2006年8月Aug.2006第29卷第4期arge Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol, 29 No, 4神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用李耀東上海焦化有限公司,上海200241)擴(kuò)要主要介紹水煤漿添加劑的作用機(jī)理和發(fā)展現(xiàn)狀具體介紹神府煤制漿添加劑的篩選工作。采用傳統(tǒng)的干磨濕配法制漿完全相同的粒度配比對(duì)不同添加劑的成漿進(jìn)行試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明,FP-2添加劑對(duì)神府煤制漿具有最佳的性價(jià)比這一結(jié)果在生產(chǎn)裝置上得到最終驗(yàn)證。關(guān)鍵詞神府煤水煤漿添加劑成漿濃度篩選中圖分類號(hào):Q113.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)1002-5782006)40268-04概述成本德士古水煤漿加壓氣化(現(xiàn)更名為CE氣化)工藝是第二代的煤氣化工藝具有工藝成熟、生產(chǎn)2水煤漿添加劑的作用機(jī)理能力大和操作相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。自20世紀(jì)90年2.1提高煤表面的親水性1代初引入我國(guó)后發(fā)展十分迅速被廣泛應(yīng)用于化添加劑是一種可促進(jìn)分散相(水煤漿中的煤肥和甲醇工業(yè)目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)裝置已有十幾套。粒在分散介質(zhì)(水煤漿中的水)中均勻分散的化在德土古水煤漿加壓氣化工藝中,主原料水煤漿學(xué)藥劑。煤炭主體是非極性的碳?xì)浠衔?屬疏濃度的高低直接影響到德士古裝置的消耗主要水性物質(zhì)。煤炭的潤(rùn)濕性可按水在其表面的接觸是氧耗和煤耗)進(jìn)而影響到合成氣及后續(xù)產(chǎn)品的角大小分成4類。接觸角為零者稱強(qiáng)親水性煤某成本。對(duì)于同一種煤種煤漿濃度每降低0.5%,炭小于40者稱弱親水性煤炭A0°~90者稱疏每1m合成氣的氧耗約增加o.005m3煤耗也將水性煤炭超過(guò)90者稱強(qiáng)疏水性煤炭。各種煤相應(yīng)增加約0.00kg因此成漿濃度的高低對(duì)合炭表面的接觸角如表1所示。成氣成本的影響還是相當(dāng)大的。在實(shí)際生產(chǎn)中表1煤炭表面的接觸角主要利用添加劑提高水煤漿的成漿濃度同時(shí)降煤種接觸角(°)煤種接觸角(°)低煤漿的黏度提高其流動(dòng)性。不同的添加劑往長(zhǎng)焰煤瘦煤貧煤往對(duì)水煤漿的成漿濃度有著較大的影響同時(shí)其肥煤無(wú)煙煤自身的價(jià)格也相差很大。正因?yàn)橐陨显虮M管86~90上海焦化有限公司的德士古裝置從1995年就投從表1可以看出,各種煤炭的表面均屬疏水入使用但對(duì)添加劑的篩選和改進(jìn)工作一直沒有性質(zhì)。另外,水的表面張力大,而煤炭表面張力停止。小,只有降低水的表面張力增大煤炭表面張力德士古裝置投產(chǎn)之初使用的水煤漿添加劑即減少固液間的界面張力,才能達(dá)到充分濕潤(rùn)是木質(zhì)素磺酸鈉后由于成漿濃度偏低原料配制煤某粒表面即使?jié)駶?rùn)。其巨大的表面積也會(huì)促使它過(guò)程復(fù)雜勞動(dòng)強(qiáng)度比較大且原料中雜質(zhì)較多,們聚集到一塊無(wú)法分散均勻容易堵塞計(jì)量泵最終于1998年為本公司技術(shù)中心開發(fā)的WCS-AC所取代。WCS-AC雖然成漿濃收稿日期2006-03-27到修改稿日期2006-07-24。作者簡(jiǎn)介李耀東男,1974生工程師。1995年畢業(yè)于華東第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用269制漿用分散劑都是一些兩親的表面活性劑,層分散劑分子運(yùn)動(dòng)的自由度受限吸附分子的熵端是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的非極性的親油基,另減少,所以顆粒有再次分開的傾向避免顆粒聚端是親水的極性基,非極性的疏水端極易與碳集。氫化合物的煤炭表面結(jié)合吸附在煤粒表面上將當(dāng)分散劑為大分子時(shí)被吸附分子有較長(zhǎng)的另一端親水基朝外引入水中。