神华煤高效水煤浆添加剂的研制

第3期煤质技术2010年5月神华煤高效水煤浆添加剂的研制王国房(煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,北京100013)摘要:根据神华煤的煤质特征及成浆性特点筛选和确定添加剂的类型,通过优化磺化剂用量、磺化温度、磺化水解酸度、甲醛用量及缩合时间等反应条件最终研制出分散性优良的、性价比高的神华煤专用高效水煤浆添加剂。关键词:神华煤;水煤浆;添加剂;黏度中图分类号:TQ534.4文敝标识码:B文章编号:1007-7677(2010)03-000403The research of high efficiency additives for coal water slurry preparation with Shenhua CoalWANG Guo-fangBeijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)Abstract: The type of additive was selected and determined according to the coal characteristics and slurry ability of Shenhua coalthe reaction condition including sulfonating agent dosage sulfonated temperature the acidity of hydrolysis, formaldehyde dosageand the time of condensation were optimized and the special high efficiency additives for superior dispersing property and higherratio of performance to price for Shenhua coal water slurry was manufactured finally.ls: Shenhua coal; coal water slurry: additives; viscosity神华煤属于低灰、特低硫、特低磷、中高发热1.2合成试验主要步骤量的优质动力煤,因其变质程度较低、孔隙度发(1)将计量的原料放入四口瓶中,边搅拌边加达、亲水性较强,难以制备出高浓度、低黏度的水热至120℃左右煤浆,但由于神华煤亲水性强,所制的水煤浆稳定(2)在120℃左右加入计量的硫酸。加入硫酸性较好。后,继续升温到至120℃~160℃,开始计磺化时与中高变质程度的煤相比,神华煤表面富含极间,磺化至规定时间后,停止加热,使物料冷却。性含氧官能团,通常可与水形成牢固的氢键,增强(3)温度降至120℃以下时,加水水解,水解了对水的亲和力,从而使浆的黏度升高,即为神华时间0.5h,水解结束时,通过加热或加酸调整酸煤成浆性较差的主要矛盾所在。该研究试图通过煤度到20%~30%。粒表面阻隔消除水与煤表面氧的结合,达到降黏的(4)冷却到90℃开始加入甲醛,甲醛在2h内目的。分2~3次加完,当缩合温度到100℃左右时,即根据以上分析,该研究选择了与神华煤表面结可计算缩合反应时间,直至规定的缩合时间。构特征相匹配的添加剂原料,并优化了磺化剂用(5)达到规定的反应时间后,停止加热,使物量、磺化温度、磺化水解酸度、甲醛用量及缩合时料冷却,温度降至60℃左右,边搅拌边缓慢加入间等关键反应条件,使制成的添加剂对神华煤具有NaOH,到中和快要结束时,要经常用pH试纸测良好的降黏作用。定pH值,当pH值为7~9时,认为中和过程结试验过程束,即可制得多环芳烃磺酸钠缩合物液体产品。1.3煤浆性能评价试验1添加剂合成工艺路线按制浆浓度的要求,称取定量200g具有良好添加剂合成工艺路线如图1所示。级配的煤粉与相应量的水、添加剂,在烧杯中逐步多环芳烃原料120℃~160c00℃~120c190℃~10c160℃~70℃170℃~80℃图1添加剂合成工艺路线第3期煤质技术010年5月搅拌混合成浆,成浆后釆用J2型电动搅拌器搅2磺化温度对产品性能的影响拌20min,用NXS4C型黏度计测量黏度,101A原料水煤浆性能型电热鼓风干燥箱105℃下测量其所含水分,计算原料/硫酸/温度/时间/实测浓流黏度出水媒浆浓度。2试验结果与分析1.001.44120365.2连续流动13401.001.44130365.3连续流动该试验所确定合成的工艺过程,主要包括磺化1.001.44135365.2连续流动880365.1连续流动1040和缩合两主要阶段。试验研究内容主要包括磺化剂1.001.44153653向断流动1520浓硫酸的用量、磺化温度和时间、水解酸度、缩合剂甲醛用量、缩合反应时间等影响因素的试验分从表2数据可以看出:磺化反应当温度偏低析,并筛选出最佳反应工艺技术参数。时,反应速度进行较慢,反应不完全,磺化度低,为保证合成实验结果具有可对比性,选用水煤样品性能较差。当升高温度时,反应速度加快,磺浆定浓黏度、流动性指标,研究添加剂合成反应各化转化率提高,样品性能变好。当继续升高温度种因素对水煤浆性能的影响。时,将有副反应二磺化发生12),导致后期缩合难度2.1磺化剂用量对产品性能的影响大,样品性能反而降低,说明磺化度是在一定范围磺化反应中的原料配合比、磺化反应温度和时内随温度增加,浆体流动性有明显改善,超过一定间是影响磺化度的重要因素。在其他工艺条件不范围后,流动性能有变差趋势。