第41卷第11期廣州化工Vol 41 No 112013年6月Guangzhou Chemical IndustryJune 2013貴州無煙煤制備水煤漿的研究劉錦啟(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,貴州貴陽550025)摘要:通過向無煙煤中加入4種不同分散劑制備水煤漿,優(yōu)選出最佳的分散劑和添加量,然后通過 Alfred模型研究了不同粒度分布對(duì)水煤漿性能的影響,并且與相同條件下煙煤制備的水煤漿性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:萘系聚合物和磺化木質(zhì)素是較好的分散劑,最優(yōu)的添加量為1%,當(dāng) Alfred模型參數(shù)N等于0.2時(shí)的粒度級(jí)配最佳,并且無煙煤的成漿性能明顯優(yōu)于煙煤。關(guān)鍵詞:無煙煤;分散劑;水煤漿;粒度級(jí)配中圖分類號(hào):TQ536.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-9677(2013)1-0080-04Study on the Preparation of water-coal-slurry by Guizhou AnthraciteLIU JinCollege 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 per-formance 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 coal.Key words: anthracite; dispersant; water-coal-slurry; particle size distribution水煤漿是由大約60%~η0%的煤粉、2ω0%~30%的水和煤,固定碳含量高于煙煤,屬于高階煤,適合制備水煤漿。1%的化學(xué)添加劑混合而成的,具有流動(dòng)性的煤基燃料。對(duì)比傳統(tǒng)煤炭的利用方式,水煤漿具有燃燒效率高,便于管道運(yùn)表1煤的工業(yè)分析輸,無粉塵污染,豐富煤炭利用方式等優(yōu)勢(shì),目前在我國已進(jìn)Table 1 The industrial analysis of coal入全面推廣應(yīng)用階段12。由于水煤漿的制備受到諸多因素的樣品灰分(Aad)水分(Mnd)揮發(fā)分(vad)固定碳(Fad)影響,如煤的性質(zhì)、添加劑的種類、粒度級(jí)配和制漿工藝等8.333.256.0482.38因此對(duì)于不同種類的煤炭,不同產(chǎn)地的煤炭要探究最佳的制漿工藝流程和適合的添加劑34。我國無煙煤的儲(chǔ)量居世界首位,而貴州省的無煙煤儲(chǔ)量是.9全國第二,占全國無煙煤儲(chǔ)量的20%以上。無煙煤是高階煤,含碳量高,揮發(fā)分小,適合作為工業(yè)燃料,因此充分開發(fā)利用11.267.32我省的無煙煤意義重大6。針對(duì)從貴州遵義選取的無煙煤F13.7460.75通過優(yōu)化組合粒度分布和選取相匹配的分散劑,制備出高濃度、低粘度和穩(wěn)定性良好的水煤漿。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1水煤漿的制備流程1實(shí)驗(yàn)部分目前水煤漿的制備工藝呈現(xiàn)多樣化,主要包括濕法制漿1.1實(shí)驗(yàn)原料干法制漿和間歇式制漿工藝,其中濕法制漿應(yīng)用最為普遍。本實(shí)驗(yàn)采用制漿工藝流程如下從遵義選取3種無煙煤,分別記為A、B、C,其中A和B是精洗煤,C是原煤。另外從紅旗煤礦、大丫口煤和小河橋煤下烘干;(1)將煤炭破碎至球磨機(jī)可以研磨的粒度范圍,在105℃礦礦選取三種煙煤,分別記為D、E、F。對(duì)6種煤進(jìn)行了工業(yè)分析,見表1。從表1中可知,無煙煤的水分和揮發(fā)分小于煙(2)把烘干的煤加人到XQM變頻行星式球磨機(jī)的球磨罐基金項(xiàng)目:貴州省工業(yè)攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào):CY字(2010)3046號(hào),CZ字(2011)3012號(hào))。