貴州無(wú)煙煤制備水煤漿的研究

第41卷第11期廣州化工Vol 41 No. 11013年6月Guangzhou Chemical IndustryJune 2013貴州無(wú)煙煤制備水煤漿的研究劉錦啟(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550025)摘要:通過(guò)向無(wú)煙煤中加入4種不同分散劑制備水煤漿,優(yōu)選出最佳的分散劑和添加量,然后通過(guò)Aled模型研究了不同粒度分布對水煤漿性能的影響,并且與相同條件下煙煤制備的水煤漿性能進(jìn)行對比。結果表明:恭系聚合物和磺化木質(zhì)素是較好的分散劑,最優(yōu)的添加量為1%,當 Alfred模型參數N等于0.2時(shí)的粒度級配最佳,并且無(wú)煙煤的成漿性能明顯優(yōu)于煙關(guān)鍵詞:無(wú)煙煤;分散劑;水煤漿;粒度級配中圖分類(lèi)號:TQ536.1文獻標識碼:A文章編號:1001-9677(2013)1-0080-04Study on the Preparation of water-coal-slurry by Guizhou AnthraciteLIU Jin-qiCollege of Chemical and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)Abstract: The best dispersant and adding quantity was selected by making water-coal-slurry made use of four dif-ferent dispersants. The effect of particle size distribution on the performance of water-coal-slurry was studied. The performance of water-coal -slurry that made by bituminous coal and anthracite at the same condition were contrasted. Theresults showed that naphthalene polymer and sulfonated lignin were good dispersant, and the best adding quantity was 1%the particle size distribution was the best when the model of Alfred parameter n was 0. 2. The performance of water-coalslurry made by anthracite was better than that made by bituminous coalKey words: anthracite; dispersant; water-coal-slurry; particle size distribution水煤漿是由大約60%~陽(yáng)0%的煤粉、20%~30%的水和煤,固定碳含量高于煙煤,屬于高階煤,適合制備水煤漿1%的化學(xué)添加劑混合而成的,具有流動(dòng)性的煤基燃料。對比傳統煤炭的利用方式,水煤漿具有燃燒效率高,便于管道運表1煤的工業(yè)分析輸,無(wú)粉塵污染,豐富煤炭利用方式等優(yōu)勢,目前在我國已進(jìn)Table 1 The industrial analysis of coal入全面推廣應用階段1-2。由于水煤漿的制備受到諸多因素的樣品灰分(Aad)水分(Mad)揮發(fā)分(vad)固定碳(Fcad)影響,如煤的性質(zhì)、添加劑的種類(lèi)、粒度級配和制漿工藝等,3.256.0482.38因此對于不同種類(lèi)的煤炭,不同產(chǎn)地的煤炭要探究最佳的制漿ABCD12.676.1475.39工藝流程和適合的添加劑34。16.72我國無(wú)煙煤的儲量居世界首位,而貴州省的無(wú)煙煤儲量是全國第二,占全國無(wú)煙煤儲量的20%以上。無(wú)煙煤是高階煤11.7321.41含碳量高,揮發(fā)分小,適合作為工業(yè)燃料,因此充分開(kāi)發(fā)利用3219.9361.49我省的無(wú)煙煤意義重大6。針對從貴州遵義選取的無(wú)煙煤13.747.1960.75通過(guò)優(yōu)化組合粒度分布和選取相匹配的分散劑,制備出高濃度、低粘度和穩定性良好的水煤漿。1.2實(shí)驗方法1實(shí)驗部分1.2.1水煤漿的制備流程目前水煤漿的制備工藝呈現多樣化,主要包括濕法制漿1.1實(shí)驗原料干法制漿和間歇式制漿工藝,其中濕法制漿應用最為普遍本實(shí)驗采用制漿工藝流程如下:從遵義選取3種無(wú)煙煤,分別記為A、B、C,其中A和B(1)將煤炭破碎至球磨機可以研磨的粒度范圍,在105℃是精洗煤,C是原煤。