贵州无烟煤制备水煤浆的研究

第41卷第11期广州化工Vol 41 No. 11013年6月Guangzhou Chemical IndustryJune 2013贵州无烟煤制备水煤浆的研究刘锦启(贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550025)摘要:通过向无烟煤中加入4种不同分散剂制备水煤浆,优选出最佳的分散剂和添加量,然后通过Aled模型研究了不同粒度分布对水煤浆性能的影响,并且与相同条件下烟煤制备的水煤浆性能进行对比。结果表明:恭系聚合物和磺化木质素是较好的分散剂,最优的添加量为1%,当 Alfred模型参数N等于0.2时的粒度级配最佳,并且无烟煤的成浆性能明显优于烟关键词:无烟煤;分散剂;水煤浆;粒度级配中图分类号:TQ536.1文献标识码:A文章编号:1001-9677(2013)1-0080-04Study on the Preparation of water-coal-slurry by Guizhou AnthraciteLIU Jin-qiCollege of Chemical and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)Abstract: The best dispersant and adding quantity was selected by making water-coal-slurry made use of four dif-ferent dispersants. The effect of particle size distribution on the performance of water-coal-slurry was studied. The performance of water-coal -slurry that made by bituminous coal and anthracite at the same condition were contrasted. Theresults showed that naphthalene polymer and sulfonated lignin were good dispersant, and the best adding quantity was 1%the particle size distribution was the best when the model of Alfred parameter n was 0. 2. The performance of water-coalslurry made by anthracite was better than that made by bituminous coalKey words: anthracite; dispersant; water-coal-slurry; particle size distribution水煤浆是由大约60%~阳0%的煤粉、20%~30%的水和煤,固定碳含量高于烟煤,属于高阶煤,适合制备水煤浆1%的化学添加剂混合而成的,具有流动性的煤基燃料。对比传统煤炭的利用方式,水煤浆具有燃烧效率高,便于管道运表1煤的工业分析输,无粉尘污染,丰富煤炭利用方式等优势,目前在我国已进Table 1 The industrial analysis of coal入全面推广应用阶段1-2。由于水煤浆的制备受到诸多因素的样品灰分(Aad)水分(Mad)挥发分(vad)固定碳(Fcad)影响,如煤的性质、添加剂的种类、粒度级配和制浆工艺等,3.256.0482.38因此对于不同种类的煤炭,不同产地的煤炭要探究最佳的制浆ABCD12.676.1475.39工艺流程和适合的添加剂34。16.72我国无烟煤的储量居世界首位,而贵州省的无烟煤储量是全国第二,占全国无烟煤储量的20%以上。无烟煤是高阶煤11.7321.41含碳量高,挥发分小,适合作为工业燃料,因此充分开发利用3219.9361.49我省的无烟煤意义重大6。针对从贵州遵义选取的无烟煤13.747.1960.75通过优化组合粒度分布和选取相匹配的分散剂,制备出高浓度、低粘度和稳定性良好的水煤浆。