水煤浆添加剂的研究进展

第37卷第1期应用化工Vol 37 No2008年1月Applied Chemical IndustryJan.2008水煤浆添加剂的研究进展刘晓霞,屈睿2,黄文红3,龚林彦3(1,西北化工研究院信息中心陕西西安710001.北京中外建筑设计有限公司西北分公司综合技术设计一所陕西西安710075;3新疆独山子天利高新技术股份有限公司新疆克拉玛依833600)摘要:简要介绍了水煤浆添加剂的分类、作用及工作原理,在此基础上,详细分析和论述了国内外水煤浆添加剂的研究现状及发展方向,并对水煤浆添加剂研究领域存在的问题进行了探讨。关键词:水煤浆添加剂;分散剂;稳定剂;进展中图分类号:TQ536.1文献标识码:A文章编号:1671-3206(2008)01-0101-03Advance in the additives of coal water slurryLU Xiao-xia, Q0 Rui HUANG Wen-hong', GONG Lin-yan(1. Center of Information, the Northwest Research Institute of Chemical Industry, Xi'an 710600, China; 2. the FirstDesign Department of General Technique, Beijing CCI Architecture Design Lad, Northwest Branch, Xi'an 710075China; 3. Xinjiang Dushanzi Tianli High New Tech Co, Ltd, Kelamayi 833600, China)Abstract: The article provides a brief introduction on the sorts, function and operating principles of coalwater slurry(CWS). On the basis of survey, it gives detailed analysis and expounds on the present stateresearch and developing prospects of CWS at home and abroad. Furthermore, it discuss some problems ex-isting in the field of CwSKey words: additive of coal water slurry; dispersant; stabilizer; advance中国是个富煤少油的国家煤炭资源在中国能1水煤浆添加剂的分类及作用原理源消费中占70%左右。煤炭的传统使用方法具有1.1水煤浆添加剂的分类灰渣多、污染大、运输困难燃烧发热率不高等缺点,根据作用不同,水煤浆添加剂可分为分散剂稳水煤浆技术则是针对这些缺点对煤炭资源进行深度定剂和助剂三大类其中分散剂最为重要。水煤浆加工、合理利用的重大改革。水煤浆是一种新型煤添加剂是水煤浆生产过程中必需的重要助剂特别基流体燃料,由煤(约70%)、水(约30%)及少量添是对高浓度、高稳定性水煤浆的制备添加剂的作用加剂经过一定的工艺流程加工而成。它既保持了尤为关键。分散剂能使煤颗粒均匀分散在水中并煤炭原有的物理特性,又具有石油一样的流动性与在颗粒表面形成水化膜,使煤浆具有流动性。按照稳定性可以贮存泵送雾化与稳定燃烧,是一种比溶于水后的解离程度,水煤浆分散剂又可分为阴离较理想的代油煤炭洁净燃料,不仅可以在电站锅炉子型、阳离子型、两性型和非离子型,其价格比为工业锅炉和窑炉中直接燃烧还可以代替油或代替1:3:4:2,出于对性价比的考量,目前国内外研制及煤气作为燃料。由于水煤浆是一种粗颗粒悬浮体,且煤炭属于型其中主要有萘系、腐殖酸系、木质素系、聚烯烃疏水性物质因此要使浆体具有良好的流变性和稳系、丙烯酸系以及相关的复配产品。定性,即使是易成浆的煤种,若不加入化学添加剂水煤浆稳定剂具有两个作用:一个是使水煤浆要制成所希望的水煤浆是不可能的。为了使水煤浆具有剪切变稀的流变特性即当静置存放时水煤浆在正常使用中具有较低的粘度、较好的流动性;静止有较高的粘度,开始流动后粘度又可迅速降下来;另时又具有较高的粘度,不易产生沉淀,在制浆过程个是使沉淀物具有松软的结构,防止产生不可恢中,一般会添加少量的化学添加剂,用量通常约占煤复的硬沉淀。现阶段使用的水煤浆稳定剂主要有无炭总量的1%(21。机电解质和高分子化合物两类,如各种可溶性盐类、收稿日期:2007-1008作者简介:刘晓霞(1978-),女,陕西延安人,西北化工研究院助理工程师,硕士,从事化工信息情报工作。