复合型水煤浆添加剂的合成与性能研究

第1期(总第134期)煤化工No. 1(Total No 134)2008年2月Coal Chemical IndustryFeb.2008复合型水煤浆添加剂的合成与性能研究戴财胜杨红波(湖南科技大学湘潭411201)摘要探讨了以碱木质素为主要原料合成水煤浆添加剂的原理。采用在引发剂的作用下,对木质素进行磺化缩聚改性,提高了此类添加剂的成浆性能,并通过正交设计实验法确定了复合型水煤浆添加剂DCS的最佳合成工艺条件。不同煤种的成浆实验表明,DCS除具有萘系水煤浆添加剂的良好的分散性能外,还具有良好的稳定性能,是一种性能优良的复合型水煤浆添加剂。DCS添加剂可以提高水煤浆的成浆性能,降低其制浆成本促进水煤浆技术的推广与发展。关键词木质素水煤浆复合型水煤浆添加剂文章编号:1005-9598(2008)-01-004103中图分类号:Q351.377文献标识码:A水煤浆是一种煤基流体燃料,由70%左右的煤中,经强碱处理的天然木质素大分子醚键断裂,生成炭、30%左右的水和少量的添加剂,经一定的工艺过程较小的分子。与天然木质素相比,碱木质素具有平均制备而成。它既保持了煤炭原有的特性,又具有和石分子量较低、有明显的多分散性、酚羟基和甲氧基含油一样的流动性和稳定性。水煤浆添加剂是水煤浆制量较高、醇羟基含量较低等特点。碱木质素分子中含备中的关键技术之一,它直接影响水煤浆的性能和生有芳香环和C3脂肪链组成C的单元疏水骨架和羟基产成本,因此研发性价比优良的水煤浆添加剂是推广及少量羧基,但是缺乏强亲水性官能团,水溶性差,表和应用水煤浆的重要任务山面活性低③。而对木质素进行磺化是一种较好的改变木质素又称作木素,是自然界唯一能提供可再生其表面性能的方法。若以NaSO3为磺化剂,在较高芳基化合成物的非石化资源,它和纤维素、半纤维素的温度下,在其侧链引入磺酸基,反应如下:是构成植物骨架的主要成分,其在陆地植物中的含量仅次于纤维素,每年产量约600亿t田,是价格低廉,HC-SO-N来源丰富的可再生资源。本文主要介绍以木质素为主150℃-200℃要原料生产复合型水煤浆添加剂(DCS)的原理和工+Na2SO3一艺,并探讨了DCS在水煤浆制备中的分散性能和水煤浆的稳定性能。s03和C=0在低温下就可使碱木质素磺甲基化1DCs的合成木质素的磺甲基化选择性发生在酚羟基的邻位,侧链不发生反应11合成原埋碱木质素存在于烧碱法或硫酸盐制浆法的废液HOCH2-SO,木质素木质素基金项目:本项目由湖南省教育厅科研基金资助(项目编号:04c238)收稿日期:2007-11-12作者简介:戴财胜(1965-),男,2000年博士毕业于中国矿业大学矿物加工工程专业教授,中国煤炭学会煤化工专业委为了提高碱木质素的磺化率,可采用引发剂先行员会委员,现从事煤化工和洁净煤技术的研究与教学工作。诱导,反应原理如下煤化工2008年第1期分别是成浆性能差的义马煤、成浆性能中等的山西煤+磺酸盐引发剂和成浆性能良好的湖南娄底煤,其工业分析见表1。SO Na表1义马煤、山西煤和娄底煤的工业分析煤种MA/%AM/%V4/%S4/%Q/MJkg1木质素磺酸钠与甲醛缩聚反应,生成高分子量的义马煤452126337.741.4027水煤浆添加剂,其反应机理是山西煤0.8611.8628.680.9828娄底煤0.5812.2130.1410.5627.5322实验方法2.2.1水煤浆的制备称取已经配好的100g煤粉(煤粉的粒度小于200目的大于80%)倒人烧杯中,准确量取一定量的添加剂,在搅拌的情况下,加入所制浓度需要的水,然后用(4)自动搅拌器在1200r/min的转速下搅拌15min,搅拌时搅拌头离烧杯底1cm,得到煤水混合物即水煤浆2.2.2水煤浆黏度的测定12合成工艺实验中水煤浆黏度的测定使用NDJ-1型黏度计,1.2.1合成原料选用3号转子,转速为30r/min,测量时间为5min,测碱木素(木质素的质量分数45%-48%,pH值8~量温度为25℃,测量容器为100L烧杯。9)、磺化剂A、引发剂B、聚合剂C。2.2.3水煤浆流动性的测定1.2.2实验装置水煤浆流动性采用目测法,根据其流动性状,分实验仪器:三口烧瓶、温度计、HB-2型水浴锅为AB、C、D4个等级;每个等级的标准是:A不间断J1型电动搅拌装置、电子天平、分液漏斗、移液管。流动;B间断流动,呈稠流状;C间断流动,呈稀糊状;实验装置示意图如图1所示。D不流动搅拌器2.2.4水煤浆的稳定性测定温度计分液漏斗将100mL水煤浆用漏斗倒人100mL的量筒里,用保鲜膜密封,观察24h析水情况。然后每天开封,采用恒温水浴锅水煤浆静稳定性的检测方法测其沉淀情况,确定水煤浆出现硬沉淀时的时间。