作者簡介:劉錦啟(1988-),男,碩士。第41卷第11期劉錦啟:貴州無煙煤制備水煤漿的研究中,研磨至粉末狀,然后用200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分,篩上部分再分別用100目和60目的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分,得到四種粒度的煤碳化木質(zhì)素粉一系聚合物(3)按照一定的粒度級(jí)配,把煤粉、水和添加劑再放入XQM變頻行星式球磨機(jī)的球磨罐中,以一定轉(zhuǎn)速研磨成均勻的漿體水煤漿性質(zhì)的測(cè)定水煤漿的粘度的測(cè)定使用NXS-4C型水煤漿粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定,析水率和濃度按照國標(biāo)GBT1882-200和GBT8856.42002來測(cè)定,并結(jié)合落棒法測(cè)試24h時(shí)沉淀的性質(zhì),表征0.00.20.40.6081012141.6.82.02.2添加量{%水煤漿的穩(wěn)定性。圖1分散劑添加量與水煤漿粘度的關(guān)系2結(jié)果與討論Fig 1 The relationship between the quantityof the dispersant and the density of water- coal-slury2.1選取合適的分散劑種類和添加量由于水煤漿的成漿性能受諸多因素影響,為避免煤的性質(zhì)160碳化木質(zhì)素對(duì)制漿工藝的影響,因此采用已知成漿性能較好的無煙煤A進(jìn)13族系聚合物行制漿,以選取合理的分散劑。選用萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素四種物質(zhì)作為分散劑,制備濃度為260%和65%的水煤漿,其中分散劑的添加量都為1.5%,所制備的水煤漿的性質(zhì)見表2和表3。表2濃度為60%的水煤漿的性質(zhì)Table 2 The performance of water-coal-slurrywhen the density is 60%08101.2141.6182.02.2粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性質(zhì)添加景%萘系聚合物279.1圖2分散劑添加量與水煤漿析水率的關(guān)系Fig. 2 The relationship between the quantity聚羧酸系聚合物of the dispersant and the syneresis rate of wa木質(zhì)素276.018軟沉淀磺化木質(zhì)素297,414軟沉淀通過圖1可知,隨著分散劑的添加量逐漸變大,水煤漿的粘度越來越小,但是當(dāng)添加量到1%以后,兩種分散劑所制備表3濃度為65%的水煤漿的性質(zhì)的水煤漿粘度的變化都越來小,幾乎成一條直線,表明當(dāng)添加Table 3 The performance of water-coal-slurry量大于1%時(shí),再添加分散劑對(duì)于粘度的降低作用效果不明顯。when the density is 65%而添加量為1%時(shí)兩種分散劑所制備的水煤漿的粘度都滿足國粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性質(zhì)家標(biāo)準(zhǔn),小于1200cp。因此,添加1%是最優(yōu)的添加量。通過萘系聚合物224.0軟沉淀圖2分析可知,水煤漿的析水率隨著分散劑的添加量逐漸變大,變化很小,磺化木質(zhì)素所制備的水煤漿的析水率在14%左聚羧酸系聚合物不能成漿不能成漿不能成漿右波動(dòng),而萘系聚合物所制備的水煤漿的析水率在10%左右波木質(zhì)素軟沉淀動(dòng),分散劑的添加量對(duì)析水率沒有很大影響。綜合圖1和圖2磺化木質(zhì)素312914軟沉淀可知,分散劑的添加量在1%時(shí)最佳通過表2可知,當(dāng)水煤漿的濃度在60%時(shí),四種分散劑都2.2粒度分布的優(yōu)化可以制備出水煤漿,但是聚羧酸系聚合物作為分散劑所制備的粒度分布是除煤質(zhì)和添加劑之外對(duì)水煤漿影響最大的因水煤漿粘度大,并且析水率高于10%,24h所產(chǎn)生的沉淀是硬素,這是因?yàn)榱降牟煌瑢?dǎo)致煤顆粒的灰分、孔結(jié)構(gòu)和比表沉淀,說明水煤漿的穩(wěn)定性差。