电话:029102应用化工第37卷高分子表面活性剂、纤维素、聚丙烯酸盐等。Ukiah等在实验中发现,随着磺化度的增加,添加剂1.2水煤浆添加剂的作用原理和煤粒表面的亲和力加强,因而改变了煤浆的流变水煤浆添加剂实际上是一些表面活性剂,在水特性。在水煤浆分散剂的复配方面,土耳其的C煤浆制备过程中,它可以改变煤粒的表面性质使煤 Atesok等就将PSS和NSF复配用作水煤浆分散粒能够在水中分散,使煤浆体具有良好的流动性和剂,用来调节水煤浆的流变性,并取得了理想的效稳定性。水煤浆添加剂是一种两亲分子,由疏水基果。 Shigeru Maeda分别用NSF和木质素磺酸盐制和亲水基两部分构成浆,发现在储存和运输期间会产生沉淀,浆的稳定性1.2.1提高煤颗粒表面亲水性由于煤表面主要差,但是在复配了三聚磷酸钠后,水煤浆粘度显著下是疏水性物质,煤颗粒在水中具有热力学不稳定性,降,稳定性大幅度提高,其研究结果还指出,其它聚极易团聚把本来有限的水包裹在颗粒间缝隙里,从磷酸盐(如焦磷酸钠)也具有较好的复配效果。另而使体系粘度高流动性差。分散剂分子通过其疏外,在水煤浆稳定剂的研究方面,F,Boyu等間通水基和煤表面结合,以亲水基朝水的定向排列方式过试验发现,羟甲基纤维素(CMC)和无机矿物质都把水分子吸附在煤粒表面,变疏水性为亲水性借水能够有效抑制水煤浆的沉降和分离,对水煤浆具有化膜将煤粒隔离开减少煤粒间的阻力从而达到降很好的稳定作用粘的作用。22国内水煤浆添加剂的研究状况1.2.2增加煤颗粒表面电性DLⅤO理论认为,胶近年来,华南理工大学、南京大学、中国矿业大体颗粒稳定存在的先决条件是颗粒间的静电斥力大学、江苏省昆山市迪昆精细化工公司、淮南矿业集团于颗粒间的范德华引力。当增加了煤粒表面静电斥合成材料有限责任公司等对水煤浆添加剂做了很多力以后煤粒之间不易接近,难以形成聚集状态,可研究工作,开发出一系列具有竞争力的产品。华南以增强水煤浆的分散稳定性。但是,这并不是煤粒理工大学的邱学青等将磺化丙酮甲醛树脂(SAF)分散的充分条件。如非离子表面活性剂不能使煤粒用作制备水煤浆中的分散剂试验结果表明,SAF是表面荷电,却分散性很好的事实也证明,除了静电斥种非常有效、非常有发展前景的高负荷水煤浆用力外,还有其它的作用效应存在。分散剂2。南京大学开发的NDF水煤浆添加剂1.2.3空间位阻效应煤粒表面吸附添加剂分子适用煤种宽,性能好,也占有了大量的水煤浆添加剂时颗粒间就增加了一层障碍煤粒添加剂分子的市场。迪昆精细化工公司选择以有机羧酸为主亲水链及水分子就构成了三维立体结构当颗粒相体的共聚物合成路线,制取分散性能高稳定性能互靠近时,可机械地阻挡聚结。其中稳定剂的作用好、成本较低廉的水煤浆分散剂,并与酰胺类稳定剂机理主要体现在使煤粒与水之间形成一种较弱,但配成CWF型水煤浆添加剂。其分散性、润湿性及动又有一定强度的三维空间结构,从而对颗粒的沉淀静态稳定性等性能基本相似于日本产添加剂某些起到阻碍作用。性能甚至优于日本同类产品叫。华煤水煤浆技术2水煤浆添加剂的国内外研究现状联合中心研制成功了污染小经济、社会效益好的新2.1国外水煤浆添加剂的研究状况型阴离子型高分子水煤浆添加剂,与国外同类技术国外关于水煤浆添加剂的研究已有多年的历相比,该技术开发思路新颖、成本低,仅为国外的史,比较突出的有日本油脂公司、花王公司、雄师公1/3。淮南矿业集团合成材料有限责任公司开发的司等。目前,日本研究人员开发的一系列性能优HNF型水煤浆添加剂可以同时兼顾水煤浆的分散良的分散剂如萘磺酸盐聚合物(NSF)、聚苯乙烯磺性和稳定性吲。酸钠(F)已经实现工业化生产6。已有的研究结于添加剂结构特征对煤成浆性的影响,国内果表明,水煤浆添加剂分子结构特征(主结构特征、科研工作者也已经做了大量的硏究。谢亚雄等研究取代基的类型及性质、聚合度、磺化度及羟值等)与添加剂不同取代基性质对灵武煤成浆性的影响所煤质及煤表面物理化学性质有着密切的相关性,这选用的3种添加剂是主结构为多核芳烃,而取代基种匹配性影响着煤的成浆性流变性以及浆体稳定性质不同的分散剂。实验结果表明,取代基的性质性。Hioo等人在研究单体结构相同,而取代基不同,使得添加剂在煤粒表面由于空间效应或煤表或聚合度等不同的添加剂对无机粘土含量较高的煤面官能团之间的相互作用等其它因素而具有不同的的成浆性影响实验中,发现不同的添加剂对煤的成吸附能力进而影响煤的成浆性。沈健等合成浆性影响有较大的差异,说明添加剂的结构特征和种由烯键加聚和醛与芳烃缩聚得到的三元共聚高分第1期刘晓霞等:水煤浆添加剂的研究进展103稳定性好和成本低等特点。程国柱等以催化回配对象,提高水煤浆浓度,降低煤浆粘度,降低总添炼油溶剂抽出物重质芳烃为原料,合成了一种带有加剂的用量,是我们面临的一个重要课题。碳原子数为1~3的短侧链、芳环数为3~5的稠环芳烃混合磺酸盐型表面活性剂,具有良好的分散特参考文献性[1]钱伯章.