23复合型添加剂DCS与綦系添加剂Ns性能比较分别用DCS和NS对成浆性能不同的义马煤、山西煤、湖南娄底煤进行成浆性实验,检测所制水煤浆图1DCS合成实验装置示意图的浓度、黏度、流动性和稳定性能,其实验结果见下页表2~表4。1.2.3工艺条件从表中可以明显看出,对于同一种煤,在相同的通过正交设计实验和煤的成浆性实验确定了由制浆工艺条件、相同的添加剂用量和水煤浆浓度的条碱木质素制复合型水煤浆添加剂的最佳工艺条件为:件下,DS与NS相比,不仅具有与NS相同的良好的每千克碱木质素加入磺化剂A200g,引发剂B50g在分散效果,还具有良好的稳定性能,DCS是一种性能温度T下反应th,然后与聚合剂C100g在温度T2优良的复合型水煤浆添加剂。下反应h2h,得到复合型水煤浆添加剂。3主要结论2DCS性能检测3.1实验结果表明,DCS复合型水煤浆添加剂适应煤21煤样的选择种广泛,成浆性能优良,稳定性好。对大部分煤种,与实验采用成浆性能不同的有代表性的3个煤样,萘系水煤浆添加剂Ns相比,生产相同浓度的水煤浆,2008年2月戴财胜等:复合型水煤浆潘加剂的合成与性能研究表2义马煤与不同添加剂制得的水煤浆的技术性能稳定性添加剂添加剂量/%质量分数伟%黏度/mPas流动性24h析水量/a产生硬沉淀时间/d0.8表3山西煤与不同添加剂制得的水煤浆的技术性能添加剂添加剂量质量分数/%黏度/mPas流动性24析水量/产生硬沉淀时间/d0.30.368.00678表4娄底煤与不同添加剂制得的水煤浆的技术性能稳定性添加剂添加剂量/%质量分数/%黏度/mPa·s流动性24h析水量/mL产生硬沉淀时间/d71DCS不仅添加剂用量少,而且稳定性远远的超过系术,2004,32(3):52-53.添加剂。[2]张荣曾.水煤浆制浆技术[M].北京:科学出版社32DCS的合成工艺简单,无气、固和液相废物的排996.141-152.放,属于绿色合成化工工艺。[3]蒋挺大.木质素[M].北京:化学工业出版社(环境科学33DCS复合型水煤浆添加剂的主要生产原料为可与工程出版中心),2001.1-5.再生的木质素,工艺简单、价格低,不仅能提高水煤浆[4]谢宝东,邱学青,王卫星木质素改性与木质素水煤浆的质量,还能降低水煤浆的生产成本,具有极好的推添加剂[J].造纸科学与技术,2003,22(6):120-123广应用前景和市场竞争力。[5]高洁,汤烈贵纤维素科学[M].北京:科学出版社1999.230-237参考文献[6]潘学军,碱木素的分离、改性和利用[J].天津造纸,[1]戴财胜,水煤浆在热风炉上的应用[J].煤炭科学技1991,21(4):73-75Preparation and Property of Composite Additives for Coal Water SlurryDai Caisheng and Yang HongboCollege of Chemical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201)Abstract The principle of synthesizing additive, mainly made from lignin, for coal-water slurry(CwS) was studiedThe progress in lignin chemical modification was reviewed as well by sulfonation and condensation reaction throughtiator. The best technological process of the additive-DCS is determined by orthogonal experimental method. Theproperties of DCS are examined using different coals. The result reveals that its dispersion and the stability are better thannaphthalene. The consequence indicates that DCS is a fine additive for CWS. The DCS can improve the performance ofCWS, reduce the cost of CWS, promote and develop the technology of Cws preparation.Key words lignin, coal-water slurry, composite additive for CWS