实验表明:磺化温变情况下,改变磺化剂用量,测定水煤浆黏度,观度在130℃~135℃,时间3h为宜。察流动性。磺化剂硫酸用量对水煤浆产品性能的影2.3磺化水解酸度对产品性能的影响响结果见表1。水解酸度是影响聚合度的重要因素,酸在介质中是缩合剂的作用,不同水解酸度的合成试验结果1磧化剂硫酸用量对水煤浆产品性能的影响见表3。原料配合比表3水解酸度对产品性能的影响水煤浆性能原料缩合反应水水媒浆性能原料/mol硫酸/mol实测浓度/%流动性黏度/mPa·s原料/mo甲醛/m解酸度/%实测浓度/%黏度/mPa1.00l.1565.1间断流动>1800连续流动0.9526.631.00652连续流动87030.8065.21.001.6065.2连续流动10631.000.9从表3数据可以看出:水解酸度较低时,反应如表1数据所示:磺化剂用量在1.29mol~物料稀易搅拌,煤浆黏度增大,随酸度上升物料黏1.44mo比之间时所得样品具有较好的性能指标。度增加变稠,煤浆黏度下降,再增加酸度时,物料主要是因为磺化反应生成水,使磺化剂浓度不断降更加黏稠,不易搅拌,煤浆黏度呈上升趋势,酸使低,当降至一定浓度时磺化反应就停止了。磺化剂甲醛分子活化后,才能把主体结构连接起来,因而不足,反应进行不完全,产物收率低,进一步聚合H·的浓度愈高愈好,但超过一定范围后,可使物时形成的产物分子量低,样品分散性差,因为起分料过早地变黏稠难于搅拌,不利反应正常进行;另散作用的主要基团是磺酸根,而磺化剂不足无疑会外,酸度低时,参加反应的物料浓度低,降低缩合使分子中引入的磺酸根数量减少。磺化剂用量太高反应速度延长反应时间。试验结果说明缩合反应最时,副反应增多,杂质增加,成本增高,磺化剂用佳水解酸度在285%~295%为宜量在1.00:(1.29~1.44)mol比为宜。2.4甲醛用量、反应时间对聚合度及煤浆性能的22磺化温度对产品性能的影响影响恒定磺化原料配比和反应时间改变磺化温度的缩合剂的用量根据缩合反应的化学计算式来决试验结果见表2。定3,甲醛的用量可根据磺化物的生成量来确定,第3期煤质技术2010年5月而磺化物的量又可根据前面磺化反应时原料多环芳0.6%~0.7%时煤浆表观黏度值基本不变,用量大烃用量来确定。显然,甲醛用量的多少,可以决定于0.8%时黏度略有增加。磺酸缩合物的聚合度n,而聚合度n的大小将会直综上所述,神华煤制浆的最佳添加剂用量为接影响到添加剂的分散降黏效果。0.6%~0.7%(干煤基)。缩合反应是个亲电取代反应,缩合度的大小对水煤浆的流变性、表观黏度、稳定性都有很大的影3结语响“。甲醛用量和聚合反应时间的实验结果见表4。(1)针对神华煤表面富含极性含氧官能团、亲4甲醛用量,反应时间对聚合度及煤浆性能的影响水性强的结构特点,选用与其相匹配的多环芳烃为原料缩聚条件水媒浆性能原料,合成水煤浆添加剂工艺技术是可行的,用于原料/甲醛/酸度/温度/时间/实测浓黏度神华煤制浆浓度可达65%以上,其制浆性能好于h度/%mPa:s市场同类产1.000.9228.8595~2(2)经优化工艺技术条件后,确定添加剂合成1.000.9529.7095~1控制参数及控制指标见表6。1.001.0029.4795~10165.3表6添加荆合成控制参数及控制指标1.001.0029.2295~101565.286控制参数1.001.0529.3195~101665.180原料:磺化剂:甲醛(摩尔比)1.00:1.44:1.001.001.2029.6195~1016碱化温度/C135±2磺化时间/h从表4数据分析可知:添加剂制浆性能在一定水解酸度/%28.5~29.5范围内随甲醛用量增加,反应时间延长,水煤浆黏缩聚温度/℃95~101度呈逐渐降低趋势,物料状态逐渐变稠,当超过一定缩案时间/h稳定终点pH值7~9范围后,继续增加甲醛用量,物料状态呈黏稠,不易搅拌,水煤浆黏度增加。影响聚合度的因素为甲醛用(3)如建厂规模为1万t/a,根据目前原材料量、水解酸度、缩合温度和时间,反映各因素的最市场价格、原材料消耗以及其它费用进行估算,神佳状态目前只能用煤浆的黏度指标来表示。试验结华煤高效水煤浆添加剂产品成本在4000元/t左果表明:最佳聚合工艺指标或参数为:甲醛用量在右,如按添加量0.7%(干煤基)计算,水煤浆的1.00:(0.95~1.0)mol比,温度95℃~101℃添加剂成本为18元/t水煤浆,性价比高于市场同时间6h。类产品25合成添加剂最佳用量试验参考文献采用合成的神华煤高效水煤浆添加剂,按设计制浆浓度为65%,煤种为神华1ˉ2煤和保德配煤[1]陈启厚,陈忠祥,多环芳烃磺酸盐表面活性剂的合威(4:1)进行制浆试验,水煤浆表观黏度随添加剂[].陕西化工,2000,29(2)用量的变化情况见表5。[2]李宗石,表面活性剂合成与工艺(第二版)[M]表5合成添加剂用量对表观黏度的影响北京:中国工业出版社,1995[3]童兴龙,王家蒙,高效减水剂亚甲基蔡磺酸钠缩聚物的浓度/%添加剂用量(干煤基)/%表观黏度/mPa·s研制[],宁波高等专科学校学报,1996,8(1)65.21475[4]徐江华,房秀敏,江明.磺酸甲醛缩合物的合成及其在水煤浆添加剂中的应用[J].淮南矿业学院65.165.2学报,1996,16(3)65.2作者简介:王国房(1979-),男,河北商城人,硕士,工程师,2004年毕业于中国矿业大学(北京),主要从事水煤浆添加剂由表5数据可以看出:合成添加剂具有很好的技术的研究。降黏效果,随着添加剂加入量(0.2%~0.6%)的增加,水煤浆表观黏度明显降低。当添加剂用量为(收稿日期:2010-03-30)