水煤浆制备及添加剂技术的发展[J].煤炭加3我国水煤浆添加剂的研究方向工与综合利用,2004(3):4.近年来,随着人们环保意识的日益提高和石油2]周长丽水煤浆添加剂在高浓度水煤浆生产中的应用[J].贵州化工,2006,31(2):10-11资源的日益短缺,一些以石油产品为原料的分散剂(3]周明松,邱学青,王卫星,水煤浆分散剂的研究进展(如萘系分散剂)将面临原料短缺、成本提高的困[J].化工进展,2004,23(8):846851境。因此天然生物质资源木质素的研究与应用已[4] Zeki Akta, E Ted Woodburn, Effect of addition of surface引起人们的高度重视。杨东杰等采用超滤分active agent on the viscosity of a high concentration slurry级方法,将木质素磺酸钠分成不同分子量范围的级of a low-rank British coal in water[ J]. Fuel Processing分,并考察了不同级分木质素磺酸钠对水煤浆的分Technology,2000,62(1):1-15.散作用。周明松等利用麦草碱木素(WAL)合成s] Dincer H, Boyle F, Sirkeci,ta. The effect of chemi水煤浆分散剂,并对WAL进行磺化改性,试验结果as on the viscosity and stability of coal water slurries表明,改性麦草碱木素(MSL)的特性粘度以及磺酸[J]. International Jourmal of Mineral Processing, 2003基的含量是影响该分散剂对水煤浆分散效果的关键70:41-51因素。[6] Lion Corp, Nippon Komu K K. Dispersant for highly在木质素系水煤浆分散剂的复配方面,朱书全centrated coal-water slurry JP, 03200893[P].1991等2用酸法造纸废液或其干燥产品木质素磺酸盐[7] Marek Pawlik. Polymeric dispersants for∞ol- water slur-与碳酸盐复配,得到一种价廉、质优、分散稳定性好ries[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng As-的水煤浆添加剂。李寒旭等2用3种商用分散剂pects,2005,266:3290与造纸黑液磺化缩合液混合,得到的复配分散剂在[8]王晓春,吴国光,王共远水煤浆添加剂及其研究进展性能上不同程度地优于原分散剂,制浆粘度相对较[J].煤化工,2004(6):15-18低,析水率低,稳定性好。河南理工大学的黄定国9] Atesok G, Dincer h, Ozer M,eta. he effects of dispersa等22采用木质素和腐殖酸作为添加剂进行了制nts(PSS-NSF)used in coal-water slurries on the grind浆结果表明,木质素和腐殖酸按一定比例复合后ability of coals of different structures[J ]. Fuel, 2005, 84比单独用木质素和腐殖酸作添加剂制浆性能更好(7/8):801-808与单独用木质素和腐殖酸相比,其粘浓度可分别提101B0)F, Atesok C, Dincer H. The effect of carboxymethyl高1.8%和0.7%。曾凡等将含腐殖酸的原料煤cellulose( CMC )on the stability of coal-water slurries和各类含木质素造纸废液,按一定比例混合,经抽[J].Fuel,2005,84(2/3):315-31提、磺化、缩合等工艺过程后,制得一种用于生产高[11] Qiu Xueqing, Zhou Mingsong, Yang Dongjie, et al. Evaluation of sulphonated acetone-formaldehyde( SAF)used in浓度水煤浆的盐类添加剂。coal water slurries prepared from diferent coals[J]. Fuel4结束语2007,86(10/11):1439-1445添加剂不仅直接决定着水煤浆的质量,还影响[12] Zhou Mingsong, Qiu Xueqing, Yang Dongjie, et al. Synthe-着水煤浆成本,其费用是制浆成本的第二大因素。