極性基的強(qiáng)親水性親水鏈在煤表面形成三維水化膜當(dāng)顆粒相互接使煤粒的疏水表面轉(zhuǎn)化為親水,可形成一層水化近時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的排斥力導(dǎo)致煤粒分散懸浮。該膜。有效降低水的表面張力和提高煤粒表面的表斥力即為空間隔離位阻或立體障礙。面張力使?jié)櫇窠佑|角降至50以下。借水化膜將中國(guó)礦大曾凡教授等人用典型的3種分散劑煤粒隔離開減少煤粒間的阻力從而達(dá)到降低黏制漿并測(cè)定其多項(xiàng)物化性質(zhì)31發(fā)現(xiàn)惟有吸附膜度的作用。添加劑應(yīng)有很好的水溶性但絕非對(duì)厚度和其效能有極好的相關(guān)性,見表2。其中聚煤的潤(rùn)濕性越好降粘效果越佳。潤(rùn)濕劑、滲透劑醚型分散劑的潤(rùn)濕性和靜電排斥效應(yīng)都不及其他能使煤粒變得極為親水(接觸角等于零),但它們兩種但其吸附膜厚度則遠(yuǎn)大于其他藥劑。這就決不能作水煤漿分散劑使用。是立體障礙的作用2.2增強(qiáng)煤粒間的靜電斥力表2水煤漿分散劑與物化性質(zhì)的關(guān)系著名的DVLO理論認(rèn)為21,膠體顆粒穩(wěn)定分項(xiàng)目萘磺酸鹽甲聚醚型聚羧酸型醛縮合物添加劑添加劑散的先決條件是粒間的靜電斥力超過(guò)粒間的范氏用量,%64引力。離子型分散劑除能改善煤表面的親水性最大制漿濃度,%67.4外還能增強(qiáng)其靜電斥力進(jìn)一步使煤粒分散于水潤(rùn)濕平衡高度/cm電動(dòng)電位/×200×10-6mV介質(zhì)中。圖1是2種萘磺酸鹽用量對(duì)神府煤表面最大吸附量/×10mgg-16,43電動(dòng)電位的影響曲線平衡吸附膜厚度/×10總之高效水煤漿分散劑的特點(diǎn)是有效地吸附在煤表面提高煤的親水性并能在煤表面形成雙電層和立體障礙。3常用添加劑添加劑按離解程度可分為離子型與非離子型分散劑濃度,x10兩大類4。離子型又可按電荷的屬性分為陰離子圖1萘磺酸鹽用量與煤表面電動(dòng)電位關(guān)系曲線型、陽(yáng)離子型和兩性型3類。兩性型是指當(dāng)溶液圖1說(shuō)明雖然兩種藥劑組分和結(jié)構(gòu)很相似,呈堿性時(shí)顯示陰離子特性是呈酸性時(shí)顯示陽(yáng)離子但對(duì)煤粒電動(dòng)性質(zhì)的影響差別很大。1號(hào)藥劑使特性。陰離子、非離子、陽(yáng)離子及兩性添加劑的國(guó)負(fù)電位略有增大,加量超過(guò)1×10-4時(shí)就達(dá)到平際價(jià)格比為1234。我國(guó)非離子型添加劑的價(jià)衡2號(hào)藥劑經(jīng)甲醛縮合后分子量增大,可使負(fù)電格較這個(gè)比例還高。所以制漿分散劑多選擇陰離位迅速增大濃度超過(guò)1×10-“時(shí)才趨于平衡平子型。陰離子型添加劑主要有萘磺酸鹽、木質(zhì)素衡電位約為前者的2倍?？梢婋S分子量增大吸磺酸鹽、磺化腐植酸鹽等。附量增高負(fù)電性增強(qiáng)因而2號(hào)藥劑是水煤漿良3.1萘磺酸鹽5好的減粘劑。典型的萘磺酸鹽是萘磺酸鈉甲醛縮合物,易2.3空間隔離位阻效應(yīng)溶于水,%水溶液的pH值為7~9。適用范圍水化膜中的水與體系中的自由水"不同,它廣并能和各類分散劑混合使用。制備時(shí),將萘因受到表面電場(chǎng)的吸引而呈定向排列。當(dāng)顆粒相(精萘或工業(yè)萘在160℃條件下用硫酸磺化甲互靠近時(shí)水化膜受擠壓變形引力則力圖恢復(fù)原醛縮合燒堿中和、干燥即可來(lái)的定向這樣就使水化膜表現(xiàn)出一定的彈性使3.2木質(zhì)素磺酸鹽702006年第29卷法造紙廢渣濃縮得到的堿性木質(zhì)素還需經(jīng)磺化、3.5聚丙烯酸酯系列δ濃縮和干燥。此類添加劑最大優(yōu)點(diǎn)是原料豐富主要有丙烯酸與苯乙烯聚合物鈉鹽、丙烯酸易于加工價(jià)格便宜且漿的穩(wěn)定性好。一般用量與丙烯酸胺共聚物鈉鹽和聚丙烯磺酸鹽等。具有為干煤的1%~2%。缺點(diǎn)是雜質(zhì)含量大,因此,良好的穩(wěn)定性和成漿性,用量為煤重的0.5%左除易制漿煤種外通常不能單獨(dú)應(yīng)用磺化木質(zhì)素。右缺點(diǎn)是價(jià)格比較貴尤其是近幾年石油大幅漲3.3磺化腐殖酸鹽價(jià)以后其價(jià)格更讓人難以承受。