通過表3可知,當(dāng)濃度65%面積的變化,而這些都將引起煤漿性質(zhì)的變化。 James時(shí),聚羧酸系聚合物作為分散劑已經(jīng)不能制備出水煤漿。萘系Funk將適用于多組分分散體系的全參數(shù)模型進(jìn)行了簡化,得到聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素的效果較好,制備的水煤漿粘度適用于描述水煤漿體系粒度分布的簡化模型。具體模型如下:滿足國家標(biāo)準(zhǔn)1200cp以下,但是用磺化木質(zhì)素制備的水煤漿全參數(shù)模型:CPFT(1)與木質(zhì)素制備的水煤漿相比較,粘度相差不大,但是析水率D小,穩(wěn)定性要好,因此實(shí)驗(yàn)選取磺化木質(zhì)素和萘系聚合物為分散劑進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。為了優(yōu)選出的兩種分散劑的適宜添加量,把萘系聚合物和式中:CPFT—一粒徑小于D的顆粒的累積分率磺化木質(zhì)素兩種分散劑的添加量從0.2%到2%,得到了添加量k—體系中的組分?jǐn)?shù)與水煤漿粘度和析水率的關(guān)系圖譜,如圖1和圖2所示。X—體系中組分j所占的分率體系中j組分中介于D4與Ds之間的任意粒徑值廣州化工2013年6月D1—體系中的最大粒徑值通過圖3可知,隨著模型參數(shù)的增加,三種無煙煤得到的Ds體系中的最小粒徑值水煤漿的粘度逐漸下降,當(dāng)N值達(dá)到0.2以后,N值在增大,N模型參數(shù)漿體的粘度變化很小,趨于平衡。由表4可知,這是因?yàn)殡S著簡化模型CPFT D"-DsD i-I(2)N值的增大,漿體中的大顆粒逐漸變多,小顆粒減少,從而在減少了小顆粒之間的團(tuán)聚,同時(shí)防止了大量自由水進(jìn)入顆粒內(nèi)式(2)中的參數(shù)與式(1)中的參數(shù)相同,但是式(2)部孔道,使得水煤漿的粘度降低中限定了參數(shù)N范圍為001-0.5之間,實(shí)際篩分時(shí)選用通過表5可知,三種無煙煤的析水率都隨著N值變大而逐60目(250μm)、100目(150μm)和200目(75μm)的標(biāo)準(zhǔn)篩,漸增大,并且當(dāng)N值大于0.2時(shí),析水率普遍大于10%,24h得到四類粒度不同的煤粉。因此可以根據(jù)實(shí)際篩分情況,設(shè)D3時(shí)所產(chǎn)生的沉淀為硬沉淀。這表明,隨N值的增加,水煤漿的的值為1μm,D的值為300μm。通過式2計(jì)算得到粒度分布穩(wěn)定性逐漸降低。這是由于隨著大顆粒的比例的增加,顆粒受如表4所示。到重力沉降的速度也就越快,從而導(dǎo)致體系穩(wěn)定性變差。并且當(dāng)N值大于0.2時(shí),穩(wěn)定性急劇變差,產(chǎn)生的沉淀為硬沉淀。表4利用 Alfred模型計(jì)算得到的粒度分布綜合圖3和表5可知,當(dāng)模型參數(shù)值為02時(shí)的粒度級(jí)配Table 4 Particle size distribution calculated by model of Alfred為最佳值,即小于75pm顆粒比例為64.41%,75~150μm顆參數(shù)模型粒比例為1657%,150-250μm顆粒比例為13.76,大于N的值小于75μm75-150μm150-250μm大于250μm250μm顆粒比例為526%。所以當(dāng)四種尺寸顆粒比約為6.50.0l75.17%3.29%1.5:1.5:0.5時(shí)的配比為最佳配比。0.0573.01%13.2610.07%2.3無煙煤與煙煤成漿性能對(duì)比0.170.22%14.37%3.89%把A、B、C三種無煙煤以及D、E、F三種煙煤,按照上0.241%16.57%13.76%5.26%文中得到的優(yōu)化工藝進(jìn)行制漿。以萘系聚合物作為分散劑,添58.47%1862%16.41%加量為1%,采用Afd模型參數(shù)N等于0.2的粒度分布,按52.60%19.14%7.83%照1.2.1中制漿工藝制備濃度為65%的水煤漿,制備出的水煤漿的性質(zhì)如表6所示。