1.2实验方法1实验部分1.2.1水煤浆的制备流程目前水煤浆的制备工艺呈现多样化,主要包括湿法制浆1.1实验原料干法制浆和间歇式制浆工艺,其中湿法制浆应用最为普遍本实验采用制浆工艺流程如下:从遵义选取3种无烟煤,分别记为A、B、C,其中A和B(1)将煤炭破碎至球磨机可以研磨的粒度范围,在105℃是精洗煤,C是原煤。另外从红旗煤矿、大丫口煤和小河桥煤下烘干;矿矿选取三种烟煤,分别记为D、E、F。对6种煤进行了工业中国煤化工分析,见表1。从表1中可知,无烟煤的水分和挥发分小于烟(2)把烘CNMHG式球磨机的球磨罐基金项目:贵州省工业攻关重点项目(编号:CY字(2010)3046号,CZ字(2011)3012号作者简介:刘锦启(1988-),男,硕士。第41卷第11刘锦启:贵州无烟煤制备水煤浆的研究中,研磨至粉末状,然后用200目标准筛进行筛分,筛上部分再分别用100目和60目的标准筛进行筛分,得到四种粒度的煤化木质素粉燕系聚合物(3)按照一定的粒度级配,把煤粉、水和添加剂再放入XQM变频行星式球磨机的球磨罐中,以一定转速研磨成均匀的浆体水煤浆性质的测定水煤浆的粘度的测定使用NXS-4C型水煤浆粘度计进行测定,析水率和浓度按照国标GBT188562-2002和GBT8856.42002来测定,并结合落棒法测试24h时沉淀的性质,表征0.00.20.40.608添加量/%水煤浆的稳定性。图1分散剂添加量与水煤浆粘度的关系2结果与讨论Fig 1 The relationship between the quantity2.1选取合适的分散剂种类和添加量由于水煤浆的成浆性能受诸多因素影响,为避免煤的性质160碳化木质对制浆工艺的影响,因此采用已知成浆性能较好的无烟煤A进系聚合行制浆,以选取合理的分散剂。选用萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木质素和磺化木质素四种物质作为分散剂,制备浓度为60%和65%的水煤浆,其中分散剂的添加量都为1.5%,所制备的水煤浆的性质见表2和表3。表2浓度为60%的水煤浆的性质Table 2 The performance of water-coal-slurrywhen the density is 60%000.2040.608101.214161.82.02.2粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性质添加量%萘系聚合物279.1软沉淀图2分散剂添加量与水煤浆析水率的关系硬沉淀Fig 2 The relationship between the quantity聚羧酸系聚合物1095.3of the dispersant and the syneresis rate of water-coal木质素276.018软沉淀磺化木质素97.4软沉淀通过图1可知,随着分散剂的添加量逐渐变大,水煤浆的粘度越来越小,但是当添加量到1%以后,两种分散剂所制备表3浓度为65%的水煤浆的性质的水煤浆粘度的变化都越来小,几乎成一条直线,表明当添加Table 3 The performance of water-coal -sI量大于1%时,再添加分散剂对于粘度的降低作用效果不明显when the density is 65%而添加量为1%时两种分散剂所制备的水煤浆的粘度都满足国粘度/cp4h析水率%24h沉淀性质家标准,小于1200cp。因此,添加1%是最优的添加量。通过图2分析可知,水煤浆的析水率随着分散剂的添加量逐渐变萘系聚合物224.0软沉淀大,变化很小,磺化木质素所制备的水煤浆的析水率在14%左聚羧酸系聚合物不能成浆不能成浆不能成浆右波动,而萘系聚合物所制备的水煤浆的析水率在10%左右波木质素296.316软沉淀动,分散剂的添加量对析水率没有很大影响。综合图1和图2磺化木质素312.9软沉淀可知,分散剂的添加量在1%时最佳通过表2可知,当水煤浆的浓度在60%时,四种分散剂都22粒度分布的优化可以制备出水煤浆,但是聚羧酸系聚合物作为分散剂所制备的粒度分布是除煤质和添加剂之外对水煤浆影响最大的因水煤浆粘度大,并且析水率高于10%,24h所产生的沉淀是硬素,这是因为粒径的不同将导致煤颗粒的灰分、孔结构和比表沉淀,说明水煤浆的稳定性差。