第37卷第1期應(yīng)用化工Vol 37 No2008年1月Applied Chemical IndustryJan.2008水煤漿添加劑的研究進(jìn)展劉曉霞,屈睿2,黃文紅3,龔林彥3(1.西北化工研究院信息中心,陜西西安7106002.北京中外建筑設(shè)計有限公司西北分公司綜合技術(shù)設(shè)計一所,陜西西安710075;3,新獨山子天利高新技術(shù)股份有限公司,新疆克拉瑪依83600)摘要:簡要介紹了水煤漿添加劑的分類、作用及工作原理在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析和論述了國內(nèi)外水煤漿添加劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向,并對水煤漿添加劑研究領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞:水煤漿添加劑;分散劑;穩(wěn)定劑;進(jìn)展中圖分類號:TQ536.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-3206(2008)01-0101-03Advance in the additives of coal water slurryLlU 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 state ofresearch and developing prospects of CWS at home and abroad. Furthermore, it discuss some problems ex-isting in the field of CWS.Key words: additive of coal water slurry; dispersant; stabilizer; advance中國是個富煤少油的國家,煤炭資源在中國能1水煤漿添加劑的分類及作用原理源消費中占70%左右。煤炭的傳統(tǒng)使用方法具有1.1水煤漿添加劑的分類灰渣多、污染大、運輸困難燃燒發(fā)熱率不高等缺點,根據(jù)作用不同,水煤漿添加劑可分為分散劑、穩(wěn)水煤漿技術(shù)則是針對這些缺點對煤炭資源進(jìn)行深度定劑和助劑三大類,其中分散劑最為重要。水煤漿加工、合理利用的重大改革。水煤漿是一種新型煤添加劑是水煤漿生產(chǎn)過程中必需的重要助劑,特別基流體燃料,由煤(約70%)、水(約30%)及少量添是對高濃度、高穩(wěn)定性水煤漿的制備添加劑的作用加劑經(jīng)過一定的工藝流程加工而成。它既保持了尤為關(guān)鍵。分散劑能使煤顆粒均勻分散在水中,并煤炭原有的物理特性,又具有石油一樣的流動性與在顆粒表面形成水化膜,使煤漿具有流動性。按照穩(wěn)定性可以貯存、泵送、霧化與穩(wěn)定燃燒是一種比溶于水后的解離程度,水煤漿分散劑又可分為陰離較理想的代油煤炭潔凈燃料,不僅可以在電站鍋爐、子型、陽離子型、兩性型和非離子型,其價格比為工業(yè)鍋爐和窯爐中直接燃燒,還可以代替油或代替1:3:4:2,出于對性價比的考量,目前國內(nèi)外研制及煤氣作為燃料1。篩選出的水煤漿分散劑主要為陰離子型和非離子由于水煤漿是一種粗顆粒懸浮體,且煤炭屬于型其中主要有萘系、腐殖酸系、木質(zhì)素系、聚烯烴疏水性物質(zhì)因此要使?jié){體具有良好的流變性和穩(wěn)系、丙烯酸系以及相關(guān)的復(fù)配產(chǎn)品。定性,即使是易成漿的煤種,若不加入化學(xué)添加劑,水煤漿穩(wěn)定劑具有兩個作用:一個是使水煤漿要制成所希望的水煤漿是不可能的。為了使水煤漿具有剪切變稀的流變特性,即當(dāng)靜置存放時水煤漿在正常使用中具有較低的粘度、較好的流動性;靜止有較高的粘度,開始流動后粘度又可迅速降下來;另時又具有較高的粘度,不易產(chǎn)生沉淀,在制漿過程個中國煤化工,防止產(chǎn)生不可恢中,一般會添加少量的化學(xué)添加劑,用量通常約占煤復(fù)的漿穩(wěn)定劑主要有無炭總量的1%21。機(jī)電力w買,如各種可溶性鹽類、收稿日期2007-1008作者簡介:劉曉霞(1978-),女陜西延安人,西北化工研究院助理工程師,碩士,從事化工信息情報工作。電話:02981117815,e-mail:cartoonapple@tom.com應(yīng)用化工第37卷高分子表面活性劑、纖維素、聚丙烯酸鹽等。