另外從紅旗煤礦、大丫口煤和小河橋煤下烘干;礦礦選取三種煙煤,分別記為D、E、F。對6種煤進(jìn)行了工業(yè)中國煤化工分析,見(jiàn)表1。從表1中可知,無(wú)煙煤的水分和揮發(fā)分小于煙(2)把烘CNMHG式球磨機的球磨罐基金項目:貴州省工業(yè)攻關(guān)重點(diǎn)項目(編號:CY字(2010)3046號,CZ字(2011)3012號作者簡(jiǎn)介:劉錦啟(1988-),男,碩士。第41卷第11劉錦啟:貴州無(wú)煙煤制備水煤漿的研究中,研磨至粉末狀,然后用200目標準篩進(jìn)行篩分,篩上部分再分別用100目和60目的標準篩進(jìn)行篩分,得到四種粒度的煤化木質(zhì)素粉燕系聚合物(3)按照一定的粒度級配,把煤粉、水和添加劑再放入XQM變頻行星式球磨機的球磨罐中,以一定轉速研磨成均勻的漿體水煤漿性質(zhì)的測定水煤漿的粘度的測定使用NXS-4C型水煤漿粘度計進(jìn)行測定,析水率和濃度按照國標GBT188562-2002和GBT8856.42002來(lái)測定,并結合落棒法測試24h時(shí)沉淀的性質(zhì),表征0.00.20.40.608添加量/%水煤漿的穩定性。圖1分散劑添加量與水煤漿粘度的關(guān)系2結果與討論Fig 1 The relationship between the quantity2.1選取合適的分散劑種類(lèi)和添加量由于水煤漿的成漿性能受諸多因素影響,為避免煤的性質(zhì)160碳化木質(zhì)對制漿工藝的影響,因此采用已知成漿性能較好的無(wú)煙煤A進(jìn)系聚合行制漿,以選取合理的分散劑。選用萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素四種物質(zhì)作為分散劑,制備濃度為60%和65%的水煤漿,其中分散劑的添加量都為1.5%,所制備的水煤漿的性質(zhì)見(jiàn)表2和表3。表2濃度為60%的水煤漿的性質(zhì)Table 2 The performance of water-coal-slurrywhen the density is 60%000.2040.608101.214161.82.02.2粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性質(zhì)添加量%萘系聚合物279.1軟沉淀圖2分散劑添加量與水煤漿析水率的關(guān)系硬沉淀Fig 2 The relationship between the quantity聚羧酸系聚合物1095.3of the dispersant and the syneresis rate of water-coal木質(zhì)素276.018軟沉淀磺化木質(zhì)素97.4軟沉淀通過(guò)圖1可知,隨著(zhù)分散劑的添加量逐漸變大,水煤漿的粘度越來(lái)越小,但是當添加量到1%以后,兩種分散劑所制備表3濃度為65%的水煤漿的性質(zhì)的水煤漿粘度的變化都越來(lái)小,幾乎成一條直線(xiàn),表明當添加Table 3 The performance of water-coal -sI量大于1%時(shí),再添加分散劑對于粘度的降低作用效果不明顯when the density is 65%而添加量為1%時(shí)兩種分散劑所制備的水煤漿的粘度都滿(mǎn)足國粘度/cp4h析水率%24h沉淀性質(zhì)家標準,小于1200cp。因此,添加1%是最優(yōu)的添加量。通過(guò)圖2分析可知,水煤漿的析水率隨著(zhù)分散劑的添加量逐漸變萘系聚合物224.0軟沉淀大,變化很小,磺化木質(zhì)素所制備的水煤漿的析水率在14%左聚羧酸系聚合物不能成漿不能成漿不能成漿右波動(dòng),而萘系聚合物所制備的水煤漿的析水率在10%左右波木質(zhì)素296.316軟沉淀動(dòng),分散劑的添加量對析水率沒(méi)有很大影響。綜合圖1和圖2磺化木質(zhì)素312.9軟沉淀可知,分散劑的添加量在1%時(shí)最佳通過(guò)表2可知,當水煤漿的濃度在60%時(shí),四種分散劑都22粒度分布的優(yōu)化可以制備出水煤漿,但是聚羧酸系聚合物作為分散劑所制備的粒度分布是除煤質(zhì)和添加劑之外對水煤漿影響最大的因水煤漿粘度大,并且析水率高于10%,24h所產(chǎn)生的沉淀是硬素,這是因為粒徑的不同將導致煤顆粒的灰分、孔結構和比表沉淀,說(shuō)明水煤漿的穩定性差。通過(guò)表3可知,當濃度65%面積的變化,而這些都將引起煤漿性質(zhì)的變化。 James E時(shí),聚羧酸系聚合物作為分散劑已經(jīng)不能制備出水煤漿。