煤炭加工與綜合利用2005年第3期COAL PROCESSING& COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.3,2005水煤漿技木研究現(xiàn)狀王金玲,高惠民(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院湖北武漢430070)摘要:介紹了水煤漿的品種特性、制漿方法、工藝及水煤漿添加劑的作用機(jī)理,綜述了水煤漿添加劑的研究現(xiàn)狀及目前國(guó)外學(xué)者利用納米氣泡橋聯(lián)機(jī)理制備煤冰分散體系的方法及機(jī)理。關(guān)鍵詞:水煤漿;種類;制漿工藝;添加劑;作用機(jī)理中圖分類號(hào):TQ534.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10058397(200503-002804水煤漿(CWF)是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的點(diǎn)3種以煤代油的新型燃料,是具有一定粒度級(jí)配(1)由于燃料油的加入,使得油水煤漿具有較的煤粉與水外加少量添加劑的混合物1。它把低的燃點(diǎn)燃燒中有微爆炸和水一汽過(guò)程存在,燃灰分很低而揮發(fā)分高的煤研磨成微細(xì)煤粉,按合燒效率很高。理的煤水比例,加入分散劑和穩(wěn)定劑配制而成,可(2)由于油水煤漿的顆粒較小、粘度較低,可以象燃料油一樣運(yùn)輸貯存和燃燒,可用于電站鍋以直接用在燃油鍋爐中,對(duì)鍋爐和噴嘴的改造費(fèi)爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)爐窯代油或代氣燃燒。生產(chǎn)用較低,而且還可以用在重型柴油機(jī)上代油燃燒水煤漿的原料煤,灰分一般小于8%,硫分小于(3)油水煤漿作為工業(yè)燃料,由于提高了燃燒5%,因此燃燒時(shí)煙塵和SO2排放遠(yuǎn)低于燃燒原效率大大減少了對(duì)環(huán)境的污染煤。水煤漿是一種新型煤代油燃料,它既保持了(4)油水煤漿在內(nèi)相中又引入了另外一種液煤炭原有的物理特性,又具有象石油一樣的流動(dòng)相顆粒有助于提高穩(wěn)定性。性和穩(wěn)定性,被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品。目前在國(guó)外2制漿方法及工藝?yán)眉{米氣泡的冷凍抽真空法制備煤/水分散體系(及煤/油/水分散體系),以代替使用添加劑制制漿方法有干法和濕法兩種,目前主要用濕備水煤漿(油水煤漿),正處在實(shí)驗(yàn)室研究階法。濕法制漿工藝從原料上分為末精煤和浮段21選精煤制漿工藝兩種;從制漿濃度上分為高濃度濕法制漿、中濃度濕法制漿以及高、中濃度兩磨機(jī)1水煤漿的品種及特性級(jí)配制漿。根據(jù)水煤漿的性質(zhì)和用途,可將其劃分為精目前水煤漿制備工藝趨于多樣化,主要有:磨煤水煤漿、精細(xì)水煤漿、經(jīng)濟(jì)型水煤漿(中灰煤水機(jī)高濃度制備工藝,振動(dòng)磨煤泥高濃度制備工藝,煤漿、中高灰煤泥水煤漿)、氣化用水煤漿環(huán)保型超細(xì)浮選精煤制備工藝水洗精媒、高濃度聯(lián)合制水煤漿等,各種水煤漿的品質(zhì)特性見表備工藝,中濃度雙峰級(jí)配制備工藝等。在中國(guó)油水煤漿(OWCM)是繼油煤漿(OOM)和水的水煤漿制備工藝中,最具代表性的是利用浮選煤漿(CwM)之后發(fā)展起來(lái)的一種新型煤基代油精煤制漿,它具有制漿工藝簡(jiǎn)單、投資少制漿成流體燃料,它與COM和CWM相比有以下優(yōu)本低的優(yōu)點(diǎn),同時(shí),它還可以改善選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、降低精煤水分和灰分,對(duì)提高精煤質(zhì)量大有好處。