Ukiah等在實驗中發(fā)現(xiàn)隨著磺化度的增加,添加劑1.2水煤漿添加劑的作用原理和煤粒表面的親和力加強,因而改變了煤漿的流變水煤漿添加劑實際上是一些表面活性劑,在水特性。在水煤漿分散劑的復(fù)配方面,土耳其的C煤漿制備過程中,它可以改變煤粒的表面性質(zhì),使煤Aeok等9就將PS和NSF復(fù)配用作水煤漿分散粒能夠在水中分散,使煤漿體具有良好的流動性和劑用來調(diào)節(jié)水煤漿的流變性,并取得了理想的效穩(wěn)定性。水煤漿添加劑是一種兩親分子,由疏水基果。 Shigeru Maeda分別用NsF和木質(zhì)素磺酸鹽制和親水基兩部分構(gòu)成。漿,發(fā)現(xiàn)在儲存和運輸期間會產(chǎn)生沉淀,漿的穩(wěn)定性1.2.1提高煤顆粒表面親水性由于煤表面主要差,但是在復(fù)配了三聚磷酸鈉后,水煤漿粘度顯著下是疏水性物質(zhì)煤顆粒在水中具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性,降,穩(wěn)定性大幅度提高,其研究結(jié)果還指出,其它聚極易團(tuán)聚,把本來有限的水包裹在顆粒間縫隙里,從磷酸鹽(如焦磷酸鈉)也具有較好的復(fù)配效果。另而使體系粘度高,流動性差。分散劑分子通過其疏外,在水煤漿穩(wěn)定劑的研究方面,F.Boyu等通水基和煤表面結(jié)合以親水基朝水的定向排列方式過試驗發(fā)現(xiàn)羥甲基纖維素(CMC)和無機(jī)礦物質(zhì)都把水分子吸附在煤粒表面變疏水性為親水性,借水能夠有效抑制水煤漿的沉降和分離,對水煤漿具有化膜將煤粒隔離開減少煤粒間的阻力,從而達(dá)到降很好的穩(wěn)定作用。粘的作用。22國內(nèi)水煤漿添加劑的研究狀況1.2.2增加煤顆粒表面電性DLVO理論認(rèn)為,膠近年來,華南理工大學(xué)、南京大學(xué)、中國礦業(yè)大體顆粒穩(wěn)定存在的先決條件是顆粒間的靜電斥力大學(xué)、江蘇省昆山市迪昆精細(xì)化工公司、淮南礦業(yè)集團(tuán)于顆粒間的范德華引力。當(dāng)增加了煤粒表面靜電斥合成材料有限責(zé)任公司等對水煤漿添加劑做了很多力以后煤粒之間不易接近難以形成聚集狀態(tài)可研究工作,開發(fā)出一系列具有競爭力的產(chǎn)品。華南以增強水煤漿的分散穩(wěn)定性。但是,這并不是煤粒理工大學(xué)的邱學(xué)青等將磺化丙酮-甲醛樹脂(SAF)分散的充分條件。如非離子表面活性劑不能使煤粒用作制備水煤漿中的分散劑試驗結(jié)果表明,SAF是表面荷電,卻分散性很好的事實也證明,除了靜電斥種非常有效、非常有發(fā)展前景的高負(fù)荷水煤漿用力外,還有其它的作用效應(yīng)存在。分散劑22南京大學(xué)開發(fā)的NDF水煤漿添加劑12.3空間位阻效應(yīng)煤粒表面吸附添加劑分子適用煤種寬,性能好,也占有了大量的水煤漿添加劑時顆粒間就增加了一層障礙煤粒添加劑分子的市場。迪昆精細(xì)化工公司選擇以有機(jī)羧酸為主親水鏈及水分子就構(gòu)成了三維立體結(jié)構(gòu),當(dāng)顆粒相體的共聚物合成路線制取分散性能高、穩(wěn)定性能互靠近時,可機(jī)械地阻擋聚結(jié)。其中穩(wěn)定劑的作用好、成本較低廉的水煤漿分散劑,并與酰胺類穩(wěn)定劑機(jī)理主要體現(xiàn)在使煤粒與水之間形成一種較弱,但配成CWF型水煤漿添加劑。其分散性、潤濕性及動又有一定強度的三維空間結(jié)構(gòu),從而對顆粒的沉淀靜態(tài)穩(wěn)定性等性能基本相似于日本產(chǎn)添加劑某些起到阻礙作用。性能甚至優(yōu)于日本同類產(chǎn)品4。華煤水煤漿技術(shù)2水煤漿添加劑的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀聯(lián)合中心研制成功了污染小、經(jīng)濟(jì)、社會效益好的新2.1國外水煤漿添加劑的研究狀況型陰離子型高分子水煤漿添加劑,與國外同類技術(shù)國外關(guān)于水煤漿添加劑的研究已有多年的歷相比,該技術(shù)開發(fā)思路新穎、成本低,僅為國外的史,比較突出的有日本油脂公司、花王公司、雄師公1/3?；茨系V業(yè)集團(tuán)合成材料有限責(zé)任公司開發(fā)的司等。