萘系Funk將適用于多組分分散體系的全參數模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化,得到聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素的效果較好,制備的水煤漿粘度適用于描述水煤漿體系粒度分布的簡(jiǎn)化模型。具體模型如下滿(mǎn)足國家標準1200cp以下,但是用磺化木質(zhì)素制備的水煤漿與木質(zhì)素制備的水煤漿相比較,粘度相差不大,但是析水率全參數模型:102[x(D=D1)(1)小,穩定性要好,因此實(shí)驗選取磺化木質(zhì)素和萘系聚合物為分∑X=1散劑進(jìn)行下一步的實(shí)驗。為了優(yōu)選出的兩種分散劑的適宜添加量,把萘系聚合物和式中:CPl中國煤化工累積分率磺化木質(zhì)素兩種分散劑的添加量從0.2%到2%,得到了添加量CNMHG與水煤漿粘度和析水率的關(guān)系圖譜,如圖1和圖2所示中系中組分J所亡時(shí)分D—體系中j組分中介于D4與D之間的任意粒徑值廣州化工2013年6月D1—體系中的最大粒徑值通過(guò)圖3可知,隨著(zhù)模型參數的增加,三種無(wú)煙煤得到的Ds體系中的最小粒徑值水煤漿的粘度逐漸下降,當N值達到02以后,N值在增大,N模型參數漿體的粘度變化很小,趨于平衡。由表4可知,這是因為隨著(zhù)CPFT D-D簡(jiǎn)化模型Di -Ds(2)N值的增大,漿體中的大顆粒逐漸變多,小顆粒減少,從而在減少了小顆粒之間的團聚,同時(shí)防止了大量自由水進(jìn)入顆粒內式(2)中的參數與式(1)中的參數相同,但是式(2)部孔道,使得水煤漿的粘度降低。中限定了參數N范圍為001~0.5之間,實(shí)際篩分時(shí)選用通過(guò)表5可知,三種無(wú)煙煤的析水率都隨著(zhù)N值變大而逐60目(250μm)、100目(150μm)和200目(75μm)的標準篩,漸增大,并且當N值大于0.2時(shí),析水率普遍大于10%,24h得到四類(lèi)粒度不同的煤粉。因此可以根據實(shí)際篩分情況,設Ds時(shí)所產(chǎn)生的沉淀為硬沉淀。這表明,隨N值的增加,水煤漿的的值為1μm,D的值為300μm。通過(guò)式2計算得到粒度分布穩定性逐漸降低。這是由于隨著(zhù)大顆粒的比例的增加,顆粒受如表4所示。到重力沉降的速度也就越快,從而導致體系穩定性變差。并且當N值大于0.2時(shí),穩定性急劇變差,產(chǎn)生的沉淀為硬沉淀表4利用 Alfred模型計算得到的粒度分布綜合圖3和表5可知,當模型參數值為0.2時(shí)的粒度級配Table 4 Particle size distribution calculated by model of Alfred為最佳值,即小于75μm顆粒比例為6441%,75-150μm顆參數模型粒比例為16.57%,150-250μm顆粒比例為13.76,大于N的值小于75um75-150≠m150-250m大于250Hn250μm顆粒比例為5.26%。所以當四種尺寸顆粒比約為650.0175.17%12.37%9.17%3.29%1.5:1.5:0.5時(shí)的配比為最佳配比。73.01%13.26%10.07%3.66%2.3無(wú)煙煤與煙煤成漿性能對比70.22%14.37%11.25%3.89%把A、B、C三種無(wú)煙煤以及D、E、F三種煙煤,按照上64.41%13.76%5.26%文中得到的優(yōu)化工藝進(jìn)行制漿。以萘系聚合物作為分散劑,添0.358.47%18.62%6.41%6.50%加量為1%,采用Afd模型參數N等于0.2的粒度分布,按0.452.60%20.43%19.14%7.83%照12.1中制漿工藝制備濃度為65%的水煤漿,制備出的水煤漿的性質(zhì)如表6所示。按照表4計算出的粒度分布,以?xún)?yōu)選出的萘系聚合物做分散劑,添加量為1%,加入到A、B、C三種無(wú)煙煤中制備濃度表6煙煤與無(wú)煙煤制備的水煤漿性質(zhì)比較為65%的水煤漿。隨著(zhù) Alfred模型參數N的不斷變化,所制得Table 6 Comparison of the performance of water-coal-slurry的水煤漿的粘度和穩定性變化如圖3和表5所示。that made by anthracite and bituminous coal粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性質(zhì)650A煤312.710軟沉淀B煤C煤D煤軟沉淀軟沉淀F煤1311.716硬沉淀通過(guò)表6可知,無(wú)煙煤制備的水煤漿粘度遠低于煙煤制備的水煤漿,其中F煤制備的水煤漿的粘度大于國家標準要求的模型參數N1200cp以下。