收稿日期:20050120作者簡(jiǎn)介:王金玲(1978-),女,內(nèi)蒙古赤峰人,武3制漿工藝的依據(jù)5,6漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院2003級(jí)礦物加工工程碩士研究生,電話:027-87882128制漿工藝的依據(jù)為原料煤特性、添加劑特性、2005年第3期王金玲,等:水煤漿技術(shù)研究現(xiàn)狀制漿設(shè)備性能和用戶對(duì)水煤漿的要求等。關(guān)鍵技爐內(nèi)結(jié)渣對(duì)于大多數(shù)采用固態(tài)排渣的爐子,要求術(shù)有煤種選擇、級(jí)配技術(shù)和添加劑技術(shù)。制漿用煤煤炭的灰熔點(diǎn)高于1250℃。至于煤炭的發(fā)熱量、的選擇一方面應(yīng)滿足燃燒用戶的需要,另一方面應(yīng)灰分與硫分指標(biāo),則應(yīng)根據(jù)用戶的需求而定?？紤]煤炭成漿性的難易因?yàn)樗苯佑绊懰簼{的制備水煤漿時(shí),要求煤炭不但應(yīng)磨至一定的質(zhì)量與生產(chǎn)成本,所以合理選擇制漿用煤十分重細(xì)度,更重要的是它的粒度分布應(yīng)能使大小顆粒要。從燃燒角度出發(fā),制漿用煤的揮發(fā)分含量不能相互充填,有較高的堆積效率,即堆積孔隙盡可能太低,鍋爐用水煤漿時(shí),通常要求煤炭的揮發(fā)分>小,以減少孔隙內(nèi)的水量,提高制漿濃度,改善水28%,否則煤漿不易穩(wěn)定著火燃燒。此外,為防止煤漿流動(dòng)性。表1水煤漿品質(zhì)特性選用原料煤水煤漿特性濃度:大于65%粘度:1Pas青煤水煤漿冼精煤灰分小于10%作為鍋爐代油燃料穩(wěn)定性:大于3個(gè)發(fā)熱量:1884~20.93M/kg濃度:50%~55%精細(xì)水煤漿超低灰精煤灰分為1%-2%粘度:小于0.3Pas作為內(nèi)燃機(jī)燃?xì)馔钙饺剂蠞舛?65%-68%原生煤泥,灰分為15%~25%穩(wěn)定性:大于15d用作鏈條鍋爐燃料經(jīng)濟(jì)型水煤漿濃度:50%-65%浮選尾煤,灰分大于25%用作沸騰爐或鏈條爐燃料穩(wěn)定性:3-5d濃度:58%-65%穩(wěn)定性:1-2d氣化水煤漿普通原煤,灰分小于25%粘度:1Pa·s用作德士古爐氣化造氣原料流動(dòng)性較好,粒度偏粗,小于74m的占60%左右濃度:大于65%制漿過(guò)程中加人脫硫粘度:1±0.2Pas可提高脫硫率10%-20%環(huán)保型水煤漿濃度:30%-33%加入堿性有機(jī)廢液粘度:小于1.2Pas適合高硫煤地區(qū)鍋爐燃用,脫硫效果好穩(wěn)定性:30d原煤水煤漿濃度:60%左右原煤灰分大于20%,爐前制漿穩(wěn)定性d用作工業(yè)窯爐燃料4.1.1分散劑的作用機(jī)理水煤漿添加劑作用機(jī)理及研究現(xiàn)狀分散劑的主要作用是改變煤粒表面的親水煤炭為疏水性物質(zhì)不易為水所潤(rùn)濕;煤漿中性,增強(qiáng)靜電斥力,促進(jìn)煤粒均勻的分散在水中,的煤粒很細(xì),具有很大的比表面積容易自發(fā)地聚防止煤粒聚結(jié)提高水煤漿的流動(dòng)性。分散劑都結(jié),因而煤粒與水不能密切結(jié)合成為一種漿體是一些表面活性劑,它是兩親分子,一端是由碳?xì)渌簼{屬粗分散體系,很容易產(chǎn)生煤水分離,因化合物構(gòu)成的非極性的親油基,另一端是親水的此,低粘度和良好的穩(wěn)定性是水煤漿最為重要的極性基。非極性疏水端極易與碳?xì)浠衔锏拿禾啃阅?。要改善這些性能在制漿時(shí)必需加入少量表面結(jié)合而吸附在煤粒表面上,將另一端親水基的化學(xué)添加劑包括分散劑與穩(wěn)定劑。由此可見,朝外伸入水中,使煤粒的疏水表面轉(zhuǎn)化為親水并添加劑的性能又是水煤漿生產(chǎn)的關(guān)鍵形成水化膜。水化膜中的水與體系中的“自由水4.1添加劑的作用機(jī)理{57,8不同,它因受到表面電場(chǎng)的吸引而呈定向排列30煤炭加工與綜合利用2005年第3期當(dāng)顆粒相互靠近時(shí),水化膜受擠壓變形,引力則力點(diǎn)是控制分子量可同時(shí)兼顧水煤漿的流變性和穩(wěn)圖恢復(fù)原來(lái)的定向,這樣就使水化膜表現(xiàn)出一種定性。