目前,日本研究人員開發(fā)的一系列性能優(yōu)HNF型水煤漿添加劑可以同時兼顧水煤漿的分散良的分散劑如萘磺酸鹽聚合物(NSF)、聚苯乙烯磺性和穩(wěn)定性。酸鈉(PSS)已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)6。已有的研究結(jié)關(guān)于添加劑結(jié)構(gòu)特征對煤成漿性的影響,國內(nèi)果表明,水煤漿添加劑分子結(jié)構(gòu)特征(主結(jié)構(gòu)特征、科研工作者也已經(jīng)做了大量的硏研究。謝亞雄等硏究取代基的類型及性質(zhì)、聚合度、磺化度及羥值等)與添加劑不同取代基性質(zhì)對靈武煤成漿性的影響,所煤質(zhì)及煤表面物理化學(xué)性質(zhì)有著密切的相關(guān)性,這選用的3種添加劑是主結(jié)構(gòu)為多核芳烴,而取代基種匹配性影響著煤的成漿性流變性以及漿體穩(wěn)定性質(zhì)中國煤化正明,取代基的性質(zhì)性7。 Hiroto等人在研究單體結(jié)構(gòu)相同,而取代基不同CNMHG空間效應(yīng)或煤表或聚合度等不同的添加劑對無機(jī)粘土含量較高的煤面官能團(tuán)之間的相互作用等其它因素而具有不同的的成漿性影響實驗中,發(fā)現(xiàn)不同的添加劑對煤的成吸附能力進(jìn)而影響煤的成漿性。沈健等合成漿性影響有較大的差異,說明添加劑的結(jié)構(gòu)特征和種由烯鍵加聚和醛與芳烴縮聚得到的三元共聚高分煤中萬旁毀機(jī)礦物之間存在著相關(guān)性。Tyk子化合物具有對媒種適應(yīng)性強,用量少分散性好第1期劉曉霞等:水煤漿添加劑的研究進(jìn)展103穩(wěn)定性好和成本低等特點。程國柱等以催化回配對象,提高水煤漿濃度,降低煤漿粘度,降低總添煉油溶劑抽出物重質(zhì)芳烴為原料,合成了一種帶有加劑的用量,是我們面臨的一個重要課題碳原子數(shù)為1~3的短側(cè)鏈、芳環(huán)數(shù)為3~5的稠環(huán)芳烴混合磺酸鹽型表面活性劑,具有良好的分散特參考文獻(xiàn)性[1]錢伯章.水煤漿制備及添加劑技術(shù)的發(fā)展[J].煤炭加3我國水煤漿添加劑的研究方向工與綜合利用,2004(3):4.2]周長麗水煤漿添加劑在高濃度水煤漿生產(chǎn)中的應(yīng)用近年來,隨著人們環(huán)保意識的日益提高和石油J].貴州化工,2006,31(2):10-11資源的日益短缺,一些以石油產(chǎn)品為原料的分散劑[3]周明松,邱學(xué)青,王衛(wèi)星水煤漿分散劑的研究進(jìn)展(如萘系分散劑)將面臨原料短缺、成本提高的困[J].化工進(jìn)展,2004,23(8):846851境。因此,天然生物質(zhì)資源木質(zhì)素的研究與應(yīng)用已[4] Zeki Akta, E Ted Woodburn, Effect of addition of surface引起人們的高度重視。楊東杰等采用超濾分active agent on the viscosity of a high concentration slurry級方法,將木質(zhì)素磺酸鈉分成不同分子量范圍的級of a low-rank British coal in water[ J]. Fuel Processing分,并考察了不同級分木質(zhì)素磺酸鈉對水煤漿的分Technology,2000,62(1):1-15散作用。周明松等)利用麥草堿木素(WAL)合成[5] Dincer H, Boyle F, SirkeciAA,etal. The effect of chemi水煤漿分散劑,并對WAL進(jìn)行磺化改性,試驗結(jié)果cals on the viscosity and stability of coal water slurries表明,改性麥草堿木素(MSL)的特性粘度以及磺酸[J]. International Journal of Mineral Processing, 2003基的含量是影響該分散劑對水煤漿分散效果的關(guān)鍵70:41-51因素。