將草炭、褐煤或風(fēng)化煙煤等用堿在1500℃溫3.6羧酸鹽及磷酸鹽系列度下抽提再用硫酸亞鐵或硫酸等進(jìn)行磺化必要主要有多環(huán)多元羧酸、聚羧酸鹽、多聚磷酸鹽時(shí)還用甲醛縮合。反應(yīng)物經(jīng)沉淀、過(guò)濾除渣后再和羥基苯甲酸聚合物鈉鹽等。濃縮、干燥即可得棕黑色的固體產(chǎn)物。此類添加3.7非離子型分散劑7劑的許多特點(diǎn)和木質(zhì)素相似。但其分散性能更水煤漿用的非離子型添加劑分子的親水端,佳,可單獨(dú)使用,添加量約1%~1.5%。其主要是聚氧乙烯鏈或再配以少許磺酸基。這類產(chǎn)物主缺點(diǎn)是漿的穩(wěn)定性較差。要優(yōu)點(diǎn)是親水親油性和分子量易調(diào)節(jié)、控制不受3.4聚烯烴磺酸鹽水質(zhì)及煤中可溶性物影響但價(jià)格昂貴。用量一聚烯烴磺酸鹽屬聚合物電解質(zhì),是以苯乙烯般為煤的0.5%以上?；撬帷ⅵ?甲基苯乙烯磺酸或苯乙烯、丁二烯、乙烯等為原料共聚而成的產(chǎn)物分子量1-2萬(wàn)。用量4添加劑篩選試驗(yàn)為煤重的0.5%左右。原料煤的分析數(shù)據(jù)見表3。表3原料煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)灰分,%水分,%揮發(fā)分,%固定碳,%發(fā)熱量/kJkg1C,%H,%S,%N+O2,%灰熔點(diǎn)/℃6.3267.26.6111404.1添加劑的選擇表47種添加劑的成漿性能試驗(yàn)結(jié)果在兼顧添加劑的性能、價(jià)格和使用的方便性添加劑型號(hào) WCS-AC TCO1 TC2MM2FP1的情況下選取7種添加劑進(jìn)行神府煤的成漿試濃度,%61.561,861,360.059.861.462,4TC01、02屬于非離子型MM屬于木質(zhì)素磺酸流率,0.8751.0251.1501.1251,250.9500.925驗(yàn)這7種添加劑中wCS-AC屬于聚丙烯酸酯類黏度/P4s析1.41.00.72.12.01.8好好較好較好較好好好添加劑加量,%0.60.60.80.80.60.60.6鹽、FP-、FP2屬于木質(zhì)素磺酸鹽與萘磺酸鹽的復(fù)4.3試驗(yàn)結(jié)果分析配型添加劑。磺化腐殖酸鹽類添加劑主要來(lái)源于從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果看,wCS-AC、TCO1、FP1和造紙廢液成漿濃度一般較低且用量較大運(yùn)輸FP2對(duì)神府煤而言具有較佳的成漿性能成漿濃和使用都比較麻煩故篩選試驗(yàn)未作考慮。度達(dá)到61.4%以上煤漿的流動(dòng)性較好,反映煤4.2成漿試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)漿穩(wěn)定性的24h沉降析水率達(dá)到2%以下,滿足不同的粒度分布對(duì)煤漿成漿濃度有較大影德士古水煤漿加壓氣化對(duì)水煤漿質(zhì)量的要求響為排除粒度分布對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響在對(duì)不同M和M2相對(duì)要差一些成漿濃度約低2%沉降添加劑的成漿試驗(yàn)中采用完全相同的粒度分布。析水率和流動(dòng)性也差一些。在前面4種添加劑粒度分布:14-40目1.4%,40-100目中僅從成漿濃度看,又以TCo1和FP2為最佳,23.1%100~200目297%,200~325目9.7%,WCs-AC和FP-1稍遜,而對(duì)比To1和HP2前者<325目36.1%。在制漿試驗(yàn)中采用傳統(tǒng)的干沉降析水率較好后者流動(dòng)性較佳。磨濕配法制漿即取2kg原料煤在小球磨機(jī)內(nèi)干從添加劑的加量看,上述7種添加劑的適宜曆數(shù)十分鐘磨機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)具體的研磨時(shí)間根加量均在0.6%~0.8%即在該加量時(shí)幾種添加據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定),研磨得到的煤粉再用14目的絲網(wǎng)劑均能在保證流動(dòng)性的前提下取得較佳的成漿濃第4期李耀東,神府煤制水煤漿添加劑的篩選及工業(yè)應(yīng)用271濃度的下降。本相同。如以FP2替代WCS-AC,每年可降低成從價(jià)格方面比較,rCo1屬于非離子型添加本約450萬(wàn)元;煤漿濃度提高后煤耗和氧耗的降劑價(jià)格明顯高于FP2約為后者的2倍。