日本研制出了一些性能優(yōu)良的專用水煤漿彈性。煤粒表面吸附的添加劑分子與水化膜可產(chǎn)添加劑如:聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)與聚乙烯磺酸生空間位阻與靜電斥力效應(yīng),使煤粒分散。具有(PSA)的混合物該混合添加劑可適用于不同灰空間位阻效應(yīng)的添加劑同時(shí)起降粘和穩(wěn)定作用。分煤種水煤漿的制備,已經(jīng)得到工業(yè)化應(yīng)用。以如果是離子型分散劑同時(shí)還可以使周圍聚集更聚苯乙烯磺酸鈉為基礎(chǔ)的水煤漿添加劑加入量多的離子,這些離子和水分子結(jié)合也能形成水化少,分散性、穩(wěn)定性都比較優(yōu)良膜,增強(qiáng)分散作用。陰離子型的水煤漿分散劑還有丙烯酸與其他4.1.2穩(wěn)定劑的作用機(jī)理丙烯酸單體共聚和羧酸及磷酸鹽系列兩類3。穩(wěn)定劑有兩種作用,一方面使水煤漿具有剪422非離子型分散劑切變稀的流變特性,即當(dāng)靜置存放時(shí)水煤漿有較(1)聚氧乙烯系列。這類分散劑主要優(yōu)點(diǎn)是高的粘度,開始流動(dòng)后粘度又可迅速降下來(lái);另一親水性好,分子量、質(zhì)量易調(diào)節(jié)、控制,不受水質(zhì)及方面是使沉淀物具有松軟的結(jié)構(gòu),防止產(chǎn)生不可煤中可溶性物質(zhì)的影響但價(jià)格昂貴,一般用量在恢復(fù)的硬沉淀。為了提高水煤漿穩(wěn)定性,使水煤0.5%以上。美國(guó) Oxce Fuel公司14報(bào)道了一種漿中的顆粒聚結(jié)并和周圍的水相互交聯(lián),形成脆能改善剪切穩(wěn)定性和降低粘度的水煤漿添加劑,弱但又有一定強(qiáng)度的三維空間結(jié)構(gòu),在靜置它時(shí)該添加劑是由兩種表面活性劑復(fù)配而成每一種可有效地阻止顆粒沉淀,即使沉淀也是松軟的可表面活性劑具有不同分子質(zhì)量的親水基足以潤(rùn)濕恢復(fù)的軟沉淀,一旦受外力剪切作用,結(jié)構(gòu)受到了分散煤媒顆粒,即一種表面活性劑帶有高分子質(zhì)量破壞,粘度又迅速降下來(lái)。的氧乙烯基,另一種則帶有低分子質(zhì)量的氧乙烯4.2水煤漿添加劑的研究現(xiàn)狀基,兩種表面活性劑共用時(shí)可使煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)分散劑又分為陰離子型和非離子型(陽(yáng)離子到70%以上。壽崇琦等15選出了多環(huán)芳香羧酸型表面活性劑很少用作分散劑)。非離子型的顯甲醛縮合物(NASP)和較長(zhǎng)碳鏈聚氧乙烯醚為主劑并配合CuSO4、Fe2(SO4)3為助劑的配方。著特點(diǎn)是用量少,可同時(shí)作分散劑和穩(wěn)定劑,但價(jià)(2)聚氧乙烷系列。這種經(jīng)過(guò)復(fù)配的水煤漿格昂貴。陰離子型分散劑價(jià)格相對(duì)便宜,是制漿分散劑具有優(yōu)良的成漿特性,其用量也比較小。首選的添加劑非離子型分散劑的共同特點(diǎn)是它們能兼作穩(wěn)4.2.1陰離子型分散劑定劑。(1)各類取代基聚養(yǎng)磺酸鹽系列。其特點(diǎn)是4213穩(wěn)定劑系列具有減粘作用,增加流動(dòng)性,但通常穩(wěn)定性差且價(jià)大多數(shù)有機(jī)多糖類高分子聚和物,如:Guar格高所以常和其它類型分散劑共用9膠、 Xanthan膠、黃原膠等均用作穩(wěn)定劑。其穩(wěn)定(2)木質(zhì)素磺酸鹽。其主要來(lái)自于造紙廢液再作用主要表現(xiàn)為形成漿體中顆粒間的橋鍵,縱橫加工。最大優(yōu)點(diǎn)是原料豐富易于加工,價(jià)格便宜,交錯(cuò),構(gòu)成空間絡(luò)式結(jié)構(gòu)。