[6] Lion Corp, Nippon Komu K K. Dispersant for highly con-entrated coal-water slurry JP, 03200893[P].1991-09-在木質(zhì)素系水煤漿分散劑的復(fù)配方面,朱書全等用酸法造紙廢液或其干燥產(chǎn)品木質(zhì)素磺酸鹽[7 Marek Pawlik. Polymeric dispersants for coal-water slur-與碳酸鹽復(fù)配,得到一種價廉、質(zhì)優(yōu)、分散穩(wěn)定性好ries[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng As的水煤漿添加劑。李寒旭等2用3種商用分散劑pects,2005,266:3290與造紙黑液磺化縮合液混合,得到的復(fù)配分散劑在[8]王曉春,吳國光,王共遠(yuǎn)水煤漿添加劑及其研究進(jìn)展性能上不同程度地優(yōu)于原分散劑,制漿粘度相對較[J].煤化工,2004(6):15-18.低,析水率低,穩(wěn)定性好。河南理工大學(xué)的黃定國[9] Atesok g, Dincer h, Ozer M,etal. The effects of dispersa等232采用木質(zhì)素和腐殖酸作為添加劑進(jìn)行了制nts(PSS-NSF)used in coal-water slurries on the grind漿,結(jié)果表明,木質(zhì)素和腐殖酸按一定比例復(fù)合后,ability of coals of different structures[J ]. Fuel, 2005, 84比單獨用木質(zhì)素和腐殖酸作添加劑制漿性能更好,(7/8):801-808與單獨用木質(zhì)素和腐殖酸相比,其粘濃度可分別提101BouF, Atesok G, Dincer H., The effect of carboxymethyl高1.8%和0.7%。曾凡等將含腐殖酸的原料煤cellulose( CMC )on the stability of coal-water slurries和各類含木質(zhì)素造紙廢液,按一定比例混合,經(jīng)抽[J].Fuel,2005,8(2/3):315-319提、磺化、縮合等工藝過程后,制得一種用于生產(chǎn)高[11] Qiu Xueqing, Zhou Mingsong, Yang Dongjie, et al.Evaluation of sulphonated acetone-formaldehyde( SAF)used in濃度水煤漿的鹽類添加劑coal water slurries prepared from different coals[J].Fuel4結(jié)束語2007,86(10/11):14391445添加劑不僅直接決定著水煤漿的質(zhì)量,還影響[12 Zhou Mingsong, Qiu Xueqing, Yang dongjie,etal. Synthe-著水煤漿成本,其費用是制漿成本的第二大因素sis and evaluation of sulphonated acetone-formaldehyde目前國內(nèi)使用的以石油為原料的化學(xué)合成添加劑性esin applied as dispersant of coal-water slurry[ J].Ener-能價格比缺乏競爭優(yōu)勢,制約著水煤漿的發(fā)展。因gy Conversion and Management, 2007, 48(1): 204-此,研究開發(fā)以可再生資源為原料的水煤漿添加劑[13]甲基萘磺酸-萃乙烯磺酸具有深遠(yuǎn)的意義。另外,由于水煤漿添加劑的普適性有限,有限種中國煤化工研究[南京大學(xué)CNMHG9類的添加劑不可能適用于所有煤種,因此,對不同煤[141周明松,邱學(xué)青,王衛(wèi)星水煤漿分散劑研究進(jìn)展[種來說,添加劑之間同樣存在匹配性,用于水煤漿制煤炭轉(zhuǎn)化,2004(3):15-19備的專用添加劑一般都是以復(fù)配的形式出現(xiàn)而這[15]李少冰HNF系列水煤漿添加劑的應(yīng)用[J].潔凈煤技種匹配性會直接影響水煤漿的性能;選擇合適的復(fù)術(shù),2002(3):18-20(下轉(zhuǎn)第106頁)應(yīng)用化工第37卷同濃度的混合液按實驗方法測定吸光度,將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)計算,得到表2的樣品分析結(jié)果。