而且無(wú)煙煤制備的水煤漿析水率都不大于10%,圖3粒度級配與水煤漿粘度的關(guān)系4h沉淀為軟沉淀,穩定性好,但煙煤制備的水煤漿析水率都Fig 3 The relationship between particle siz高于10%,且F煤24h沉淀為硬沉淀,說(shuō)明了穩定性較差distribution and the density of water-coal-slui般煤的煤的含水量越低,灰分越小,煤化度越高,則煤的成漿性能就越好。由表1中六種煤的工業(yè)分析數據可知,無(wú)煙煤表5粒度級配與水煤漿穩定性的關(guān)系的水分小于煙煤,而煤化度高與煙煤,因此,無(wú)煙煤成漿性能ble 5 The relationship between particlesIze好于煙煤。distribution and the stability of water-coal-slurry3結論粒度級配A煤B煤C煤0.011)萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素四種分散劑,效果較好的是萘系聚合物和磺化木質(zhì)素,且二者最佳的添加量都(2)由Af中國煤化工0.2時(shí)的粒度分布0.210%是最佳的,此CNMHG粒比例為64.41%0.315%(硬沉淀)75-150μm顆粒比例顆粒比例為9%(硬沉淀)20%(硬沉淀)21%(硬沉淀)13.76,大于250μm顆粒比例為526%,即四種尺寸顆粒比約下轉第116頁(yè))116廣州化工2013年6月2.1.3封端反應及工藝條件由表1可知,TMD與多元胺混合后制得的固化劑,大大提高了涂膜的光澤度與附著(zhù)力。MXDA與多元胺混合后制得的固是?！蟦化劑,改善了涂膜的硬度。IPD與多元胺混合后制得的固化劑,在制得的涂膜性能方面均沒(méi)有提高。究其原因可能是脂環(huán)胺IPD上有酮基團,導致其對氨基的吸附能力比較強,束縛了與其他基團發(fā)生反應的活性,與環(huán)氧樹(shù)脂混合后相容性差,不能完全固化或者是固化不均勻,導致涂膜表干慢,膜不透明等!。-系列情況。間苯二甲胺分子結構中有苯環(huán),鏈段中含有剛性的苯環(huán),從而能有效提高涂膜的硬度。因為苯環(huán)的分子位阻較大,與苯第三步的反應原理用苯基縮水甘油醚封端表示。在原來(lái)的環(huán)相連的胺基活動(dòng)受限,使其反應活性降低,從而使MXDA與反應裝置中,保持溫度不變,按合適的摩爾比滴加封端劑,滴TETA混合體系制得的涂膜表干時(shí)間相對較長(cháng)。脂肪族二元胺加過(guò)程勻速緩慢。反應溫度為60℃,反應時(shí)間為滴加結束后TMD活性氫阻礙較少,其活性較高,與環(huán)氧樹(shù)脂混合后能完全再反應h。實(shí)驗設計為完全封端,所以按照摩爾比應為固化,使涂膜透明度高,光澤度高。TMPEG: EPON828: PGE 24。加水稀釋得到粘度為2300-2500mPa·s,固含量約50%-55%,胺值約250的水溶3結論性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。采用三羥甲基三縮水甘油醚制得的水溶性固化劑的合成工2.2不同胺類(lèi)對固化劑性能的影響藝條件為:溫度60℃下,每步驟反應2~3h,原料摩爾配比實(shí)驗分別釆用脂環(huán)族二元胺:異佛爾酮二胺( VESTAMⅠN三羥甲基三縮水甘油醚:三乙烯四胺:雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂∶封端IPD);脂肪族二元胺:三甲基環(huán)已二元胺(Ⅴ ESTAMIN TMD);劑=1.6:2.4,產(chǎn)物轉化率為9%。與環(huán)氧樹(shù)脂固化后的固化含芳香族的脂肪族二元胺:間苯二甲胺(MXDA)與三乙烯四膜具有好的附著(zhù)力和抗沖擊性,硬度可達3H,光澤度>90;胺等摩爾比混合,合成工藝不變合成出不同的固化劑,以不同脂肪族二元胺TMD與三乙烯四胺的混合體系比單一使用三乙胺類(lèi)改性的固化劑與單一使用三乙烯四胺制得的固化劑性能對烯四胺可全方面提高固化膜的性能;間苯二甲胺與三乙烯四胺比如表1。的混合體系制得的固化劑可以明顯提高涂膜的硬度。表1不同混合胺固化劑對水性環(huán)氯涂膜性能的影響參考文獻種類(lèi)光澤度鉛筆硬度柔韌性抗沖擊性固化劑表干時(shí)間/mm/(kg:cm)附著(zhù)力[1]孫曼靈.環(huán)氧樹(shù)脂應用原理與技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社2002,9IPD/TETA 43 9 [2] Hawkins, C. 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