通过表3可知,当浓度65%面积的变化,而这些都将引起煤浆性质的变化。 James E时,聚羧酸系聚合物作为分散剂已经不能制备出水煤浆。萘系Funk将适用于多组分分散体系的全参数模型进行了简化,得到聚合物、木质素和磺化木质素的效果较好,制备的水煤浆粘度适用于描述水煤浆体系粒度分布的简化模型。具体模型如下满足国家标准1200cp以下,但是用磺化木质素制备的水煤浆与木质素制备的水煤浆相比较,粘度相差不大,但是析水率全参数模型:102[x(D=D1)(1)小,稳定性要好,因此实验选取磺化木质素和萘系聚合物为分∑X=1散剂进行下一步的实验。为了优选出的两种分散剂的适宜添加量,把萘系聚合物和式中:CPl中国煤化工累积分率磺化木质素两种分散剂的添加量从0.2%到2%,得到了添加量CNMHG与水煤浆粘度和析水率的关系图谱,如图1和图2所示中系中组分J所亡时分D—体系中j组分中介于D4与D之间的任意粒径值广州化工2013年6月D1—体系中的最大粒径值通过图3可知,随着模型参数的增加,三种无烟煤得到的Ds体系中的最小粒径值水煤浆的粘度逐渐下降,当N值达到02以后,N值在增大,N模型参数浆体的粘度变化很小,趋于平衡。由表4可知,这是因为随着CPFT D-D简化模型Di -Ds(2)N值的增大,浆体中的大颗粒逐渐变多,小颗粒减少,从而在减少了小颗粒之间的团聚,同时防止了大量自由水进入颗粒内式(2)中的参数与式(1)中的参数相同,但是式(2)部孔道,使得水煤浆的粘度降低。中限定了参数N范围为001~0.5之间,实际筛分时选用通过表5可知,三种无烟煤的析水率都随着N值变大而逐60目(250μm)、100目(150μm)和200目(75μm)的标准筛,渐增大,并且当N值大于0.2时,析水率普遍大于10%,24h得到四类粒度不同的煤粉。因此可以根据实际筛分情况,设Ds时所产生的沉淀为硬沉淀。这表明,随N值的增加,水煤浆的的值为1μm,D的值为300μm。通过式2计算得到粒度分布稳定性逐渐降低。这是由于随着大颗粒的比例的增加,颗粒受如表4所示。到重力沉降的速度也就越快,从而导致体系稳定性变差。并且当N值大于0.2时,稳定性急剧变差,产生的沉淀为硬沉淀表4利用 Alfred模型计算得到的粒度分布综合图3和表5可知,当模型参数值为0.2时的粒度级配Table 4 Particle size distribution calculated by model of Alfred为最佳值,即小于75μm颗粒比例为6441%,75-150μm颗参数模型粒比例为16.57%,150-250μm颗粒比例为13.76,大于N的值小于75um75-150≠m150-250m大于250Hn250μm颗粒比例为5.26%。所以当四种尺寸颗粒比约为650.0175.17%12.37%9.17%3.29%1.5:1.5:0.5时的配比为最佳配比。73.01%13.26%10.07%3.66%2.3无烟煤与烟煤成浆性能对比70.22%14.37%11.25%3.89%把A、B、C三种无烟煤以及D、E、F三种烟煤,按照上64.41%13.76%5.26%文中得到的优化工艺进行制浆。以萘系聚合物作为分散剂,添0.358.47%18.62%6.41%6.50%加量为1%,采用Afd模型参数N等于0.2的粒度分布,按0.452.60%20.43%19.14%7.83%照12.1中制浆工艺制备浓度为65%的水煤浆,制备出的水煤浆的性质如表6所示。按照表4计算出的粒度分布,以优选出的萘系聚合物做分散剂,添加量为1%,加入到A、B、C三种无烟煤中制备浓度表6烟煤与无烟煤制备的水煤浆性质比较为65%的水煤浆。随着 Alfred模型参数N的不断变化,所制得Table 6 Comparison of the performance of water-coal-slurry的水煤浆的粘度和稳定性变化如图3和表5所示。that made by anthracite and bituminous coal粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性质650A煤312.710软沉淀B煤C煤D煤软沉淀软沉淀F煤1311.716硬沉淀通过表6可知,无烟煤制备的水煤浆粘度远低于烟煤制备的水煤浆,其中F煤制备的水煤浆的粘度大于国家标准要求的模型参数N1200cp以下。