按照表4計(jì)算出的粒度分布,以優(yōu)選出的萘系聚合物做分散劑,添加量為1%,加入到A、B、C三種無煙煤中制備濃度表6煙煤與無煙煤制備的水煤漿性質(zhì)比較為65%的水煤漿。隨著 Alfred模型參數(shù)N的不斷變化,所制得Table 6 Comparison of the performance of water-coal-slurry的水煤漿的粘度和穩(wěn)定性變化如圖3和表5所示。that made by anthracite and bituminous coal粘度/cp24h析水率/%24h沉淀性質(zhì)A煤312.7軟沉淀B煤軟沉淀C煤軟沉淀D煤891.0軟沉淀E煤軟沉淀F煤1311.7硬沉淀250通過表6可知,無煙煤制備的水煤漿粘度遠(yuǎn)低于煙煤制備的水煤漿,其中F煤制備的水煤漿的粘度大于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的模型參數(shù)N1200cp以下。而且無煙煤制備的水煤漿析水率都不大于10%,圖3粒度級(jí)配與水煤漿粘度的關(guān)系24h沉淀為軟沉淀,穩(wěn)定性好,但煙煤制備的水煤漿析水率都高于10%,且F煤24h沉淀為硬沉淀,說明了穩(wěn)定性較差。一distribution and the density of water-coal-slurry般煤的煤的含水量越低,灰分越小,煤化度越高,則煤的成漿性能就越好。由表1中六種煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)可知,無煙煤表5粒度級(jí)配與水煤漿穩(wěn)定性的關(guān)系的水分小于煙煤,而煤化度高與煙煤,因此,無煙煤成漿性能Table 5 The relationship between particle size好于煙煤distribution and the stability of water-coal-slurry3結(jié)論粒度級(jí)配A煤B煤煤0.0l1(1)萘系聚合物、聚羧酸系聚合物、木質(zhì)素和磺化木質(zhì)素5%四種分散劑,效果較好的是萘系聚合物和磺化木質(zhì)素,且二者最佳的添加量都是1%。(2)由 Alfred模型得出當(dāng)模型參數(shù)N為0.2時(shí)的粒度分布是最佳的,此時(shí)分布比例為小于75pm顆粒比例為64.41%,14%15%(硬沉淀)75-150μm顆粒比例為16.57%~250μm顆粒比例為19%(硬沉淀)20%(硬沉淀)21%(硬沉淀)13.76,大于250μm顆粒比例為5.26%,即四種尺寸顆粒比約(下轉(zhuǎn)第116頁)116廣州化工2013年6月2.1.3封端反應(yīng)及工藝條件由表1可知,TMD與多元胺混合后制得的固化劑,大大提高了涂膜的光澤度與附著力。MXDA與多元胺混合后制得的固n>rrC…①-A化劑,改善了涂膜的硬度。IPD與多元胺混合后制得的固化劑,在制得的涂膜性能方面均沒有提高。究其原因可能是脂環(huán)胺IPD上有酮基團(tuán),導(dǎo)致其對(duì)氨基的吸附能力比較強(qiáng),束縛了與其他基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)的活性,與環(huán)氧樹脂混合后相容性差,不能完全固化或者是固化不均勻,導(dǎo)致涂膜表干慢,膜不透明等一系列情況間苯二甲胺分子結(jié)構(gòu)中有苯環(huán),鏈段中含有剛性的苯環(huán)從而能有效提高涂膜的硬度。因?yàn)楸江h(huán)的分子位阻較大,與苯第三步的反應(yīng)原理用苯基縮水甘油醚封端表示。在原來的環(huán)相連的胺基活動(dòng)受限,使其反應(yīng)活性降低,從而使MXDA與反應(yīng)裝置中,保持溫度不變,按合適的摩爾比滴加封端劑,滴TETA混合體系制得的涂膜表干時(shí)間相對(duì)較長。脂肪族二元胺加過程勻速緩慢。反應(yīng)溫度為60℃,反應(yīng)時(shí)間為滴加結(jié)束后TMD活性氫阻礙較少,其活性較高,與環(huán)氧樹脂混合后能完全冉反應(yīng)lh。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為完全封端,所以按照摩爾比應(yīng)為固化,使涂膜透明度高,光澤度高。