水煤浆添加剂的研究进展

第32卷第1日用化学工业China Surfactant Detergent Cosmetics水煤浆添加剂的研究进展范丽娟(北京万盛木煤浆有限责任公司,北京101309)摘要:随着世界原油资源的日渐减少及燃煤污染的日趋严重,水煤浆作为一种新型的环保型煤基流体燃料日益受到人们的重视。从70年代至今,国内外学者研究过多种添加剂,目前制浆用添加剂主要分为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂两大类,但高效,价廉、适用性广的添加剂为数并不多关键词:水煤浆;添加剂;阴离子表面活性剂;非离子表面活性剂;燃料中图分类号:TQ423.2文献标识码:A文章编号:1001-1803(2002)01-006-03水煤浆( Coal Water mixture,简称CWM)是一种国际价格比为1:2:3:4,我国非离子型添加剂的价格新型的煤基流体燃料,是由大约70%的煤、30%的比这个比例还高。所以制浆添加剂多选择阴离子表面水和少量(通常约占煤量的0.5%~1.0%左右)的活性剂。分散剂的作用发生在煤水界面,因此它的效化学添加剂制备而成的固液分散体系,属热力学不稳能与煤炭性质特别是煤炭的表面性质及水的性质都有定体系。具有实用要求的高质量水煤浆应具备高浓密切的关系。所以制浆用化学添加剂配方不可能是度、低黏度、良好的流动性及稳定性,为达此目的,成不变的。合理的添加剂配方必须根据制浆用煤的性在煤水混合物中加入适量的化学添加剂是非常重要质和用户对水煤浆产品质量的需求,经过实验研究后的方可确定。从70年代至今,国内外学者研究过多种制浆时所用添加剂,按其功能不同,有分散剂、添加剂,目前制浆用添加剂主要分为阴离子表面活性稳定剂及其他一些辅助化学药剂,如消泡剂、pH调剂和非离子表面活性剂两大类,但高效、价廉、适用节剂、防霉剂、表面改性剂及促进剂等多种。在这些性广的添加剂为数并不多。总的归纳起来,到目前国添加剂中,不可缺少的是分散剂与稳定剂。受水煤浆内外研制及筛选的水煤浆添加剂分为以下几种类型市场的影响,国内水煤浆添加剂的研究、发展比较缓1.1阴离子型的水煤浆分散剂1慢。目前,水煤浆添加剂主要以萘系列、腐殖酸系(1)聚烯烃系列如:马来酸与各类环戊二烯的列、木质素系列、丙烯酸系列以及相关复合型添加剂聚合物钠盐,聚环烯磺酸盐,聚二烯磺酸盐,聚苯乙为主,其中应用比较广泛的为萘系列水煤浆添加剂;烯磺酸盐,异丁烯和順丁烯二酸酐聚合物钠盐等。此对于蔡系列添加剂的研究、应用已达到较高水平;其种分散剂的用量一般为煤重的0.5%左右,其中聚苯成本相对国外同类产品较低。虽然我国已对水煤浆添乙烯磺酸盐(PS),比萘磺酸盐甲醛缩合物更优越。加剂进行了较多的研究,但仍存在所适用煤种范围对低灰CWM同时具有良好的减黏以及稳定作用。前窄、成本较高等问题。者随相对分子质量增加而减弱,后者则反之。因此1分散剂通过控制相对分子质量可以同时兼顾CWM的流变性分散剂的作用在于提高煤粒表面的亲水性,增加和稳定性,甚至可以免去稳定剂的加入。这是高聚物煤粒表面的动电位,使煤粒在水中能更好的润湿并均分散剂的主要优点之匀的分散于水中,防止煤粒间相互聚集,从而提高煤2)聚丙烯酸酯系列如:丙烯酸与苯乙烯聚合浆浓度,降低煤浆黏度,增加煤浆流动性。水煤浆分物钠盐、丙烯酸与丙烯酰胺共聚物钠盐和聚丙烯磺酸散剂都是一些表面活性剂,溶于水后,按离解与不离盐等。解可分为离子型与非离子型两大类。按价格,阴离子(3)木质素磺酸盐此类分散剂主要来自造纸废型最便宜,它与非离子、阳离子及两性表面活性剂的液再加工,其最大优点是原料丰富,易于加工,价格收稿日期:200-10-16;修回日期:2001-01-19作者简介:范娟(1972-),女,北京,199年攻读北京化工大学硕士学位,联系电话:(0o)61291452第1期范丽娟:水煤浆添加剂的研究进展专论与练遽便宜,而且浆的稳定性好。一般用量为干煤的1%~(2)高分子有机化合物大多数是有机多糖类高2%。缺点是杂质含量大,因此,除易制浆的煤种分子聚合物,如:Guar胶、 Xanthan胶、黄胶、阿拉外,通常都不能单独应用。伯胶、半乳糖醛酸、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺絮凝(4)腐殖酸盐及磺化腐殖酸盐系列大量实验证剂、羧甲基纤维素(CMC),以及一些微细胶体粒子明、越年轻的原料煤,其产物的降黏效果越好。这是(如有机膨润土)等。高聚物的特点是线性长度长因为越年轻的原料煤,含活性基团丰富。-COOH、而且每个分子都有许多极性基团,通过氢键或其他键H、-0-等,有利于进行化学反应,同时年轻煤合作用(如共价键),在煤粒间架桥,形成结构。结基本结构单元相对分子质量小,有利于起分散减黏作构形成后,水被包裹在结构的空隙内,浆的黏度升用。此类分散剂的许多特点和木质素相似,但其分散高,尤其有高的剪切应力,有利稳定。