目前国内使用的以石油为原料的化学合成添加剂性resin applied as dispersant of coal-water slurry[ J].Ener能价格比缺乏竞争优势,制约着水煤浆的发展。因gy Conversion and Management, 2007, 48(1): 204此,研究开发以可再生资源为原料的水煤浆添加剂具有深远的意义。[13]冉宁庆,戴郁菁,朱光,等.亚甲基萘磺酸-苯乙烯磺酸马来酸盐对水煤浆的分散作用研究[冂].南京大学学另外,由于水煤浆添加剂的普适性有限,有限种报:自然科学版,1999(5):135-139类的添加剂不可能适用于所有煤种因此,对不同煤[141周明松邱学青,王卫星水煤浆分散剂研究进展[J种来说,添加剂之间同样存在匹配性,用于水煤浆制煤炭转化,2004(3):15-19备的专用添加剂一般都是以复配的形式出现而这[15]李少冰HNF系列水煤浆添加剂的应用[J].洁净煤技应用化工第37卷同浓度的混合液,按实验方法测定吸光度将数据输计算机计算,得到表2的样品分析结果。表2样品分析结果Table 2 The analysis result of sample10 mg/g分含量测定值相对偏差/%含量测定值相对偏差/%含量测定值相对偏差/%单环芳烃3.52多环芳烃1.720.713.31结果表明,PCR分光光度法的平均相对偏差约时测定提供了一种很好的途径。将PCR方法应用为0.92%。因此,本方法适用于样品的分析,结果于白油中单环芳烃和多环芳烃含量的分析,实验结可靠。果表明,回收率在92.41%~99.28%,分析结果令2.4回收率实验人满意。中然后按实验方法测定进行回收实验并计算回参考文献:收率,实验结果见表3。[1]范华均,张薇,晏蓉,等偏最小二乘光度法同时测定表3回收率实验多种酚的研究及应用[J].高等学校化学学报,194,Table 3 The result of recovery15(9):1305-1308加入量测定值回收率[2]张立庆,吴晓华唐曦等,基于VB的主成分回归计算No/(0.1mg·g1)/(0.1mg·g-1)分光光度法同时测定感冒液成分的研究[J].光谱学单环多环单环多环单环多环与光谱分析,2002,22(3):42742914.582.244.262.07[3]王惠文.偏最小二乘回归的线性与非线性方法[M北京:国防工业出版社,200624.162.034.132.0199,2899.01[4]龚沛曾,陆慰民,杨志强 Visual Basic程序设计教程[M].北京高等教育出版社,19983结论[5]陈德钊多元数据处理[M].北京:化学工业出版社,主成分回归法用于解析多组分体系的重叠的光1998谱数据,不仅解决了因重叠谱造成测定某些物质选[6]周纪芗.实用回归分析方法[M].上海:上海科学技术出版社,1990择性差而需进行繁琐的化学掩蔽和分离等问题,而且在很大程度上提高了测定的灵敏度,为多组分同(上接第103页)[16]沈健胡柏星,冉宁庆一种三元共聚物高分子化合物from wheat straw alkali lignin[J]. Fuel Processing Tech-及其制法和用途:CN,1209439[P].199903-03nology,2007,88(4):375-38217]程国柱,谢荣才以催化裂化回炼油溶剂抽出物重质芳[21]朱书全,王祖讷胡坤模,等复合水煤浆添加剂技术:烃为原料的短侧链稠环芳烃混合磺酸盐型表面活性CN,1155001P].1997407-23剂:CN,1084099[P].199403-23[22]李寒旭汤永新李虎,等复配添加剂对水煤浆性能的[18]杨东杰,邱学青,陈焕钦木质素磺酸盐系表面活性剂影响[J]淮南工业学院学报:自然科学版,200,20[J].化学通报,2001(7):416421(4):3741[19] Yang dongjie, Qiu Xueqing, Zhou Mingsong,etal. Proper.[23]黄定国,朱瑞,吴玉敏造纸废液及木质素制水煤浆添ties of sodium加剂的研究[门].煤炭工程,2007(6):8385slurry[J]. Energy Conversion and Management,2007,48(24]朱瑞,刘现民,晏飞,造纸黑液制水煤浆添加剂的性能(9):2433-2438研究[J]河南化工,2007,24(3):1921.[20] Zhou Mingsong, Qiu Xueqing, Yang Dongjie,etal.High-[25]曾凡,高明球,胡坤模,等.高浓度水煤浆添加剂:CN,performance dispersant of coal-water slurry synthesized1069759[P].1993403-10.