程京艷等人(16發(fā)現(xiàn)且漿的穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)是雜質(zhì)含量大,常不單獨(dú)使的阿拉伯膠與國(guó)際市場(chǎng)普遍看好的黃原膠有相同用。但復(fù)配法并不會(huì)改變木質(zhì)素磺酸鹽作為表面的效果,且價(jià)格較便宜?；钚詣┑挠H水、親油基團(tuán)及其表面活性。李鳳起等2.4其他添加劑人10通過(guò)對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽進(jìn)行化學(xué)改性,使?jié){體日本研究人員研制出了一種F-3006添加分散穩(wěn)定性顯著提高煤漿定粘濃度提高2%。劑17,其用量少,所制煤漿粘度較低。并通過(guò)研(3)腐植酸鹽及磺化腐植酸鹽系列。此類分究煤表面結(jié)構(gòu)及其物化性質(zhì)與分散劑的相關(guān)性,散劑的許多特點(diǎn)和木質(zhì)素相似但其分散性更佳,從上百種分散劑中成功研制出性能優(yōu)良的分散劑可單獨(dú)使用。主要缺點(diǎn)是漿的穩(wěn)定性差。ACC-71018(4)聚烯烴系列。冉寧慶等人通過(guò)對(duì)亞甲基萘磺酸鈉-苯乙烯磺酸鈉-馬來(lái)酸鈉共聚物5納米氣泡橋聯(lián)制備煤/水分散體系的機(jī)理(NDF)對(duì)水煤漿分散性能的研究,發(fā)現(xiàn)其主要優(yōu)當(dāng)今國(guó)內(nèi)外水煤漿的生產(chǎn)制備是靠化學(xué)方法2005年第3期王金玲,等:水煤漿技術(shù)研究現(xiàn)狀來(lái)控制,即添加各種分散劑和穩(wěn)定劑。目前南澳能源的結(jié)構(gòu)不會(huì)改變。因此,以煤代油是我國(guó)大學(xué)的 Ian Wark Research Institute提出了納米氣項(xiàng)長(zhǎng)期的能源政策。目前,我國(guó)的水煤漿技術(shù)已泡新概念2(國(guó)內(nèi)外研究人員運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)試技達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,正向工業(yè)化和生產(chǎn)裝置大型術(shù),均已證明納米氣泡的存在19),并已在實(shí)驗(yàn)室化方向發(fā)展,水煤漿作為一種以煤代油技術(shù)將能中應(yīng)用納米氣泡橋聯(lián)機(jī)理制備粘土礦物/水懸浮發(fā)揮其應(yīng)有的作用。液、油/水分散體系、石墨/水分散體系煤/水及煤參考文獻(xiàn)/油小水分散體系。其中煤/水、煤/油/分散體系在水煤漿的制備中將有很好的應(yīng)用前景。[1]李智偉我國(guó)水煤漿燃燒技術(shù)與工業(yè)發(fā)展前景[J]云南冶經(jīng)典DLVO理論認(rèn)為膠體顆粒間的互相作金,2002,31(6):43-44[2]龔文琪礦物加工研究的前沿課題及最新進(jìn)展——出國(guó)研用能為其范德華吸引能與雙電層排斥能之和修工作匯報(bào)[R].武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,(VP=VE+V),該理論在解釋微粒的分散凝聚行為時(shí),常常出現(xiàn)一些偏差。因此僅僅考慮范德[3]朱紅趙煒閏學(xué)海油水煤漿三元混合體系的制備及特性華吸引能和雙電層排斥能是不夠的,還需要加上研究[J]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,31(6):579其他相互作用能,于是便產(chǎn)生了擴(kuò)展的DLVO理[4]付貴祥李新元水煤漿技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展與研究[J水力采煤與管道運(yùn)輸,20004):6論( EDLVO理論):VP=VE+V+V+VH+[5]張榮曾何維軍高濃度水煤漿燃料的制備技術(shù)[J佛山Vs+VMA(式中:V1我為水化排斥能,V為疏水陶瓷,2003,(4):12-13[6]王柱勇第三講:水煤漿燃料(CWF)的制備[J選煤技術(shù),吸引能,ⅴs為空間穩(wěn)定化排斥能,VMA為磁吸引1994,(6):36.