由于CWM为性能更佳,可单独使用,加量约1%~1.5%,其主粗粒悬浮体,属动力不稳定体系,要其稳定,主要方要缺点是浆的稳定性差法是使它成为假塑性触变体3。稳定剂的用量随煤(5)各类取代基聚萘磺酸盐系列能作为CwM种、稳定剂类型、要求的稳定期而异,变化在干煤量分散剂的萘磺酸盐种类很多,其中典型产品是萘磺酸的0.1%~0.005%之间。钠甲醛缩合物。此类分散剂适用范围广,并能和各类3其他辅助添加剂分散剂复用。加量视煤种不同,大约为干煤量的(1)消泡剂当分散剂具有较强的气泡性能时,0.5%~1.5%。特点是减黏作用及流型好,但通常稳需补加消泡剂。如:醇类及磷酸酯类。定性差和价格较高,所以常和其他类型分散剂共用(2)pH值调整剂添加剂在水中的离解度以及(6)羧酸盐及磷酸盐系列如:多环多元羧酸、与煤炭表面及溶液中其他物质的作用,均与溶液的酸聚羧酸盐、多聚磷酸盐和羟基苯甲酸聚合物钠盐等碱度有关。为了取得良好的制浆效果,制浆时以弱碱1.2非离子型的水煤浆分散剂2性的溶液环境较好。(1)聚氧乙烯系列如:山梨糖醇聚氧乙烯醚和(3)杀菌药剂添加剂都是一些有机物质,有的月桂醇聚氧乙烯醚等。此类分散剂不受水质及煤中可在长期储存中易受细菌的分解而失效:这时要使用杀溶性物影响,但价格昂贵,一般用量在05%以上。菌药剂。(2)聚氧乙烷系列由于非离子型的水煤浆分散(4)乳化剂对水煤浆产生很好的乳化作用,使剂的价格比较贵,根据其特定的性能,可以采取与其分散体系的亲油性明显改善,采用这一乳化方法不仅他阴离子型的分散剂进行复配,从而减少非离子型分可使煤浆黏度降低,而且可减少分散剂用量和消除分散剂的使用量。大量实验证明,这种经过复配的水煤散剂的起泡现象,使水煤浆性能得到进一步改善其加浆分散剂具有优良的成浆特性,其用量也比较小,尤人量在05%~0.2%(占水煤浆)。但乳化制浆是转其是对水煤浆的稳定作用是阴离子型添加剂所不能比相过程有一增稠阶段,阻力较大,动力消耗增加,所的。但在非离子型分散剂的使用过程中均需配用消泡以针对难制浆煤采用乳化制浆是值得考虑和进一步探剂讨的。总之,分散剂应有很好的水溶性但决非对煤的润4新型添加剂的研究与开发近况4湿性越好,降黏效果越佳。润湿剂、渗透剂能使煤粒制浆效果取决于煤炭表面与添加剂分子的相互作变得极为亲水(接触角等于零),但它们决不能作用,我国的科学工作者开发了三类改变煤炭表面性CWM分散剂用。对于不同的煤种,添加剂的性能能质、促进添加剂分子更好地在煤粒表面吸附的化学药满足工业要求时,应先考虑添加剂的价格,对于某些剂。中国科学院感光研究所江龙教授开发了提高低阶难制浆的煤种,才采用非离子型的添加剂煤表面疏水性的药剂,使一些原来接触角只有10左2稳定剂右及难制浆的煤种的接触角提高到40°~50°,显著提稳定剂的作用是使煤浆中已分散的颗粒能与周围高了制浆效果。中国矿业大学的曾凡教授开发了与磺其他颗粒及水结合成为一种较弱但又有一定强度的三酸盐阴离子添加剂共用的促进剂,它可阻止磺酸基以维网络结构,从而有效地阻止颗粒沉淀,防止固液间化学吸附方式在煤粒表面形成的反吸附,并与水中高的分离。价金属离子作用产生水不溶物,削弱这些离子的不良(1)无机电解质压缩双电层,降低静电排斥影响,同时这种沉淀物还能堵塞表面的微乳,降低药力,促进颗粒凝结;对己吸附有阴离子表面活性剂分剂的消耗。中国矿业大学顾全荣,开发了GW型助子颗粒起“搭桥”作用,从而形成网络结构剂,它可以使煤炭表面的电荷从负转为正,增强了阴专论与综遽日用化学工业第32卷离子添加剂在煤表面的吸附,使得在添加剂浓度较低比方面最优。此外,为了降低添加剂费用,可选择成时也能获得较好的制浆效果,从而使添加剂耗量减少浆性好的制浆用煤,并力图产生较好的粒度分布、这了近一半样可少用添加剂也能制出符合质量要求的水煤浆。随5结语着水煤浆市场的逐渐发展、壮大,研制出一种价廉实验证明,水煤浆添加剂分子结构特征(包括主高效和适用范围广的添加剂是非常迫切的结构特征、取代基的类型及性质,聚合度、磺化度、参考文献:HLB值及羟值等)与煤质及煤表面物化性质间有着密[1曾凡,木煤浆添加剂].选煤技术,195(2):41-45切的相关性。添加剂费用在制浆成本中是仅次于煤炭12.罗秋良,非离子型水媒浆添加削的研究进展1.选煤技,费用的主要成分,所以添加剂的配方对水煤浆的成本有重要的影响。为此,我们主张不必盲目追求药剂性31李水听,孙成功,李保庆,等,水煤浆添加剂的研究评述[1煤炭转化,197(1):8-13能的高效,而要求经济合理,在能满足用户对煤浆质4.张茉曾、水煤浆制浆技术[M1.