贵州老鹰山煤制水煤浆的研究

笫32卷第4期貴州工业大学学报(自然科学版)Vol 32 No 42003年8月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TFCHNOLOXYAugust 2003Natural Science Edition)文章编号:1009-0193200304-0020-04贵州老鹰山煤制水煤浆的研究敖先权周素华2曾祥钦(1贵州工业大学化学与生物工程学院贵州贵阳5500032.贵州工业大学科研处贵州贵阳550003)摘要采用正交设计法选取制取水煤浆所适用的添加剂配方及最佳粒度分布结果表明用改性木质素磺酸钠和贵州老鹰山煤能制取高浓度水煤浆。关键词水煤浆添加剂改性木质素磺酸钠正交设计中图分类号:rQ536.9TQ533.3文献标识码0引言能源是贵州经济发展的支柱产业我省能源结构中煤炭占95%以上全省煤炭资源丰富煤种齐全极具有资源优势但匮乏石油以煤代油已经成为一种必然。水煤浆CwS胙作为一种新型燃料具有良好旳流动性和稳定性具有代油、节能、环保、综合利用等优点是以煤代油技术中最具竞争力的一项技术因此它有着非常广阔的发展前景1其研究应用逐步在我国得到发展和推广但贵州至今还没有水煤浆的生产和应用影响水煤浆性质的因素很多煤质特性煤粉粒度分布添加剂种类及其与煤种的相匹配性是决定煤成浆性和流变性的三大主要因素其中煤质是首要因素21这取决于包括矿物质含量及组成在内的煤表面物理的和化学的结构与性质。对具体煤种冋通过对各种粒度级煤进行最优化组合和选择与之相匹配的添加剂最大限度地提高水煤浆浓度和降低粘度3但要与成本及其它因素作综合考虑选择一种既高效又经济的添加剂。本研究旨在对贵州老鹰山煤选取合适的添加剂配方为贵州水煤浆的开发利用提供参考。煤质分析煤样为贵州老鹰山煤矿第十一层原煤其煤质分析见表μ4表1煤质分析工业分析ad%元素分析daf/%Stad/% Qba/Mj kgHGI1.419.2030.7880.833.741.093.460.2731.43由表1可知该煤硫分含量较低热值与挥发分髙分析基水分较低可磨性指数高适合制备高浓度水煤浆。由煤炭成浆性判别指标D=7.5+0.5×Mad-0.05×HGI及C=77-1.2×Ⅸ%川算可知51:D3.94汇C=72.27%可制浆的最高浓度为72.27%2添加剂的制备及性能2.1改性木质素磺酸钠GX的制备经优化选择4]计量下将硫酸盐木质素溶于碱性水溶液后加入三口瓶再加入磺化剂调节反应液pH为12反应温度为50-60℃反应时间为3小时。反应结束后用乙醇进行沉淀、分离、提纯然后将合成的样品进行干燥粉碎后密封保存。其主要工艺流程见图1第4期敖先权等溃州老鹰山煤制水煤浆的研究木质素+磺化剂反应—→沉淀分离—→千燥—→产品图1木质素制取水煤浆添加剂工艺流程图2.2GX的制浆性能比较为了对比添加剂的制浆性能和浆体稳定性选用了常用的萘系(萘磺酸甲醛缩合物Ⅻ和丙烯酸系(丙烯酸及丙烯酸酯共聚物)加剂做制浆试验这两种添加剂皆为目前公认的使用效果较好的工业添加剂考查在不加其它稳定剂的情况下添加剂本身对浆体结构的影响其实验结果见表2表2几种添加剂的制浆性能比较表3因子编码名称萘系丙烯酸系因子x1X2Xx2浓度/%水平粘度/mP9451.50.015目测流动性好好好0.01024h后析水率/mt%2.04h后浆体结构少量软沉淀无沉淀无沉淀0.50.005根据工业应用水煤浆的要求5实验结果表明Gⅹ的降粘效果较好但其稳定性稍差。3实验设计及结果3.1设计方案影响水煤浆性能的主要因素除煤质本身外还有粒度、添加剂种类及用量经我们研制的GX具有较好的分散性但其稳定性稍差。为了制取高浓度、低粘度及稳定性较好的水煤浆在配方中少量加入一种表面活性剂JX它可以大大改善浆体的稳定性但会引起水煤浆粘度的急剧增大综合考虑到这些因素为了寻求最佳的粒度分布及添加剂配方采用三因子一次回归正交试验确定最佳工艺参数。经理论上的分析及初步实验煤粒的组成按粗细比例配比即把煤样磨成粉后过200目的筛筛下部分为细粒部分用比重计法测量其粒度分布6通过调节使小于325目的占30%筛上部分再过40目、60目、100目的筛然后按40-60目10%60-100目40%,100-200目50%组成粗的部分。把粗细两部分按一定比例混合起来后以小于200目的煤粒所占比例作为一个因子另外GX及JX的加入量作为两个因子考虑水煤浆的粘度 Y ( mPa s汲稳定性Y<天沩为指标变量稳定性以水煤浆产生沉淀表层产生析水的时间以天数计)作指标。因子编码见表3其中Ⅺ1是小于200目的煤粒占所用煤的质量百分比(wt%);}2是GX加入量浆基t%);3是JX加入量浆基vt%)实验方案及结果见表4.