表2樣品分析結(jié)果Table 2 The analysis result of samples組分含量測定值相對偏差/%含量測定值相對偏差/%含量測定值相對偏差/%單環(huán)芳烴3.523.48多環(huán)芳烴1.720.713.28-0.91結(jié)果表明,PCR分光光度法的平均相對偏差約時測定提供了一種很好的途徑。將PCR方法應(yīng)用為0.92%。因此,本方法適用于樣品的分析,結(jié)果于白油中單環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴含量的分析,實驗結(jié)可靠。果表明,回收率在92.41%~99.28%,分析結(jié)果令2.4回收率實驗人滿意。將已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)芳烴溶液加入到待測溶液中,然后按實驗方法測定,進(jìn)行回收實驗,并計算回參考文獻(xiàn):收率,實驗結(jié)果見表3。1]范華均,張薇,晏蓉,等偏最小二乘光度法同時測定表3回收率實驗多種酚的研究及應(yīng)用[J.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報,194,Table 3 The result of recovery15(9):1305-1308加入量測定值回收率[2]張立慶,吳曉華唐曦,等,基于VB的主成分回歸計算No(0.1mg:g1)/(0.1mg:g-1)分光光度法同時測定感冒液成分的研究[J]光譜學(xué)單環(huán)多環(huán)單環(huán)多環(huán)單環(huán)多環(huán)與光譜分析,2002,22(3):4274290793.0192.4[3]王惠文.偏最小二乘回歸的線性與非線性方法[M]北京:國防工業(yè)出版社,200624.162.034.132.0199.2899.01[4]龔沛曾,陸慰民,楊志強. Visual basic程序設(shè)計教程34.071.994.031.9799.0299.00[M].北京:高等教育出版社,19983結(jié)論[5]陳德釗多元數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,主成分回歸法用于解析多組分體系的重疊的光譜數(shù)據(jù),不僅解決了因重疊譜造成測定某些物質(zhì)選[6]周紀(jì)薌實用回歸分析方法[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1990擇性差而需進(jìn)行繁瑣的化學(xué)掩蔽和分離等問題,而且在很大程度上提高了測定的靈敏度,為多組分同(上接第103頁)[16]沈健胡柏星,冉寧慶一種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].199903403nology,2007,88(4):375-38217]程國柱謝榮才以催化裂化回?zé)捰腿軇┏槌鑫镏刭|(zhì)芳[21]朱書全,王祖訥,胡坤模,等.復(fù)合水煤漿添加劑技術(shù):烴為原料的短側(cè)鏈稠環(huán)芳烴混合磺酸鹽型表面活性CN,1155001P].1997407-23劑:CN,1084099[P].19940323[22]李寒旭,湯永新李虎等復(fù)配添加劑對水煤漿性能的[18]楊東杰,邱學(xué)青陳煥欽.木質(zhì)素磺酸鹽系表面活性劑影響[J].淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,200,20[J].化學(xué)通報,2001(7):416421(4):3741[19] Yang Dongjie, Qiu Xueqing, Zhou Mingsong,etal. Proper.[23]黃定國朱瑞,吳玉敏造紙廢液及木質(zhì)素制水煤漿添ties of sodium lignosulfonate as dispersant of coal water加劑的研究[冂.煤炭工程,2007(6):83-85slurry[J]. Energy Conversion and Management,2007,48[24]朱瑞,劉現(xiàn)民,晏飛.造紙黑液制水煤漿添加劑的性能(9):24332438.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.高濃度水煤漿添加劑:CNdispersant of coal-water slurry synthesized中國煤化工CNMHG