北京:科学出版社,9%:141量要求的前提下,应使所选的添加剂配方在性能价格Development of the additives of coal water mixtureFAN Li-juan(Wansheng CWM Co. Ltd, Beijing 101309, China)Abstract: As the reducing of petrol resource and the pollution of fuel coal becoming more and more hardly, water coal mixture(CWM)as a mweunpolluted kind of caol liquid fuel have been more and more important. From 1970 s to present, the abroad and civil professors have studied a lotof additives. The additives used in CWM howe two kinds: one is negative- ion surfactant and the other is non-ion sufactant, but the additivesith high effective, low price and wide fitness are still very fewKey words: coal waler mixture: additives: anion surfactant; fuel≯≯》≯》》》》》》》》》≯》》》》》》》》≯游》》》≯》》》》身身身》身即》(上接第4页)Interaction in binary miztures of surfactants in pure aqueous solutionsThe effect of structure and temperature on mixed adsorptionWANG Zhong-nil.2, U Gan-zuo', GUAN Ru-shi,WANG Yan(1. Key lab for Colloid and Interface Chemistry of State Education Ministry, ShandongUniv, Jinan 250100, China; 2. Department of Chemistry, Shandong Normal Universitylinan 250014, China; 3. Shandong Freda Biochemical Company, Ltd, Jinan 250014China; 4. China Research Institute of Daily Chemical Industry, Taiyuan 030001, China)Abstract: Adsorption at the interface of pure aqueous soluion/ air for mixtures of tioxyethylenated dodecyl sulfonate (CnES)with some POE.non-ionic(CloEs, C1 E,)surfactants at 25 and 40C were studied from surface tension data by using Gibbs adsorption theorem and Rosen's equationsbased upon regular solution treatment. For systems investigated, it has been shown that (1)pOE is the priority component in the mixed monolayerwhich the molar fractions of POE in the monolayer is more than 0.5, when the molar fraction of pOe in the mixed solution in more than 0.1;(2)the interaction parameter 2 and the exchange energy e of above mixed surfactants ae negative values; (3)the larger the EO number in POEmolecules, the stronger the attractive interactions, and the weaker the adsorption of POE in mixed monolayer; (4)surface total concentrationsandthe molecular interactions in mixed monolayer decrease as the temperature increasesKey words: surfactant; triaxyethylenated dodecyl sulfonate: surface adsorption: mixtures of surfactants; molecular interaction parameter;ex-48