由于上低以提高1%的濃度計(jì),每年可降低成本427.5海焦化有限公司一年的水煤漿添加劑用量在萬(wàn)元。合計(jì)每年可降低成本877.5萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效3000t以上,如選用前者,以每噸添加劑4000元益非?？捎^。計(jì)每年多支出的費(fèi)用要高達(dá)600萬(wàn)元。從性價(jià)比綜合考慮,最終選擇FP2作為替代產(chǎn)品應(yīng)用5工業(yè)裝置實(shí)際使用情況及結(jié)論于德士古水煤漿氣化裝置。從工業(yè)裝置的實(shí)際使用情況看,FP2的成漿FP2和原先使用的wCS-AC對(duì)比從添加劑性能基本令人滿意各項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相當(dāng)?shù)膯蝺r(jià)看,后者比前者約貴1500元/t而加量基表5是幾組典型的煤漿分析數(shù)據(jù)。表5典型的煤漿分析數(shù)據(jù)(2006-03-23)取樣點(diǎn)取樣時(shí)間濃度,%黏度/Pa粒度粒度8~14粒度14~40粒度40~200粒度200~325粒度>8目目,%目,%>325目,%1*屠機(jī)6l.60.82500.3磨機(jī)1*磨機(jī)15m062,02*厝機(jī)1500從表5分析數(shù)據(jù)看,盡管實(shí)際生產(chǎn)中使用的際工業(yè)生產(chǎn)制漿設(shè)備是棒曆機(jī),與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)時(shí)使用的球磨參考文獻(xiàn)機(jī)在出料粒度上有所不同(主要反映在8~14目張榮曾水煤漿制漿技術(shù).北京科學(xué)出版社,1996.141-159和<325目2個(gè)區(qū)間)總體上要比實(shí)驗(yàn)室中的分2曾凡.水煤漿添加劑.選煤技術(shù),J995(2)41-45布粗一些但煤漿的濃度仍達(dá)到615%以上,比3羅秋良曾凡張榮曾,水煤漿添加劑分子結(jié)構(gòu)與成漿性能以前可增加1%以上煤漿黏度可穩(wěn)定地控制在的研究.煤炭學(xué)報(bào)199382)89~920.800~1.000Pas。由于添加劑成分的改變,原4李永昕孫成功李寶慶等水煤漿添加劑研究評(píng)述.煤炭轉(zhuǎn)料的成本大大降低而添加量基本保持不變噸漿化1997201)8~12添加劑成本比以前要降低一半。從性價(jià)比綜合考5范麗娟,水煤漿添加劑的研究進(jìn)展日用化學(xué)工業(yè)200232察FP2添加劑在性能上非常適用于神府煤制(1)46-48曉春.水煤漿添加劑及其研究進(jìn)展.煤化工2004(6):15漿成漿濃度和性能較好在價(jià)格上也比以往的添加劑有大幅度的下降因此該添加劑完全達(dá)到此7羅秋良,非離子型水煤漿添加劑的研究進(jìn)展,選煤技術(shù)次篩選的預(yù)期目標(biāo),可替代原有的添加劑用于實(shí)1996(6)39~4SELECTION AND INDUSTRIAL APPLICATION OFCOAL-WATER SLURRY ADDITIVES FOR SHENFU COALL i YaodongShanghai Coking and Chemical Co. Lid. Shanghai 200241)Abstract Presents the action principle and development status of coal-water slurry additivesand their selection for Shenfu coal in detail. Prepare coal-water slurry with conventional dry grindingand wet mixing method under the condition of same coal size ratio using different additives The experiment results indicate that additive FP-2 has optimal performance/price ratio that has been provedin industrial plantKey words Shenfu coal coal-water slurry additives slurry concentration selection