表4设计方案及实验结果指标变量Y试验号XIXiX,XXXX21620124819451250820973贵州工业大学学报(自然科学版)2003年3.2方差分析表5三因子一次回归正交设计方差分析误差来源XIXXIX2X3回归系数210-92,523310.512.5-32.59.62.370.370.1Y方差QY2352800845043431212508450583215,13I.130.13Y11.45F值Y试验结果经方差分板表5得回归方程:Y1=1327+210X1-92.5X2+233X3-10.5X1X2+12.5X1X3-32.5X2X32=9.6+2.37X1+0.63X2+1.37X3-0.12X1X2-0.37X1X3+0.37X2X3对所得回归方程进行F检验FI(Q1+Q2+…+Q6)6=24.75剩24.75>F0.26)=8.98同理可得F2=87.66>F0.6,)=58.2通过F检验回归方程有一定显著性,说明在试验范围內实验数据可信得到的回归方程能较好拟合试验结果。3.3最佳配方的确定为了寻找最优配方根据工业应用水煤浆的性能要求对性能指标Y1和Y2限制范围并要求通过编制程序用计算机求解找出了22个能满足上面这些约束条件的配方如表6所示从计算的结果来看粒径小于200目的比例为66%-72%分散剂的量1.25%-1.45%之间稳定剂的量在0.005%-0.007%之间其成浆性能较好。表6优化配方计算结果变量组合预测性能序号变量组合序号预测性能0.9119810.140.9.50.70.819010.030.60.90.80.80.8118310.05140.798100.50117610.080.711910.50.9100.70.7118510.260.60.8790119410.1170.70.81178100.60.7116610.0.70l19910.420.60.70.9118710.1490.70.990.60.1.0115910.020.70.911920.450.60.80.9118010.16567890120.80.811910.60.9-1.0115210.040.8l19010.563.4结果验证对其中的5个配方进行验证它们的预测值与实验值见表7,可以看出预测值与实验值吻合。这5个第4期敖先权等溃州老鹰山煤制水煤浆的研究表7优化配方验证结果变量组合粘度稳定天数十算值试验值计算值试验值0.50.80.6116610.000.711860.71.01190112010.56结论1.采用正交设计法拟合出了水煤浆粘度及稳定性与其主要因素即添加剂和粒度分布的回归方程。2.通过计算机程序设计优化了添加剂配比及粒度分布3贵州老鹰山煤适合制备高浓度水煤浆因本文制备的Gⅹ作添加剂制备岀的水煤浆浓度可达69%经密闭保存3个月后表层有少量析水底部有少量软沉淀经搅拌后可再生其性能达到工业应用要求。参考文献[1]巩学刚对水煤浆市场发展前景的探讨J中国煤炭2002283)30-32[2]吕玉庭周国江吕连根.经济型水煤浆的研究与应用J]煤炭技术2001201)43-4[3]曾凡.水煤浆添加剂J]选煤技术995301)44-49[4]敖先权磺化改性木素在水煤浆中的分散作用研究D]成都四川大学2002[5]张荣曾.水煤浆制浆技札M]北京科学出版社,1996[6]敖先权曾祥钦水煤浆中超微细颗粒粒度的测定J]贵州工业大学学报200l3((5)了0-73Coal Water Slurry Preparation with Laoyingshan Raw Coalin guizhou provinceAO Xian-quan'ZHOU Su-hua2 ZENG Xiang-qin(1. College of Chemical and Biological Engineering ,GUT ,Guiyang 550003, China 12. Division of Scientific Research GUT Guiyang 550003 China)Abstract: This paper deals with the coal water slurry( CWS)additive prescription and the optimal sizedistribution by the orthogonal experiment method. The results indicate that high concentration CWS canbe made from Laoyingshan raw coal in Guizhou Province by using modified sodium lignosulfonate as add itiKey words coal water slurry additives imodified sodium lignosulfonate orthogonal experiment