能)。關(guān)于VH的起因,當(dāng)前最新研究進(jìn)展認(rèn)為是[7]謝寶東邱學(xué)青,王衛(wèi)星木質(zhì)素改性與木質(zhì)素水煤漿添加由于氣泡的橋聯(lián)作用,即疏水表面吸附的納米級(jí)劑[J]造紙科學(xué)與技術(shù),2003,22(6):122氣泡產(chǎn)生吸引作用,互相靠近后氣泡破裂,表面發(fā)[8]朱書全,鄒立壯,黃波崔廣文,王奇水煤漿添加劑與煤之生接觸,因此導(dǎo)致疏水礦物在水中易團(tuán)聚,難于分間的相互作用規(guī)律研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2003,31(6):519-524散。如能清除溶液中及礦物表面吸附的納米氣[9]郭照冰,吳國(guó)光水煤漿添加劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)泡破壞礦物顆粒的團(tuán)聚,即能實(shí)現(xiàn)充分分散。].潔凈煤技術(shù),2001,7(1):32Ian Wark Research Institute的研究人員正在探索[10]李風(fēng)起,支獻(xiàn)華,梁存珍,等木質(zhì)素磺酸鹽化學(xué)改性及制清除納米氣泡的方法。其中采用的方法之一是反漿性能研究[門]煤炭加工與綜合利用,200,(2):26.[1]l冉寧慶,戴郁菁朱光,等亞甲基萘磺酸-苯乙烯磺酸復(fù)冷凍一抽真空一解凍,直至氣體排盡。采用這馬來(lái)酸鹽對(duì)水煤漿的分散作用研充[]南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自種方法已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中制備出完全分散的滑石/然科學(xué)版),199,3(5):643-647水懸浮液。在此基礎(chǔ)上澳大利亞科學(xué)家正在研究12]孫慈忠表面活性劑在水煤漿制漿中的應(yīng)用[J]精細(xì)與專用化學(xué)品,2002,(8):18油/水混合體系煤/水及煤/油小水分散體系的制[13]張延霖邱學(xué)青王衛(wèi)星水煤漿添加劑的發(fā)展動(dòng)向[J現(xiàn)備新工藝。用反復(fù)冷凍一抽真空-解凍的方法,代化工,2004,24(3):16-17排盡油水煤/水煤/油/水體系中溶解的氣體,[14] Oxce Fuel Company Coal aqueous slurry].Us:46451制備出穩(wěn)定的油水、煤水、煤/油/水分散體系,87-02-24[15]壽崇琦,趙春賓,賈海波,等,水煤漿添加劑及水煤漿穩(wěn)定即使重新向體系中充氣,也不會(huì)破壞其穩(wěn)定性(其性的研究[J.日用化學(xué)工業(yè),2003,33(2):17-18原因尚在研究之中)。[16]程京艷張玲,劉艷華,等.一種水煤漿新型穩(wěn)定劑的研究利用納米氣泡橋聯(lián)機(jī)理制備穩(wěn)定的煤/水分[J]煤炭加工與綜合利用,1999(3)散體系的方法,為水煤漿的生產(chǎn)制備提供了一種[17]曾凡,馬學(xué)軍朱書全,等煤炭加工利用文集:水煤漿技術(shù)譯文集-國(guó)際煤漿會(huì)議論文選[M]北京:中國(guó)煤炭加工新的思路。利用協(xié)會(huì)[18]李永昕,孫成功水煤漿添加劑研究評(píng)述[]煤炭轉(zhuǎn)化6結(jié)束語(yǔ)我國(guó)的能源以煤為主,石油相對(duì)缺乏,石油進(jìn)[19]張雪花樓柿濤張志樣,張曉東孫潔林胡鉤固液界面納米氣泡的研究[]電子顯微學(xué)報(bào),2003,22(2):136-141口量大。預(yù)計(jì)在未來(lái)的30~50a內(nèi),以煤為主要