西淮南礦業(yè)集團添加劑廠(chǎng)。在水的質(zhì)量分數達到70%以上。美國 Nat Distillers化學(xué)煤漿添加劑研制方面許多國產(chǎn)添加劑陸續面世。公司報道了一種非離子型分散劑作為水煤漿添冉寧慶等‘合成了亞甲基萘磺酸鈉一苯乙烯磺酸加劑,該添加劑能與煤粒很好地親和形成牢固的吸鈉一馬來(lái)酸鈉(NDF)水煤漿添加劑,當NDF的數均附層;分散劑的親水端是高分子聚合物能與水很好相對分子質(zhì)量達到約2萬(wàn)時(shí),其對水煤漿的降黏作地親和使煤粒均勻分散在水中形成穩定的分散體用最好。當NDF的磺化率和羧酸含量一定時(shí),可調系;在不使用穩定劑的情況下,直接用這種分散劑作節NDF的相對分子質(zhì)量,達到調節其表面色散力,為添加劑使用,所制備的水煤漿質(zhì)量分數可達到使NDF對煤/水界面張力大小適中,保證煤顆粒相70%,穩定性可達到3個(gè)月以上,表觀(guān)黏度也可降至對穩定地分散在水中。只有恰當的親水基團和疏水0.41Pa·s以下,這種分散劑對煤種適應性強,對水基團比例,才能保證NDF與煤炭達到較強的相互作的硬度要求低,是目前較為理想的水煤漿添加劑。用,在煤表面形成較為牢固的高分子吸附層,保證粒4子相對穩定地分散在水中。展望3.2國外發(fā)展現狀目前,水煤漿分散劑的研制及篩選基本上是經(jīng)目前,國外水煤漿添加劑主要種類(lèi)有:縮合萘磺驗性和半經(jīng)驗性的,這使得水煤漿分散劑的研制和酸鹽,丙烯酸與其他丙烯酸單體共聚,聚烯烴系列;篩選工作十分繁雜;由于煤種之間煤質(zhì)及煤表面物木質(zhì)素磺酸鹽,羧酸及磷酸鹽系列;腐植酸及磺化腐理化學(xué)性質(zhì)相差很大,分散劑的普適性也較差。隨植酸系列非離子分散劑等-。其中,萘磺酸鹽著(zhù)水煤漿技術(shù)的不斷發(fā)展,為不同煤種研制出高性縮合物與聚苯乙烯磺酸鹽是應用最為廣泛的兩類(lèi)水能、低成本,性?xún)r(jià)比高、適應性廣泛,多功能復合型高煤漿分散劑。國外尤其是日本在水煤漿添加劑的研效水煤漿分散劑必將是水煤漿分散劑研究開(kāi)發(fā)河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2014年第31卷的重要課題。應用[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2002:45-50實(shí)驗表明,水煤漿分散劑分子結構特征(包括15]孟慶亮,水溶性聚合物分散劑的制備與性能研究主體結構特征、取代基的類(lèi)型及性質(zhì)聚合度、磁化[D].濟南:山東大學(xué),2013度、HLB值及羥值等)與煤質(zhì)及煤表面物化性質(zhì)間[16]周明松,耶學(xué)青,王衛星,等水媒漿添加劑磺化丙有著(zhù)密切的相關(guān)性。國內外在水煤漿分散劑分子結酮一甲醛縮聚物的合成與性能[J]精細化工,2005,2(3):185-189構特征與煤及煤表面物化性質(zhì)間匹配性研究方面開(kāi)[17 Ateso K G. The effect of coal properties on the viscosity展了一些初步的工作,如日本Lion公司用電子探針of coal-water slurries[J]. Fuel, 2002, 81(14): 1855X射線(xiàn)分析儀和電鏡觀(guān)察煤表面特征,研究了煤表1858面結構及其物化性質(zhì)與分散劑的相關(guān)性,并從上百18]曾凡,黃仁和分散劑在煤表面吸附膜厚度的研究種分散劑中成功研制出性能優(yōu)良的分散劑ACC[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,1995.24(2):2-4.71032),驗證了水煤漿分散劑分子結構特征與煤表19]楊紅波木質(zhì)素復合型水煤漿添加劑的研究[D湘面物化性質(zhì)間匹配性研究是改變目前水煤漿添加劑潭:湖南科技大學(xué),2009研制及篩選工作中經(jīng)驗性及盲目性的有效途徑。[20]劉小敏,李珂,楊萌.脂肪族高效減水劑性能研參考文獻究與應用[J]化學(xué)建材,2004(5):63-69[I]孫繼湖,王立杰,王曉燕未來(lái)十年我國煤炭消費需求[21]趙暉,高玉武,等.SAF高效減水劑的合成與分散性分析[J].煤炭經(jīng)濟研究,2001(10):36-38研究[J].低溫建筑技術(shù),2005,6(3):45-482]周少雷,付勇薛繼先我國水煤漿的現狀及今后的[22]馬永飛,劉珍珍楊寧,等.磺化丙酮一甲醛縮聚物的合成及分散性能的研究[J].山東農業(yè)大學(xué)學(xué)報:展望[J].選煤技術(shù),1997(2):20-24自然科學(xué)版,2008,39(4):561-564[3]李永昕,孫成功李保慶,等.水煤漿添加劑評述[J[23]徐光紅,楊春貴,龍寶良.磺化丙酮甲醛縮聚物的合煤炭轉化,1997,20(1):8-13[4]冉寧慶,戴郁菁,朱光,等.亞甲基蔡磺酸一苯乙烯成原理及最優(yōu)工藝探討[J].西南科技大學(xué)學(xué)報2007,22(2):48磺酸一馬來(lái)酸鹽對水煤漿的分散作用研究[J],南京[24]趙亞麗.高效水煤漿分散劑磺化丙酮一甲醛縮聚物大學(xué)學(xué)報,1999(5):34-38.的合成及改性研究[D].西安:長(cháng)安大學(xué),2010[5]李少冰HNF系列水煤漿添加劑的應用[冂].潔凈煤技[25] Ukigai T, Sugawara H, Tobori N. 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