而且无烟煤制备的水煤浆析水率都不大于10%,图3粒度级配与水煤浆粘度的关系4h沉淀为软沉淀,稳定性好,但烟煤制备的水煤浆析水率都Fig 3 The relationship between particle siz高于10%,且F煤24h沉淀为硬沉淀,说明了稳定性较差distribution and the density of water-coal-slui般煤的煤的含水量越低,灰分越小,煤化度越高,则煤的成浆性能就越好。由表1中六种煤的工业分析数据可知,无烟煤表5粒度级配与水煤浆稳定性的关系的水分小于烟煤,而煤化度高与烟煤,因此,无烟煤成浆性能ble 5 The relationship between particlesIze好于烟煤。distribution and the stability of water-coal-slurry3结论粒度级配A煤B煤C煤0.011)萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木质素和磺化木质素四种分散剂,效果较好的是萘系聚合物和磺化木质素,且二者最佳的添加量都(2)由Af中国煤化工0.2时的粒度分布0.210%是最佳的,此CNMHG粒比例为64.41%0.315%(硬沉淀)75-150μm颗粒比例颗粒比例为9%(硬沉淀)20%(硬沉淀)21%(硬沉淀)13.76,大于250μm颗粒比例为526%,即四种尺寸颗粒比约下转第116页)116广州化工2013年6月2.1.3封端反应及工艺条件由表1可知,TMD与多元胺混合后制得的固化剂,大大提高了涂膜的光泽度与附着力。MXDA与多元胺混合后制得的固是。∠n化剂,改善了涂膜的硬度。IPD与多元胺混合后制得的固化剂,在制得的涂膜性能方面均没有提高。究其原因可能是脂环胺IPD上有酮基团,导致其对氨基的吸附能力比较强,束缚了与其他基团发生反应的活性,与环氧树脂混合后相容性差,不能完全固化或者是固化不均匀,导致涂膜表干慢,膜不透明等!。-系列情况。间苯二甲胺分子结构中有苯环,链段中含有刚性的苯环,从而能有效提高涂膜的硬度。因为苯环的分子位阻较大,与苯第三步的反应原理用苯基缩水甘油醚封端表示。在原来的环相连的胺基活动受限,使其反应活性降低,从而使MXDA与反应装置中,保持温度不变,按合适的摩尔比滴加封端剂,滴TETA混合体系制得的涂膜表干时间相对较长。脂肪族二元胺加过程匀速缓慢。反应温度为60℃,反应时间为滴加结束后TMD活性氢阻碍较少,其活性较高,与环氧树脂混合后能完全再反应h。实验设计为完全封端,所以按照摩尔比应为固化,使涂膜透明度高,光泽度高。TMPEG: EPON828: PGE 24。加水稀释得到粘度为2300-2500mPa·s,固含量约50%-55%,胺值约250的水溶3结论性环氧树脂固化剂。采用三羟甲基三缩水甘油醚制得的水溶性固化剂的合成工2.2不同胺类对固化剂性能的影响艺条件为:温度60℃下,每步骤反应2~3h,原料摩尔配比实验分别釆用脂环族二元胺:异佛尔酮二胺( VESTAMⅠN三羟甲基三缩水甘油醚:三乙烯四胺:双酚A环氧树脂∶封端IPD);脂肪族二元胺:三甲基环已二元胺(Ⅴ ESTAMIN TMD);剂=1.6:2.4,产物转化率为9%。与环氧树脂固化后的固化含芳香族的脂肪族二元胺:间苯二甲胺(MXDA)与三乙烯四膜具有好的附着力和抗冲击性,硬度可达3H,光泽度>90;胺等摩尔比混合,合成工艺不变合成出不同的固化剂,以不同脂肪族二元胺TMD与三乙烯四胺的混合体系比单一使用三乙胺类改性的固化剂与单一使用三乙烯四胺制得的固化剂性能对烯四胺可全方面提高固化膜的性能;间苯二甲胺与三乙烯四胺比如表1。的混合体系制得的固化剂可以明显提高涂膜的硬度。表1不同混合胺固化剂对水性环氯涂膜性能的影响参考文献种类光泽度铅笔硬度柔韧性抗冲击性固化剂表干时间/mm/(kg:cm)附着力[1]孙曼灵.环氧树脂应用原理与技术[M].北京:机械工业出版社2002,9IPD/TETA 43 9 [2] Hawkins, C. 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