TMPEG: EPON828: PGE=2: 1: 4加水稀釋得到粘度為2300-2500mPa·s,固含量約50%-5%,胺值約250的水溶3結(jié)論性環(huán)氧樹脂固化劑。22不同胺類對(duì)固化劑性能的影響采用三羥甲基三縮水甘油醚制得的水溶性固化劑的合成工藝條件為:溫度60℃下,每步驟反應(yīng)2~3h,原料摩爾配比實(shí)驗(yàn)分別采用脂環(huán)族二元胺:異佛爾酮二胺( VESTAMIN三羥甲基三縮水甘油醚:三乙烯四胺:雙酚A環(huán)氧樹脂:封端IPD);脂肪族二元胺:三甲基環(huán)已二元胺( VESTAMIN TMD);劑=1.6:2.4,產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率為97%。與環(huán)氧樹脂固化后的固化含芳香族的脂肪族二元胺:間苯二甲胺(MXDA)與三乙烯四膜具有好的附著力和抗沖擊性,硬度可達(dá)3H,光澤度>90胺等摩爾比混合,合成工藝不變合成出不同的固化劑,以不同脂肪族二元胺TMD與三乙烯四胺的混合體系比單一使用三乙胺類改性的固化劑與單一使用三乙烯四胺制得的固化劑性能對(duì)烯四胺可全方面提高固化膜的性能;間苯二甲胺與三乙烯四胺比如表1的混合體系制得的固化劑可以明顯提高涂膜的硬度表1不同混合胺固化劑對(duì)水性環(huán)氯涂膜性能的影響參考文獻(xiàn)固化劑表干時(shí)間種類光澤度鉛筆硬度柔韌性抗沖擊性附著力[1]孫曼靈環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9IPD/TETA3級(jí)[2] Hawkins, C. A. Sheppard, A. C. Wood, T. G. Progress in OrganicTMD/TETA 22HCoatings[J].1997,32(1):253-261XDA/TETA 2[3]Jim D Elmore, Derek S Kincaid, Pratap C Komar, et al.Waterbomeepoxy protective coatings for metal [ J]. Joumal of Coatings TechnologyTETA2H[4]陳鋌施雪珍顧國芳,等.雙組分水性環(huán)氧樹脂涂料[J]高分子通報(bào),2002(6):63-70給5今(上接第82頁)為6.5:1.5:1.5:0.5時(shí)的配比為最佳粒度分布。[4]敖先權(quán)周素華曾祥欽貴州老鷹山煤制水煤漿的研究.貴州工業(yè)(3)無煙煤制備的水煤漿粘度比煙煤制備的水煤漿粘度大學(xué)學(xué)報(bào),2003,32(10):20-23低,穩(wěn)定性好,說明無煙煤適合制備水煤漿。[5]任玉明中國無煙煤資源與性質(zhì)潔凈煤技術(shù),2004,10(3):8-10[6]戴和武,張意穎謝可玉,等.無煙煤資源與市場(chǎng)展望中國煤炭,參考文獻(xiàn)1999,2(1):17-21]吉登高高麗娟,高明峰等.我國水煤漿制備與燃燒技術(shù)的發(fā)展.7]梁興,王國房,段慶兵,等水煤漿制備工藝的應(yīng)用與發(fā)展煤炭加選煤技術(shù),2004,8(4):15-17工與綜合利用,2006(5):51-56.[2]曹大東曹欣玉,周俊虎等我國水煤漿技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展?jié)崈?] Funk J E. Process for preparing a clean coal-war- sI:Us,煤技術(shù),2001(7):55-584468232[P],1984,8,28[3]朱光模楊美建福建無煙煤成漿性能的研究福建能源開發(fā)與節(jié)9 BORLU F, DINCER H, ATESOK G. Effect of coal particle size distr約,2002(4):6-9tion volume fraction and rank on the rheology of coal-water-slurries[J]. Fuel Processing Technology, 2004,85: 241-2500]樊義龍霍林河煤半焦制備水焦?jié){[D].大連:大連理工大學(xué),200